基于FPGA的交通信号灯设计（一）_基于fpga的交通信号控制系统设计

设计任务

1. 模拟十字路口交通信号灯的工作过程，利用交通信号灯上的两组红，黄，绿LED发光二极管作为交通信号灯，设计一个交通信号灯控制器。
2. 模拟两条公路，一条交通主干道，一条交通支干道，在主干道和支干道的交叉路口上设置红，绿，蓝灯进行交通管理。
3. 应用VHDL硬件描述语言编写程序；
4. 利用软件仿真出结果；

总体设计

任务和要求：该数字系统完成对十字路口交通信号灯的控制，十字路口由一条东西方向的主干道(简称A道)和南北方向的支干道(简称B道)构成。 十字路口交通灯控制规则为：

(1) 初始状态为4 个方向的红灯全亮，时间1s。

(2) 东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。东西方向通车，时间30s。

(3) 东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮，时间5s。

(4) 东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。南北方向通车，时间20s。

(5) 东西方向红灯亮，南，北方向黄灯亮，时间5s。

(6) 返回(2)，继续运行。

(7) 如果发生紧急事件，例如救护车，警车通过，则按下单脉冲按钮，使得东，南，西，北四个方向红灯亮。紧急事件结束后，松开单脉冲按钮，将恢复到被打断的状态继续运行。

设计注意事项

1. 时序约束：确保交通信号灯的时序满足实际应用的要求。这包括信号灯的切换时间、黄灯持续时间、绿灯和红灯的持续时间等。时序约束的正确定义对于FPGA设计非常重要，可以通过时序分析工具进行验证。

2. 状态机设计：使用状态机来管理交通信号灯的状态转换。状态机的设计应考虑到所有可能的状态和状态之间的转换条件，以确保交通信号灯的行为符合预期。

3. 灵活性：设计应具有一定的灵活性，以便根据实际情况进行调整。这可能包括考虑不同时间段的交通流量变化，或者根据交通流量感知实时调整信号灯的时序。

4. 灯色控制：确保交通信号灯的灯色切换是可靠和准确的。这可能涉及到灯色切换的同步和防抖处理，以及确保在切换时不会出现任何短暂的混乱状态。

5. 硬件资源利用：合理利用FPGA的硬件资源，尽量减少资源消耗，以便在同一个FPGA芯片上实现更多的功能模块。

6. 异常处理：考虑交通信号灯可能遇到的异常情况，如断电、通信故障等，并设计相应的异常处理机制，以确保系统的可靠性和稳定性。

7. 仿真和验证：在部署之前进行充分的仿真和验证工作，以确保设计的正确性和稳定性。这可以通过使用仿真工具和硬件验证平台来实现。

8. 节能考虑：考虑到交通信号灯长时间运行的情况，设计应尽量节能，减少功耗，延长设备的使用寿命。

开发板实物图及端口设置

紧急按键按下，时间不走，松开，时间继续计时。

白天与黑夜模式，不按白天模式，按下黑夜模式。

由于板上的序号看不清，所以以实际操作为主

引脚配置如下

如需更改，按上面的更改！

备注：VHDL语言与Veriolg HDL的异同

Verilog HDL 和VHDL相同点：

1. 用途：Verilog HDL和VHDL都用于硬件设计和验证。它们可以描述数字电路的结构、行为和时序。

2. 抽象级别：两者都支持多种抽象级别，包括结构级、行为级和寄存器传输级等。这使得设计者可以根据需要选择最合适的抽象级别来描述电路。

3. 并发性：Verilog HDL和VHDL都支持并发语句，可以描述多个硬件操作同时进行的情况。这使得它们适用于描述复杂的硬件系统。

4. 模块化：两种语言都支持模块化设计，可以将电路分解为多个模块，并通过层次化的方式进行组合。这种模块化设计有助于提高设计的可维护性和可重用性。

5. 仿真和综合：Verilog HDL和VHDL都可以用于进行仿真和综合。设计者可以使用仿真工具验证设计的正确性，并使用综合工具将设计转换为实际的硬件电路。

Verilog HDL 和VHDL不同点：

1. 语法：Verilog HDL的语法更类似于C语言，更加紧凑和直观。VHDL的语法更加结构化和正式，更类似于Ada语言。

2. 模块化：在Verilog HDL中，模块的声明和实例化比较简单，使用module和instantiation进行定义。VHDL对模块的描述更加严谨和详细，使用entity、architecture和component等关键字。

3. 并发语言特性：Verilog HDL更倾向于使用非阻塞赋值（non-blocking assignment），适合描述硬件并发行为。VHDL在并发描述方面更加灵活，使用过程（process）和信号赋值（signal assignment）等结构。

4. 类型系统：VHDL拥有更为丰富的数据类型系统，包括标量（scalar）、数组（array）、记录（record）等，同时支持用户自定义类型。Verilog HDL的数据类型相对较简单，主要包括基本的整数、浮点数和向量等。