中國石油大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)交通燈控制電路設(shè)計(jì)報(bào)告

1、20112012學(xué)年第二學(xué)期數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（適用專業(yè)：電氣10級(jí)） 題 目 交通燈控制電路設(shè)計(jì) 姓 名 鄭長明 學(xué) 號(hào) 專業(yè)班級(jí) 電氣10-2班 開課系室 電工電子學(xué)教學(xué)中心 設(shè)計(jì)日期 2012年7月5 日9日 目 錄1、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求22、系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案3、各子模塊設(shè)計(jì)3.1時(shí)鐘分頻模塊 3.2十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器模塊3.3七段數(shù)碼管顯示譯碼器模塊3.4交通燈控制模塊3.5點(diǎn)陣顯示模塊4、仿真測(cè)試結(jié)果5、實(shí)習(xí)總結(jié)與討論一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求：交通燈的顯示有很多方式，如十字路口、丁字路口等，而對(duì)于同一個(gè)路口又有很多不同的顯示要求，比如十字路口，車輛如果只要東西和南北方向通行就很簡單，而如

2、果車子可以左右轉(zhuǎn)彎的通行就比較復(fù)雜，本實(shí)驗(yàn)僅針對(duì)最簡單的南北和東西直行的情況。要完成本實(shí)驗(yàn)，首先必須了解交通路燈的燃滅規(guī)律。本實(shí)驗(yàn)需要用到實(shí)驗(yàn)箱上交通燈模塊中的發(fā)光二極管，即紅、黃、綠各四個(gè)。依人們的交通常規(guī)，“紅燈停，綠燈行，黃燈提醒”。其交通燈的燃滅規(guī)律為：初始態(tài)是兩個(gè)路口的紅燈全亮，之后，東西路口的綠燈亮，南北路口的紅燈亮，東西方向通車，延時(shí)一段時(shí)間后，東西路口綠燈滅，黃燈開始閃爍。閃爍若干次后，東西路口紅燈亮，而同時(shí)南北路口的綠燈亮，南北方向開始通車，延時(shí)一段時(shí)間后，南北路口的綠燈滅，黃燈開始閃爍。閃爍若干次后，再切換到東西路口方向，重復(fù)上述過程。在實(shí)驗(yàn)中使用4個(gè)七段碼管中的任意一個(gè)或

3、兩個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)間。東西路和南北路的通車時(shí)間均設(shè)定為9s。數(shù)碼管的時(shí)間總是顯示為9、8、72、1、0、9、8。在顯示時(shí)間小于等于3秒的時(shí)候，通車方向的黃燈閃爍。在東西向綠燈期間，點(diǎn)陣顯示自己的姓名；在南北向綠燈期間，點(diǎn)陣顯示自己的學(xué)號(hào)后3位。擴(kuò)展要求：將0-9s擴(kuò)展為0-30s。二、具體要求：本實(shí)驗(yàn)要完成任務(wù)就是設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的交通燈控制器，交通燈顯示用實(shí)驗(yàn)箱的交通燈模塊和七段碼管中的任意一個(gè)或兩個(gè)來顯示。系統(tǒng)時(shí)鐘選擇時(shí)鐘模塊的50MHz時(shí)鐘，黃燈閃爍時(shí)鐘要求為2Hz，七段碼管的時(shí)間顯示為1Hz脈沖，即每1s中遞減一次，在顯示時(shí)間小于等于3秒的時(shí)候，通車方向的黃燈以2Hz的頻率閃爍。在東西向綠燈

4、期間，點(diǎn)陣顯示自己的姓名；在南北向綠燈期間，點(diǎn)陣顯示自己的學(xué)號(hào)后3位。顯示方式：1秒顯示一個(gè)漢字或者一個(gè)數(shù)字（漢字和數(shù)字均靜止不動(dòng)，即不循環(huán)），然后全暗1秒，然后再顯示一個(gè)漢字或者一個(gè)數(shù)字，以此類推。實(shí)驗(yàn)箱中用到的數(shù)字時(shí)鐘模塊、按鍵開關(guān)、數(shù)碼管、點(diǎn)陣與FPGA的接口電路，以及數(shù)字時(shí)鐘源、按鍵開關(guān)、數(shù)碼管、點(diǎn)陣與FPGA的管腳連接在以前的實(shí)驗(yàn)中都做了詳細(xì)說明，這里不再贅述。交通燈模塊原理與LED燈模塊的電路原理一致，當(dāng)有高電平輸入時(shí)LED燈就會(huì)被點(diǎn)亮，反之不亮。只是LED發(fā)出的光有顏色之分。三、輸入輸出資源說明：1、輸入信號(hào)：按鍵K1（按下時(shí)K1=0，松開時(shí)K1=1）。2、外部輸入脈沖信號(hào)時(shí)鐘源

5、CP（50MHz），經(jīng)適當(dāng)分頻后供計(jì)數(shù)器使用。3、輸出1組顯示譯碼信號(hào)（每組7個(gè)輸出端），接到外部的兩個(gè)七段數(shù)碼管上，顯示倒計(jì)時(shí)；（擴(kuò)展要求）或輸出2組顯示譯碼信號(hào)（每組7個(gè)輸出端），分別接到外部的兩個(gè)七段數(shù)碼管M1、M2上，M1和M2分別顯示30秒倒計(jì)時(shí)的十位和個(gè)位。4、輸出6個(gè)高低電平信號(hào)，分別接到外部的6個(gè)指示縱向、橫向的LED燈。（輸出高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的LED燈亮）其具體框圖如下：1Hz縱向指示燈LED1控制器計(jì)數(shù)器（10s倒計(jì)時(shí)；通車時(shí)間倒計(jì)時(shí)）七段LED數(shù)碼管顯示（1個(gè)）輸出顯示譯 碼50MHz縱向指示燈LED3橫停指示燈LED6縱向指示燈LED2S1橫向指示燈LED5橫向指示燈LE

6、D4CLK3-10s內(nèi)顯示姓名或者學(xué)號(hào)圖1 交通燈控制電路結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)如上說明，本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和設(shè)計(jì)要求是：1、按照現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的Top-Down模塊化設(shè)計(jì)方法，提出交通燈控制電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行正確的功能劃分，分別提出并實(shí)現(xiàn)控制器、計(jì)數(shù)器、輸出譯碼、點(diǎn)陣顯示等模塊化子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。2、在Quartus的EDA設(shè)計(jì)環(huán)境中，完成系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)、各子系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)。分別完成各個(gè)基于Verilog語言實(shí)現(xiàn)的子模塊（包括控制器電路、計(jì)數(shù)器電路、輸出譯碼電路、點(diǎn)陣顯示電路）的邏輯功能仿真。最后對(duì)頂層設(shè)計(jì)進(jìn)行功能仿真。 3、在2步的基礎(chǔ)上，用下載電纜通過JTAG口將對(duì)應(yīng)的sof文件加載

7、到FPGA中。觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與自己的編程思想一致。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求及原理，我設(shè)計(jì)的交通燈控制電路包括時(shí)鐘分頻、十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器、七段數(shù)碼管顯示、交通燈控制和點(diǎn)陣顯示模塊組成。頂層設(shè)計(jì)方案:（1）、外部輸入脈沖信號(hào)時(shí)鐘源CP（50MHz），經(jīng)適當(dāng)分頻后供計(jì)數(shù)器和譯碼器及控制器使用。（2）、輸出顯示譯碼信號(hào)（7個(gè)輸出端），顯示10秒倒計(jì)時(shí)9-0s。（3）、輸出6個(gè)高低電平信號(hào)，分別接到外部的6個(gè)指示縱向、橫向的LED燈。（輸出高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的LED燈亮）分頻模塊點(diǎn)陣顯示模塊倒計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)模塊交通燈控制及數(shù)碼管顯示模塊總體設(shè)計(jì)圖：三、各子模塊設(shè)計(jì)3.1時(shí)鐘分頻模塊通過編程設(shè)計(jì)分頻器產(chǎn)

8、生1khz、2hz、1hz時(shí)鐘頻率，為各模塊提供脈沖；verilog 程序如下：module fp(clk,cp1,cp2,cp3);input clk;output cp1,cp2,cp3;reg 31:0cout1;reg 31:0cout2;reg 31:0cout3;reg cp1,cp2,cp3;always (posedge clk) begin cout1=(cout1=32d49999)?1d0:(cout1+1d1); cp1=32d25000)?1d1:1d0; cout2=(cout2=32d)?1d0:(cout2+1d1); cp2=32d)?1d1:1d0; cou

9、t3=(cout3=32d)?1d0:(cout3+1d1); cp3=32d)?1d1:1d0; endendmodule生成模塊：3.2十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器模塊為了實(shí)現(xiàn)紅綠燈時(shí)倒計(jì)時(shí)顯示時(shí)間：源程序module cn10(clk,q);input clk;output 3:0q;reg 3:0q;initial begin q=4b1001; endalways(posedge clk) begin if(q=4b0000)q=4b1001; else q=q-4b0001;endendmodule生成模塊：3.3七段數(shù)碼管顯示譯碼器模塊為了用數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)9-0，程序：module yim

10、aqi(a,q);input 3:0a;output 6:0q;reg 6:0q;always (a)begin case(a)4h0:q=b;4h1:q=b;4h2:q=b;4h3:q=b;4h4:q=b;4h5:q=b;4h6:q=b;4h7:q=b;4h8:q=b;4h9:q=b; endcaseend endmodule生成模塊：3.4交通燈控制模塊module control(clk,r1,y1,g1,r2,y2,g2);input clk;output r1,y1,g1,r2,y2,g2;reg r1,y1,g1,r2,y2,g2;reg 5:0cout;always (posed

11、ge clk)begin cout=0&cout19&cout31&cout=39) begin g1=0;g2=0;r1=1;r2=0;y1=0; if(cout%2=0)y2=1; else y2=0; end else begin g1=0;g2=0;r1=0;r2=1;y2=0; if(cout%2=0)y1=1; else y1=0; end end endmodule生成模塊：3.5點(diǎn)陣顯示模塊為了在2方向綠燈期間實(shí)現(xiàn)顯示姓名和學(xué)號(hào)，用點(diǎn)陣掃描顯示，1000hz，我用的是逆向掃描，verilog程序如下:module dianzhen(clk,clk3,row,con);input

12、 clk,clk3;output15:0 row;output15:0 con;reg15:0 row;reg15:0 con;integer cnt,b;reg15:0 r319:0;initial begin/全暗r0 =16b 11111;r1 =16b 11111;r2 =16b 11111;r3 =16b 11111;r4 =16b 11111;r5 =16b 11111;r6 =16b 11111;r7 =16b 11111;r8 =16b 11111;r9 =16b 11111;r10 =16b 11111;r11 =16b 11111;r12 =16b 11111;r13 =1

13、6b 11111;r14 =16b 11111;r15 =16b 11111;/全暗r16=16b11111;r17=16b11111;r18=16b11111;r19=16b11111;r20=16b11111;r21=16b11111;r22=16b11111;r23=16b11111;r24=16b11111;r25=16b11111;r26=16b11111;r27=16b11111;r28=16b11111;r29=16b11111;r30=16b11111;r31=16b11111;/全暗r32 =16b 11111;r33 =16b 11111;r34 =16b 11111;r3

14、5 =16b 11111;r36 =16b 11111;r37 =16b 11111;r38 =16b 11111;r39 =16b 11111;r40 =16b 11111;r41 =16b 11111;r42 =16b 11111;r43 =16b 11111;r44 =16b 11111;r45 =16b 11111;r46 =16b 11111;r47 =16b 11111;/全暗r48=16b11111;r49=16b11111;r50=16b11111;r51=16b11111;r52=16b11111;r53=16b11111;r54=16b11111;r55=16b11111;

15、r56=16b11111;r57=16b11111;r58=16b11111;r59=16b11111;r60=16b11111;r61=16b11111;r62=16b11111;r63=16b11111;/全暗r64 =16b 11111;r65 =16b 11111;r66 =16b 11111;r67 =16b 11111;r68 =16b 11111;r69 =16b 11111;r70 =16b 11111;r71 =16b 11111;r72 =16b 11111;r73 =16b 11111;r74 =16b 11111;r75 =16b 11111;r76 =16b 1111

16、1;r77 =16b 11111;r78 =16b 11111;r79 =16b 11111;/8r80=16b 11111;r81=16b 00111;r82=16b 11011;r83=16b 11011;r84=16b 11011;r85=16b 11011;r86=16b 00111;r87 =16b 11111;r88=16b11111;r89=16b11111;r90=16b11111;r91=16b11111;r92=16b11111;r93=16b11111;r94=16b11111;r95=16b11111;/全暗r96=16b11111;r97=16b11111;r98=1

17、6b11111;r99=16b11111;r100=16b11111;r101=16b11111;r102=16b11111;r103=16b11111;r104=16b11111;r105=16b11111;r106=16b11111;r107=16b11111;r108=16b11111;r109=16b11111;r110=16b11111;r111=16b11111;/2r112=16b 11111;r113=16b 10011;r114=16b 00011;r115=16b 01011;r116=16b 11011;r117=16b 11011;r118=16b 10011;r119

18、=16b 10011;r120=16b11111;r121=16b11111;r122=16b11111;r123=16b11111;r124=16b11111;r125=16b11111;r126=16b11111;r127=16b11111;/全暗r128=16b11111;r129=16b11111;r130=16b11111;r131=16b11111;r132=16b11111;r133=16b11111;r134=16b11111;r135=16b11111;r136=16b11111;r137=16b11111;r138=16b11111;r139=16b11111;r140=1

19、6b11111;r141=16b11111;r142=16b11111;r143=16b11111;/2r144 =16b 11111;r145 =16b 10011;r146 =16b 00011;r147 =16b 01011;r148 =16b 11011;r149 =16b 11011;r150 =16b 10011;r151 =16b 10011;r152=16b11111;r153=16b11111;r154=16b11111;r155=16b11111;r156=16b11111;r157=16b11111;r158=16b11111;r159=16b11111;/全暗r160=

20、16b11111;r161=16b11111;r162=16b11111;r163=16b11111;r164=16b11111;r165=16b11111;r166=16b11111;r167=16b11111;r168=16b11111;r169=16b11111;r170=16b11111;r171=16b11111;r172=16b11111;r173=16b11111;r174=16b11111;r175=16b11111;/全暗r176=16b11111;r177=16b11111;r178=16b11111;r179=16b11111;r180=16b11111;r181=16b

21、11111;r182=16b11111;r183=16b11111;r184=16b11111;r185=16b11111;r186=16b11111;r187=16b11111;r188=16b11111;r189=16b11111;r190=16b11111;r191=16b11111;/ 全暗r192=16b11111;r193=16b11111;r194=16b11111;r195=16b11111;r196=16b11111;r197=16b11111;r198=16b11111;r199=16b11111;r200=16b11111;r201=16b11111;r202=16b11

22、111;r203=16b11111;r204=16b11111;r205=16b11111;r206=16b11111;r207=16b11111;/全暗r208=16b11111;r209=16b11111;r210=16b11111;r211=16b11111;r212=16b11111;r213=16b11111;r214=16b11111;r215=16b11111;r216=16b11111;r217=16b11111;r218=16b11111;r219=16b11111;r220=16b11111;r221=16b11111;r222=16b11111;r223=16b11111

23、;/全暗r224=16b11111;r225=16b11111;r226=16b11111;r227=16b11111;r228=16b11111;r229=16b11111;r230=16b11111;r231=16b11111;r232=16b11111;r233=16b11111;r234=16b11111;r235=16b11111;r236=16b11111;r237=16b11111;r238=16b11111;r239=16b11111;/明r240=16b11111;r241=16b11111;r242=16b11111;r243=16b11111;r244=16b11111;

24、r245=16b11101;r246=16b11011;r247=16b00111;r248=16b11111;r249=16b11111;r250=16b11111;r251=16b11101;r252=16b11110;r253=16b00001;r254=16b11111;r255=16b11111;/暗r256=16b11111;r257=16b11111;r258=16b11111;r259=16b11111;r260=16b11111;r261=16b11111;r262=16b11111;r263=16b11111;r264=16b11111;r265=16b11111;r266

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26、11111;/暗r288=16b11111;r289=16b11111;r290=16b11111;r291=16b11111;r292=16b11111;r293=16b11111;r294=16b11111;r295=16b11111;r296=16b11111;r297=16b11111;r298=16b11111;r299=16b11111;r300=16b11111;r301=16b11111;r302=16b11111;r303=16b11111;/鄭r304=16b11011;r305=16b11011;r306=16b10111;r307=16b01111;r308=16b11

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