1）在十字路口的两个方向上各设一组红绿灯显示的顺序是：其中一个方向是绿，黄，红灯。另一个方向是红 绿 黄灯。
2）设置一组数码管，以倒计时的方式显示。允许通行或禁止通行的时间。其中绿灯 黄灯 红灯的持续时间分别是20S .5S.25S.
3)当各条路中任意一条出现特殊情况如消防车，救护车或其他需要特殊放行的车辆时候个方向上均是红灯亮。倒计时停止且数字灯闪烁，当特殊运行状态传完的时候控制器恢复原状态，继续正常运行
### 基于FPGA的交通灯控制设计与实现
#### 概述
本文将详细介绍一个基于FPGA的交通灯控制系统的设计与实现方法。该系统主要用于控制十字路口的交通流，确保交通的安全有序进行。本设计采用VHDL语言编写，并在Xilinx FPGA开发板上实现了系统的功能。
#### 设计需求
1. **基本交通灯控制逻辑**：
- 在十字路口的两个方向上分别设置红绿灯。
- 控制逻辑为：一个方向为绿、黄、红灯依次变换；另一个方向则相反，即红、绿、黄灯依次变换。
- 绿灯持续时间为20秒，黄灯为5秒，红灯为25秒。
2. **倒计时显示**：
- 设置一组数码管，以倒计时方式显示绿灯、黄灯、红灯剩余时间。
3. **紧急情况处理**：
- 当有紧急车辆（如消防车、救护车等）通过时，所有方向上的交通灯均变为红灯，同时数码管显示停止并闪烁。
- 紧急状态结束后，交通灯恢复正常工作状态。
#### VHDL实现详解
### 模块1: LED显示模块 (ledshow)
该模块负责控制交通灯的状态及数码管的倒计时显示。
#### 实现代码解析
```vhdl
ENTITY ledshow IS
PORT(
clk, urgen : IN STD_LOGIC;
state : IN STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);
sub, set1, set2 : IN STD_LOGIC;
r1, g1, y1, r2, g2, y2 : OUT STD_LOGIC;
led1, led2 : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));
END ledshow;
ARCHITECTURE a OF ledshow IS
SIGNAL count1, count2 : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
SIGNAL setstate1, setstate2 : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
SIGNAL tg1, tg2, tr1, tr2, ty1, ty2 : STD_LOGIC;
BEGIN
-- 数码管显示逻辑
led1 <= "00000000" WHEN urgen = '1' AND clk = '0' ELSE count1;
led2 <= "00000000" WHEN urgen = '1' AND clk = '0' ELSE count2;
-- 灯光控制逻辑
tg1 <= '1' WHEN state = "00" AND urgen = '0' ELSE '0';
ty1 <= '1' WHEN state = "01" AND urgen = '0' ELSE '0';
tr1 <= '1' WHEN state(1) = '1' OR urgen = '1' ELSE '0';
tg2 <= '1' WHEN state = "10" AND urgen = '0' ELSE '0';
ty2 <= '1' WHEN state = "11" AND urgen = '0' ELSE '0';
tr2 <= '1' WHEN state(1) = '0' OR urgen = '1' ELSE '0';
-- 设置状态值
setstate1 <= "01000000" WHEN state = "00" ELSE
"00000101" WHEN state = "01" ELSE
"01000101";
setstate2 <= "01000000" WHEN state = "10" ELSE
"00000101" WHEN state = "11" ELSE
"01000101";
-- 倒计时更新过程
label2:
PROCESS (sub)
BEGIN
IF sub'event AND sub = '1' THEN
IF set2 = '1' THEN
count2 <= setstate2;
ELSIF count2(3 DOWNTO 0) = "0000" THEN
count2 <= count2 - 7;
ELSE
count2 <= count2 - 1;
END IF;
-- 更新灯光状态
g2 <= tg2;
r2 <= tr2;
y2 <= ty2;
END IF;
END PROCESS label2;
-- 倒计时更新过程
label1:
PROCESS (sub)
BEGIN
IF sub'event AND sub = '1' THEN
IF set1 = '1' THEN
count1 <= setstate1;
ELSIF count1(3 DOWNTO 0) = "0000" THEN
count1 <= count1 - 7;
ELSE
count1 <= count1 - 1;
END IF;
-- 更新灯光状态
g1 <= tg1;
r1 <= tr1;
y1 <= ty1;
END IF;
END PROCESS label1;
END a;
```
### 模块2: 控制模块 (ledcontrol)
该模块主要负责整个交通灯系统的状态转换逻辑。
#### 实现代码解析
```vhdl
ENTITY ledcontrol IS
PORT(
reset, clk, urgen : IN STD_LOGIC;
state : OUT STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);
sub, set1, set2 : OUT STD_LOGIC);
END ledcontrol;
ARCHITECTURE a OF ledcontrol IS
SIGNAL count : STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);
SIGNAL subtemp : STD_LOGIC;
BEGIN
sub <= subtemp AND (NOT clk);
statelabel:
PROCESS (reset, clk)
BEGIN
IF reset = '1' THEN
count <= "0000000";
state <= "00";
ELSIF clk'event AND clk = '1' THEN
IF urgen = '0' THEN
count <= count + 1;
subtemp <= '1';
ELSE
subtemp <= '0';
END IF;
-- 状态转移逻辑
IF c
```
#### 状态转移逻辑
状态转移逻辑用于实现交通灯的基本控制流程。这里省略了部分代码，但根据上下文可以推测出：
- `count` 信号用于记录当前状态的持续时间。
- `subtemp` 信号用于触发状态更新。
- `state` 输出信号用于指示当前的交通灯状态。
### 总结
通过以上两个模块的设计，我们实现了基于FPGA的交通灯控制系统的核心功能。该系统能够有效控制交通流，确保交通的安全有序，并具备紧急情况下的响应机制。此外，该设计还提供了一个可扩展的框架，可根据实际需求进一步优化和完善。
