基于VHDL的交通灯控制器设计方案、源程序与仿真分析介绍

应用VHDL语言设计数字系统，大部分设计工作可在计算机上完成，从而缩短系统开发时间，提高工作效率。下面介绍基于VHDL设计交通灯控制器的一种方案，并给出源程序和仿真结果。

1 系统功能与要求

交通灯控制器控制两个主干道交叉路口的交通，路口车辆多，直行信号、左转弯信号分开显示，a，b两个主干道的通行时间相等，其中指示直行的绿灯亮30 s，指示左转弯的绿灯亮12 s，绿灯变至红灯时，黄灯亮3 s，以便于车辆能停在停车线内，红灯信号的最后3 s相应的黄灯也同时亮，以便提示驾驶人员准备起步。在两个主干道路口都配备传感器用来检测有无车辆通行。当两个主干道都有车辆时，自动处于主干道a绿灯，主干道b红灯的状态，然后轮流切换通行。当主干道a无车辆时，自动处于主干道b绿灯，主干道a红灯的状态；反之亦然，以提高通行效率。

2 设计与仿真

根据交通灯控制器的功能与要求，将其总体电路分为分频器、信号控制器两个模块。外部脉冲振荡器的频率选为32 768 kHz，经分频器分频得1 Hz的信号，1 Hz信号用做信号控制器的计数脉冲，用VHDL设计组成交通灯控制器的分频器、信号控制器两个模块，在QuartusⅡ开发平台上，分别编译两个模块的VHDL程序，然后用原理图输入法形成图1所示的总体框图。

其中信号控制器的VHDL程序如下：

其中，Sa，Sb分别是a，b路口传感器的信号，aR，aY，aG，aLR，aLY，aLG分别代表控制主干道a的直行红灯、黄灯、绿灯，左转弯红灯、黄灯、绿灯的信号；bR，bY，bG，bLR，bLY，bLG分别代表控制主干道b的直行红灯、黄灯、绿灯，左转弯红灯、黄灯、绿灯的信号；aPR，aPG，bPR，bPG是人行道信号，enl是使能信号。enl=0时a，b两路口红灯同时亮，便于处理特殊情况。用QuartusⅡ对程序编译、仿真，得到的仿真波形如图2所示，经程序下载、实验验证，系统功能符合要求。

基于VHDL设计交通灯控制器，外围电路少、功耗低、可靠性高，便于系统功能的修改，设计效率高。