EDA课程设计报告
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交通信号灯控制器的设计
一、课程设计目的
1、当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。 2、EDA技术的一个重要特征就是使用硬件描述语言(HDL)来完成系统的设计文件，应用VHDL的数字电路实验降低了数字系统的设计难度,这在电子设计领域已得到设计者的广泛采用。本设计就是针对交通信号灯控制器的设计问题，提出了基于VHDL语言的交通信号灯系统的硬件实现方法。通过对系统进行结构
分析，采用了层次化的设计方法，给出了各个模块的VHDL程序，并且利用Max PlusⅡ对应用程序进行了仿真，并给出了相应的仿真结果。在用VHDL语言进行电路设计时,应充分认识到VHDL语言的特点,从设计思想、语句运用及描述方法上等多方面对电路进行优化设计。通过电路优化设计,可以使用规模更小的可编程逻辑芯片,从而降低系统成本。 3、本课程设计是在学完EDA原理及课程之后综合利用所学EDA知识完成一个EDA应用系统设计并在实验室实现。该课程设计的主要任务是通过解决实际问题，巩固和加深“电子设计自动化应用技术”课程中所学的理论知识和实验能力，基本掌握基于VHDL语言应用电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力。
二、设计内容
1、设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色机动车辆信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。
2、主、支干道两者交替允许通行，主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，用二位七段LED显示45秒、25秒倒计时。
3、在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5秒黄灯作为过渡，使行驶中的车辆有时间停到禁行线外。
三、设计条件
硬件：该电路包含了1个CPLD芯片，2组七段LED数码显示器，2组红绿灯，以及相
应的限流电阻。
软件：运用MAXPLUSⅡ软件，采用模块化结构，包括设计输入、项目处理、项目
校验和器件编程四个部分，所有这些部分集成在一个可视化的操作环境下。即将交通灯信号系统划分成若干小电路，编写每一个模块的VHDL程序代码，并将各个小电路相连接。这样可以增加程序的调试速度，同时也能够将工作细分，以提高编程速度。
四、设计思路
实现交通灯信号控制系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了功能修改及系统调试的困难。因此，在设计中采用EDA技术，应用目前广泛应用的VHDL硬件电路描述语言，实现交通灯控制系统的设计，利用MAXPLUSⅡ集成开发环境进行综合、仿真，并下载到CPLD可编程逻辑器件中，完成系统的控制作用。
交通灯控制系统与其他控制系统一样，划分为控制器和受控电路两部分。控制器使整个系统按设定的工作方式交替指挥车辆及行人的通行，并接收受控部分的反馈信号，决定其状态转换方向及输出信号，控制整个系统的工作过程。交通灯控制系统详细可分为九个单元电路：
1、交通灯控制器JTDKZ：根据复位信号RESET和来自时基发生电路的基准秒脉冲信号CLK，发出主、支干道指示灯的控制信号，同时向各定时单元、显示控制单元发出使能控制信号EN45、EN25、EN05M、EN05B；
2、45s、25s、05s定时单元CNT45S、CNT25S、CNT05S：根据RESET、CLK及JTDKZ发出的有关使能控制信号EN45、EN25、EN05M、EN05B，按要求定时，并将其输出传送至显示控制单元；
3、显示控制单元XSKZ：根据JTDKZ发出的有关使能控制信号EN45、EN25、EN05M、EN05B选择定时单元CNT45S、CNT25S、CNT05S的输出至各显示译码器；
4、译码器YMQ：将显示控制单元XSKZ的输出作为输入进行译码，并向有关数码显示驱动信号。
按照路口交通运行的实际情况，在本系统中，设定系统的工作情况如下：路口交通灯控制系统的主路有交通MR(红)、MY(黄)、MG(绿)；支路有交通灯：BR(红)、BY(黄)、BG(绿)；所有灯均为高电平点亮。CLK是外部提供的基准秒脉冲信号，RESET为复位信号，低电平有效。
有交通灯的系统框图为
复位信号 时钟信号 JTDKZ 主道红绿灯 定时单元 XSKZ YMQ 支道红绿灯 CNT
五、系统程序实现与仿真分析
1、交通灯控制器JTDKZ
在进行数字系统设计的时候，如果实现一个控制功能，通常会选择状态机。因为无论是与基于VHDL 的其他设计方案相比，还是与可完成相似功能的 CPU 相比，在很多方面有限状态机都有难以超越的优越性：它可以应用于从系统分析到设计的所有阶段，同时简单易用，状态间的关系清晰直观等。
根据功能要求，用st0、st1、st2、st3来表示这两组交通灯的状态： st0表示主路绿灯亮，支路红灯亮； st1表示主路黄灯亮，支路红灯亮； st2表示主路红灯亮，支路绿灯亮； st3表示主路红灯亮，支路黄灯亮。 这四种状态描述的状态转换表为： 当前状态 下一状态 转换条件 st0 st1 主路绿灯亮了45s st1 st2 主路黄灯亮了5s st2 st3 支路绿灯亮了25s st3 st0 st0 or st1 or st2 or st3 st0 由转化表得交通灯的状态转化图为：
支路黄灯亮了5s 复位信号复位
其功能模块图为：
设计仿真的截图：
2、45s定时单元CNT45S
CLK上升沿到来时，若到计时使能信号有效，CNT45S开始计数，并将输入状态通过DOUT45M、DOUT45B分别输出到主、支干道显示。
其功能模块图为：
设计仿真的截图：
3、25s定时单元CNT25S
CLK上升沿到来时，若到计时使能信号有效，CNT25S开始计数，并将输入状态通过DOUT25M、DOUT25B分别输出到主、支干道显示。
其功能模块图为：
设计仿真的截图：
4、05s定时单元CNT05S
CLK上升沿到来时，若到计时使能信号有效，CNT25S开始计数，并将输入状态通过DOUT05M、DOUT05B输出到主、支干道显示。
其功能模块图为：
设计仿真的截图：