浙工大交通燈控制系統(tǒng)

1、交通燈控制系統(tǒng)設計一、實驗內容設計一個交通控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有緊急狀態(tài)、測試狀態(tài)和正常工作三種 狀態(tài)。緊急狀態(tài)用于處理一些突發(fā)狀態(tài)，此時雙向路口禁止通行；測試狀態(tài)可用 于檢測信號燈和數(shù)碼管的硬件是否正常；正常工作狀態(tài)用于雙向路口的信號燈控 制。運用ModelSim軟件進行功能仿真。設計一個十字路口的交通燈控制系統(tǒng)，它用于控制主次干道的紅綠燈時 間，原理同單個交通燈控制系統(tǒng)。運用ModelSim軟件進行功能仿真。二、實驗目的1、理解交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，了解其設計思路并編寫代碼；2、理解并會畫狀態(tài)轉換圖；3、通過該系統(tǒng)的設計增加對ModelSim軟件以及Verilog HDL語言的熟悉程度。

2、三、實驗步驟設計輸入（1）創(chuàng)建Quartus II工程啟動軟件；通過菜單命令創(chuàng)建一個新工程；在Project Name文本框中填寫項目名稱，設置好保存路徑；點擊OK按鈕，完成新工程的創(chuàng)建。（2）向工程中添加文件創(chuàng)建新設計的文件，創(chuàng)建好文件后，在編寫源代碼的Source窗口中編寫、 修改Verilog HDL源代碼。其中單個路口交通燈控制模塊的代碼如圖1所示，雙 向路口交通燈控制模塊的代碼如圖2所示。module jtred_tirae, ere已二已yeLLow_t.imefryc_Lic?:tf emercecyf test); parameter o=l,blf=!bO;cLkf rese

3、t_;prira_fLac；7:0 red_t.imef 弓=已e_tirae, yellow_tinie; emercecyf test;二tp二t 二已g7：wait_tirae;二tp二t 二已g 2 : 0 ryc_Lic?it;reg ct;reg 7：0ticks,reg1:03f stat已；initialbeciryg_light=-onf of f f off?;cnt0;s=2bOO;t.icks=3 1 bO;n=0; 已ntialways(posedee elk)begi if (-reset_n) /?) becistate=21blO;ryg_light=-Lof

4、f, off, off?;cnt=l1bO;if (priro_f lag) s=2bOO;elses=2LIO;ticks0;n=l;endelse if(emergency) /?匕已ctr.state00;ryg_light=-Lon, on, off?; endelse if (test)/?becistat.e=2 1 b01;if (cnt.)ryg_light.=-on, on, on?;els已ryg_light.=-of f, off, off?; 已nd圖1單個路口交通燈控制模塊的代碼elsebeci-/?stateO0 :ryg_light01:ryg_light=- o

5、f f f onf off?;2blO：-ryg_light=-onf of f f off?;endcase endwait_tine= (state=2 toll) ?ticks-n+l: 3 h-BB; /? endalways(s or state)/?if(state=2bll)case (s)2bOO:ticks=green_tiir.e;2bOl:一ticks=yellQW_tine;2blO:一ticks=red_tiir.e;endcasealways(posedge elk) /ent? cnt=cnt;always(posedge elk)if(state=2bll)if

6、(n=ticks)beci-/?if (s=2 t：10)b=2bOO;elseb=s-1;n=l;已已Ise nl;#5 clk=lt0;endiritialbecir16(111115=300001001;green_tiir.e=3 bOOOOOHO;yell w_tinie=3 bOOOOOOlO;priir_f lag=l;eniergency=O;test=0;reset_n=l;#100 test=l;#S0 test=0;#500 finish;end已ndmodul已雙向口控制模塊的檢驗激勵文件代碼如圖4所示。time 5cale 1Ons/Insmodule jreg cl

7、kf reset_n;reg7 : 0prini_red_tlinef prini_green_timef prini_ye 11 ow_tine;reg emergencytest;wire 7 : 0priin_wait_tinie, seco_wait_tline;wire 2:0prino.ryg_light f seco_ryg_light;j td myjtd (clkf reset_n/priiui_red_tline,prxiE_green_timef prinii_ye 11 ow_tline/priiE_wait_tline/ seco_wait_tiite,primryg

8、_lightf seco_ryg_lightf err.ergencyf test;initial clk=0;alwaysbegin*5 clkbl;#5 clkbO;endinitialbeginpriin_red_time=8 bOOOOOHO;primi_green_tinie =8 bOOOOlOOl;p rin_ye11ow_t ime=8bOOOOOOlO;ern.ergency=0;teBt=0;reset：_n=0;#100 TE3et_n=l;#500 $finish;endendmodule圖4雙向口控制模塊的檢驗激勵文件設計驗證與仿真功能仿真：編譯文件；加載激勵文件；向

9、Wave窗口添加信號。主十道和次干道的初始化狀態(tài)截圖如圖5_1和圖5_2所示，圖5_1中 prim_flag=1，表示該路口是主十道。因此，在復位信號無效后，紅、黃、綠燈的 輸出信號ryg_light立即為3 b001，即綠燈亮，由于green_time=6，所以綠燈持 續(xù)時間應為6秒鐘，在wait_time輸出分別為6、5、4、3、2、1后，ryg_ light為3 b010，黃燈亮，黃燈持續(xù)2秒后，ryg_light=3b100，紅燈亮，紅燈持 續(xù)9秒鐘后，ryg_light=3b001，綠燈再次亮。圖5_2次干道復位仿真圖圖5_2中，prim_flag=0,表示該路口是次干道。在復位信號

10、無效后，紅、黃、 綠燈的輸出信號ryg_light=3bl0即紅燈先亮。紅燈持續(xù)9秒后依次是綠燈亮6 秒、黃燈亮2秒。圖5_3所示是通行時間重新設置后的仿真波形。圖中可以看出，紅、綠、黃 燈的通行時間分別由9秒、6秒、2秒變?yōu)?2秒、8秒和4秒后，新的綠燈時按 照新輸入時間運行；當前的綠燈狀態(tài)結束后，隨后的黃燈時間變?yōu)?秒。圖5_3 通行時間重新設置后的仿真波形圖5_4所示是緊急狀態(tài)控制信號emergency變化為1后電路的工作狀態(tài)， wait_time=8h88（圖中顯示的符號是十進制數(shù)，為-120），信號燈ryg_light=110， 即紅、黃燈同時亮的狀態(tài)。當emergency無效后，輸

11、出信號又繼續(xù)之前的工作狀 態(tài)。 /jt_ec/myjtec/dkstorrrrrrrrr. /jt_ec/myjtec/reset_nStlW /jt_ec/niyjtec/prirn_.Stl1Q-nf /jt_ec/myjtec/red_ti.99D-if /jt_ec/nnyjtec/green.66Q-if /jt_ec/myjtec/yellQ.22 /jt_ec/myjtec/emern.sto. /jt_ec/myjtEc/teststo08oF_J13-4 /jt_ec/myjtec/rygj.100-lino圖5_4緊急狀態(tài)仿真波形圖5_5所示是測試狀態(tài)控制信號test變化為

12、1后的工作狀態(tài)，wait_time=8h88（圖中有符號十進制數(shù)為-120），信號燈ryg_light交替為3b000和 3b111，即紅、黃、綠信號燈交替同時亮或同時滅，用于測試信號燈的故障。當 test信號無效后，輸出信號又繼續(xù)之前的工作狀態(tài)。圖5_5 測試工作狀態(tài)仿真波形圖5_6是雙向路口控制模塊的功能仿真波形，從圖中可以看出輸入信號中主 干道的紅、綠、黃燈時間分別為6秒、9秒和2秒，因此次十道的紅、綠、黃燈 時間應分別為11秒、4秒、2秒，從圖中可以看出次干道的紅燈時間（11秒）是主 十道的綠燈（9秒）和黃燈（2秒）時間之和，主干道的紅燈時間（6秒）是次干道的綠 燈（4秒）和黃燈（2秒

13、）時間之和。圖5_6雙向路口控制模塊的功能仿真波形狀態(tài)轉換圖：1、工作狀態(tài)轉換圖設控制信號分別為：復位信號reset_n緊急狀態(tài)控制信號emergency測試狀 態(tài)控制信號test；輸出為控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)state，其中state=10表示復位狀態(tài)， state=00表示緊急狀態(tài)，state=01表示測試狀態(tài)，state=11表示正常工作狀態(tài)，如下圖所示。2、輸出紅、黃、綠信號燈轉換圖設控制信號分別為：主次十道決定信號prim_flag復位信號reset_n緊急狀態(tài) 控制信號emergency測試狀態(tài)控制信號test；輸出為紅、黃、綠信號燈顯示信號 ryg_light，其中100表示紅燈，0

14、10表示黃燈，001表示綠燈；控制信號reset_n 低電平有效，emergency test高電平有效，prim_flag1時表主十道，0時表次十 道。模式如下圖所示。（1）主次干道復位狀態(tài)轉換圖:0100prim_flag=1，表示該路口是主十道。 出信號ryg_light=3 b001，即綠燈先亮。 燈亮9秒，如此反復循環(huán)。prim_flag=0，表示該路口是次十道。 出信號ryg_light=3 b100，即紅燈先亮。 燈亮2秒，如此反復循環(huán)。（2）通行時間更新后狀態(tài)轉換圖：在復位信號無效后，紅、黃、綠燈的輸 綠燈持續(xù)6秒后依次是黃燈亮2秒、紅在復位信號無效后，紅、黃、綠燈的輸 紅燈持續(xù)9秒后依次是綠燈亮6秒、黃通行時間更新后，交通燈按照綠黃紅的順序繼續(xù)執(zhí)行下去，只是持續(xù)時間 改變了，狀態(tài)圖中沒有得到反映。（3）緊急工作狀態(tài)轉換圖：緊急狀態(tài)控制信號emergency變化為1后，信號燈ryg_light=110，即紅、黃 燈同時亮的狀態(tài)。當emergency無效后，輸出信號又繼續(xù)之前的工作狀態(tài)。（4）測試工作狀態(tài)轉換圖：測試狀態(tài)控制信號test變化為1后，信號燈ryg_light交替為3b000和3b111， 即紅、黃、綠信號燈交替同時亮或同時