数电课设·交通信号灯（Quartus Ⅱ）
远书归梦两悠悠，只有空床敌素秋。
阶下青苔与红树，雨中寥落月中愁。
————《端居》 【唐】 李商隐
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交通信号灯
要点剖析：
端口说明：
代码展示：（VHDL）
重点部分解释：
代码工作流程：
编译结果：
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交通信号灯
要点剖析：
1.设计两组信号灯，一组主干道，一组副干道，每组灯都有三种颜色（红黄绿）。
2.主干道：四十秒通行，副干道：二十秒通行；意味着主干道的绿灯亮起时间为40秒，红灯亮起时间为20秒；同样的副干道的绿灯亮起时间为20秒，红灯亮起时间为40秒。
3.每次变灯要有黄灯亮起3秒，每秒闪烁一次，共闪烁三次。
端口说明：
clk：时钟分配
a组的红黄绿灯
b组的红黄绿灯
这个实验相对简单，不需要太多端口。
代码展示：（VHDL）
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity traffic_light_controller isPort (clk : in STD_LOGIC; -- 时钟输入reset : in STD_LOGIC; -- 复位信号-- 主干道A(东西方向)信号灯a_red : out STD_LOGIC; -- 红灯a_yellow: out STD_LOGIC; -- 黄灯a_green : out STD_LOGIC; -- 绿灯-- 副干道B(南北方向)信号灯b_red : out STD_LOGIC; -- 红灯b_yellow: out STD_LOGIC; -- 黄灯b_green : out STD_LOGIC -- 绿灯);
end traffic_light_controller;architecture Behavioral of traffic_light_controller is-- 定义状态类型type state_type is (A_GREEN_B_RED, -- 主干道绿灯，副干道红灯A_YELLOW_B_RED, -- 主干道黄灯，副干道红灯A_RED_B_GREEN, -- 主干道红灯，副干道绿灯A_RED_B_YELLOW -- 主干道红灯，副干道黄灯);signal current_state, next_state : state_type;signal counter : integer range 0 to 40 := 0; -- 计时器，最大40秒signal yellow_blink : STD_LOGIC := '0'; -- 黄灯闪烁控制信号signal blink_counter : integer range 0 to 50000000 := 0; -- 用于黄灯闪烁的计数器-- 时钟频率假设为50MHz(0.02us周期)，1秒需要50000000个周期constant BLINK_INTERVAL : integer := 50000000; -- 1秒闪烁一次begin-- 状态寄存器process(clk, reset)beginif reset = '1' thencurrent_state <= A_GREEN_B_RED;counter <= 0;blink_counter <= 0;yellow_blink <= '0';elsif rising_edge(clk) thencurrent_state <= next_state;-- 黄灯闪烁控制if current_state = A_YELLOW_B_RED or current_state = A_RED_B_YELLOW thenif blink_counter < BLINK_INTERVAL thenblink_counter <= blink_counter + 1;elseblink_counter <= 0;yellow_blink <= not yellow_blink;end if;elseblink_counter <= 0;yellow_blink <= '1'; -- 非黄灯状态时保持常亮(实际不会用到)end if;-- 主计数器if counter > 0 thencounter <= counter - 1;else-- 根据当前状态设置下一个状态的计数器case current_state iswhen A_GREEN_B_RED =>counter <= 3; -- 黄灯亮3秒when A_YELLOW_B_RED =>counter <= 20; -- 副干道绿灯20秒when A_RED_B_GREEN =>counter <= 3; -- 黄灯亮3秒when A_RED_B_YELLOW =>counter <= 40; -- 主干道绿灯40秒when others =>counter <= 0;end case;end if;end if;end process;-- 状态转换逻辑process(current_state, counter)begincase current_state iswhen A_GREEN_B_RED =>if counter = 0 thennext_state <= A_YELLOW_B_RED;elsenext_state <= A_GREEN_B_RED;end if;when A_YELLOW_B_RED =>if counter = 0 thennext_state <= A_RED_B_GREEN;elsenext_state <= A_YELLOW_B_RED;end if;when A_RED_B_GREEN =>if counter = 0 thennext_state <= A_RED_B_YELLOW;elsenext_state <= A_RED_B_GREEN;end if;when A_RED_B_YELLOW =>if counter = 0 thennext_state <= A_GREEN_B_RED;elsenext_state <= A_RED_B_YELLOW;end if;when others =>next_state <= A_GREEN_B_RED;end case;end process;-- 输出逻辑process(current_state, yellow_blink)begin-- 默认值a_red <= '0'; a_yellow <= '0'; a_green <= '0';b_red <= '0'; b_yellow <= '0'; b_green <= '0';case current_state iswhen A_GREEN_B_RED =>a_green <= '1';b_red <= '1';when A_YELLOW_B_RED =>a_yellow <= yellow_blink; -- 黄灯闪烁b_red <= '1';when A_RED_B_GREEN =>a_red <= '1';b_green <= '1';when A_RED_B_YELLOW =>a_red <= '1';b_yellow <= yellow_blink; -- 黄灯闪烁when others =>a_red <= '1';b_red <= '1';end case;end process;end Behavioral;重点部分解释：
process(clk, reset)
beginif reset = '1' thencurrent_state <= A_GREEN_B_RED;counter <= 0;blink_counter <= 0;yellow_blink <= '0';elsif rising_edge(clk) thencurrent_state <= next_state;-- 黄灯闪烁控制if current_state = A_YELLOW_B_RED or current_state = A_RED_B_YELLOW thenif blink_counter < BLINK_INTERVAL thenblink_counter <= blink_counter + 1;elseblink_counter <= 0;yellow_blink <= not yellow_blink;end if;elseblink_counter <= 0;yellow_blink <= '1';end if;-- 主计数器if counter > 0 thencounter <= counter - 1;else-- 状态转换时重置计数器case current_state iswhen A_GREEN_B_RED => counter <= 3; -- 黄灯3秒when A_YELLOW_B_RED => counter <= 20; -- 副干道绿灯20秒when A_RED_B_GREEN => counter <= 3; -- 黄灯3秒when A_RED_B_YELLOW => counter <= 40; -- 主干道绿灯40秒when others => counter <= 0;end case;end if;end if;
end process;这个进程实现：
1. 复位功能
2. 状态寄存器更新
3. 黄灯闪烁控制（每秒翻转一次）
4. 主计数器控制，在不同状态转换时设置不同的计数值process(current_state, counter)
begincase current_state iswhen A_GREEN_B_RED =>if counter = 0 thennext_state <= A_YELLOW_B_RED;elsenext_state <= A_GREEN_B_RED;end if;when A_YELLOW_B_RED =>if counter = 0 thennext_state <= A_RED_B_GREEN;elsenext_state <= A_YELLOW_B_RED;end if;when A_RED_B_GREEN =>if counter = 0 thennext_state <= A_RED_B_YELLOW;elsenext_state <= A_RED_B_GREEN;end if;when A_RED_B_YELLOW =>if counter = 0 thennext_state <= A_GREEN_B_RED;elsenext_state <= A_RED_B_YELLOW;end if;when others =>next_state <= A_GREEN_B_RED;end case;
end process;
这个组合逻辑进程根据当前状态和计数器值决定下一状态，实现状态机的转换。process(current_state, yellow_blink)
begin-- 默认值a_red <= '0'; a_yellow <= '0'; a_green <= '0';b_red <= '0'; b_yellow <= '0'; b_green <= '0';case current_state iswhen A_GREEN_B_RED =>a_green <= '1';b_red <= '1';when A_YELLOW_B_RED =>a_yellow <= yellow_blink; -- 黄灯闪烁b_red <= '1';when A_RED_B_GREEN =>a_red <= '1';b_green <= '1';when A_RED_B_YELLOW =>a_red <= '1';b_yellow <= yellow_blink; -- 黄灯闪烁when others =>a_red <= '1';b_red <= '1';end case;
end process;
这个进程根据当前状态设置信号灯的输出，注意黄灯输出与闪烁信号相连实现闪烁效果。代码工作流程：
1. 初始状态：`A_GREEN_B_RED`（主干道绿灯，副干道红灯），持续40秒
2. 第一次转换：40秒后转为`A_YELLOW_B_RED`（主干道黄灯闪烁，副干道红灯），持续3秒
3. 第二次转换：转为`A_RED_B_GREEN`（主干道红灯，副干道绿灯），持续20秒
4. 第三次转换：转为`A_RED_B_YELLOW`（主干道红灯，副干道黄灯闪烁），持续3秒
5. 循环：回到初始状态`A_GREEN_B_RED`，形成完整循环
编译结果：
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