EDA課程設計交通燈控制系統(tǒng)設計

1、安 徽 礦 業(yè) 職 業(yè) 技 術 學 院 課 程 設 計eda課程設計 交通燈控制系統(tǒng)設計l 姓 名：許朝亮l 專 業(yè): 應用電子技術 l 班 級：101l 課程設計題目：交通燈控制系統(tǒng)l 指 導 教 師：l 學 號：l 設 計 時 間：2012-01-（0411）- 36 -前言電子設計自動化（eda）是近幾年迅速發(fā)展起來的計算機軟件、硬件和微電子技術交叉形成的現(xiàn)代電子設計技術，其含義已經(jīng)不局限在當初的類似protel電路版圖設計自動化的概念，目前eda技術更多的是指芯片內的電路設計自動化。也就是說，開發(fā)人員完全可以通過自己設計電路來定制其芯片內部的電路功能，使之成為專用集成電路（asic）芯

2、片，這就是當今的用戶可編程邏輯器件（pld）技術。目前，在世界范圍內，可編程邏輯器件受到了業(yè)界的普遍歡迎，在近幾年得到了迅速的發(fā)展，其集成度和工作速度不斷提高，功能不斷完善，已經(jīng)成為當今實現(xiàn)電子系統(tǒng)集成化的重要工具。因此，eda技術勢必成為廣大電子信息工程技術人員必須掌握的技術，運用eda技術設計電子系統(tǒng)也是一個電子工程師必備的技能。隨著交通工具的迅速發(fā)展，私家車輛是越來越多，道路已經(jīng)變得十分擁堵，因此這對那些十字路口的紅綠燈要求十分嚴格，紅綠燈能否正常運行關系到交通事故和駕駛員、行人的生命安全，因此交通燈的設計將會變得十分嚴格，決不允許有半點的差錯，這就要求設計人員具有崇高的電子信息工程技術

3、知識和設計思想，具有非常細心的設計態(tài)度。目錄1緒論- 1 1.1簡介- 1 1.2eda 發(fā)展歷程- 1 1.3摘要- 1 2. quartusii6.0 的使用方法- 2 3. 交通燈的設計目的和要求- 19 3.1設計目的- 19 3.2設計要求- 19 4 交通的設計分析- 20 4.1 設計思路- 20 4.2整體設計方案框架圖- 21 4.3交通燈控制器狀態(tài)控制表- 21 4.4設計流程圖- 21 5 分頻模塊235.1 分頻模塊的功能- 23 5.2 分頻模塊的源程序- 23 5.3 分頻模塊的功能仿真圖- 24 6. 控制模塊246.1控制模塊功能- 24 6.2 控制模塊源程序

4、- 25 6.3 控制模塊功能仿真圖- 26 7. 選擇模塊- 26 7.1 選擇模塊的功能- 26 7.2 選擇模塊的源程序- 27 7.3 選擇程序的功能仿真圖- 29 8. led顯示模塊- 30 8.1 led顯示模塊的功能- 30 82 led顯示模塊的源程序- 30 8.3 led顯示模塊的功能仿真圖- 31 9. 頂層文件原理圖設計329.1頂層文件原理圖- 32 9.2 頂層原理圖的功能仿真波形圖- 33 10.交通燈的測試結果- 34 11.課程設計總結- 35 參考文獻- 36 1緒論1.1簡介 電子設計自動化（electronic design automation ,e

5、da）技術以計算機為基礎工作平臺，以微電子技術為物理基礎，以現(xiàn)代電子設計技術為靈魂，采用計算機軟件工具，最終實現(xiàn)電子系統(tǒng)或專用集成電路（asica）的設計。eda技術的使用者包括兩類：一類是專用集成電路芯片的設計研發(fā)人員；另一類是廣大電子線路設計人員。eda技術可簡單概括為以大規(guī)模可編程邏輯器件為設計載體，通過硬件描述語言或邏輯圖輸入給相應eda開發(fā)軟件，經(jīng)過編譯和仿真，最終將設計的電路下載到設計載體中，從而完成系統(tǒng)設計任務的一門新技術。 1.2eda 發(fā)展歷程從目前的eda技術來看，其發(fā)展趨勢是政府重視，使用普及、應用廣泛、工具多樣、軟件功能強大。隨著微電子技術與工具軟件的發(fā)展，eda技術的

6、硬件載體、軟件開發(fā)工具與設計輸入方式都發(fā)生了很大的變化。1.3摘要本課程設計側重于邏輯電路設計同時采用vhdl硬件描述語言輔助完成對十字路口交通燈電路的功能仿真。在設計過程中，重點探討了交通燈控制系統(tǒng)的設計思路和功能模塊的劃分，對設計過程中出現(xiàn)的問題詳細進行分析。系統(tǒng)主要由四個模塊組成： 分頻模塊、控制模塊、選擇模塊、數(shù)碼顯示模塊。關鍵詞：交通燈 功能模塊 vhdl語言2. quartusii6.0 的使用方法啟動quartus ii6.0雙擊桌面上的quartus ii6.0圖標或單擊“開始”按鈕并在程序菜單中選擇quartus ii6.0,可以啟動quartus ii6.0.編輯文件（1）

7、單擊菜單欄中的filenew命令，打開“new”對話框，用于輸入文件類型。（2）單擊“new”對話框中的device design files選項卡，選擇輸入文件的類型。這里選擇“block diagram/schematic file”，選好后單擊“ok”按鈕，打開圖形編輯窗口。輸入原理圖（1）右擊鼠標，彈出快捷菜單，點擊“insertsymbol”，會出現(xiàn)一個輸入原理符號的窗口（2）右擊鼠標，彈出快捷菜單，點擊“insertsymbol”，會出現(xiàn)一個輸入原理符號的窗口。本實訓中所用的原件74151、74161在othersmaxplus2庫中，輸入端口信號、輸出端口信號在primitive

8、spin中，電源信號（vcc）、接地信號（gnd）在primitivesother庫中。在畫連線時，把光標置于端口處，當出現(xiàn)十字形時按下左鍵進行畫線。其余的操作與protel相似。（3）保存所建立的文件，將該文件保存到d盤design文件夾中，文件名為ex1-v。創(chuàng)建工程（1）打開創(chuàng)建工程向導a：單擊filenew preject wizard菜單，出現(xiàn)新建工程向導的對話框，b：單擊”nex”按鈕，出現(xiàn)工程基本設置對話框。c：在最上面的輸入框中輸入工作庫文件夾的地址，這里用的地址是d:dsigns,單擊旁邊瀏覽按鈕，選擇所需的設計文件。d:輸入該工程的名稱，一般可以用頂層文件的名稱作為工程名稱

9、，這里的頂層文件名是ex1-v。最下面的文件名輸入框要求輸入頂層設計文件實體的名稱，這里頂層文件的實體的名稱也是ex1-v。單擊“打開”按鈕，會出現(xiàn)一個工程設置完成對話框。（2）將設計文件加入工程中單擊“nex”按鈕，彈出添加文件對話框，將與本工程有關的文件加入，（3）選擇目標芯片單擊“nex”按鈕，打開選擇目標芯片的對話框，根據(jù)系統(tǒng)設計的實際需要選擇目標芯片。首先在family欄選擇芯片系列，這里選擇cylone系列的ep1c3t144c8芯片。（4）選擇仿真器和綜合器類型.a:單擊“nex”按鈕，彈出選擇仿真器和綜合器對話框。b:單擊“nex”按鈕，彈出工程設置統(tǒng)計窗口。最后單擊“fini

10、sh”按鈕，結束設置。目標芯片的配置。（1）選擇目標芯片，單擊菜單欄中的assignmentsdevice命令，彈出一個對話框，選擇category下的device選項，然后在右側選擇目標芯片ep1c3t144c8。（2）選擇目標器件編程配置方式單擊“device& pin options.”按鈕進入器件管腳操作對話框。首先選擇configuration方式為passive serial，這種方式可以直接由pc機配置。（3）選擇輸出配置單擊“programming files”選項卡，可以選“hexadecimal”，即產(chǎn)生下載文件的同時，產(chǎn)生十六進制配置文件。（4）選擇目標器件閑置引腳的狀態(tài)

11、單擊“unused pins”選項卡，可根據(jù)實際需要選擇目標器件空閑管腳的狀態(tài)。編譯(1)編譯單擊菜單欄中的processingstart compilation命令，啟動編譯(2)閱讀編譯報告編譯成功后可以看到編譯報告。仿真（1）建立波形文件仿真前必須建立波形文件。單擊filenew命令，打開文件選擇窗口，然后單擊“other files”選項卡，選擇其中的“vector waveform file”選項。（2）打開波形編譯器 單擊“ok”按鈕，即出現(xiàn)空白的波形編輯窗口（3）輸入信號節(jié)點。a: 單擊viewutility windowsnode finder 命令，打開輸入信號節(jié)點對話框。在

12、該對話框的filter欄中選pins:all,然后單擊“l(fā)ist”按鈕，在下方的“nodes found”列表框中會出現(xiàn)設計工程的所有端口引腳名。b:。用鼠標輸入節(jié)點,逐個拖到波形編輯窗口。然后單擊關閉按鈕，關閉“node finder”對話框。（4）編輯輸入波形分別給輸入管腳編輯波形，給輸入信號添加脈沖波形。（5）啟動仿真及閱讀仿真報告單擊菜單欄中的processingstart simulation命令，即可啟動仿真器，生成仿真波形圖。指定芯片管腳(1) 單擊菜單欄中的assignmentspin,打開芯片管腳編輯對話框。(2) 雙擊芯片的管腳，彈出“pin properties”對話框。

13、給管腳添加相應的信號。3. 交通燈的設計目的和要求3.1設計目的(1)掌握數(shù)字系統(tǒng)的設計流程；（2）掌握利用原理圖與vhdl混合設計數(shù)字系統(tǒng)的方法；（3）掌握交通燈的設計原理與設計實現(xiàn)。3.2設計要求1、能顯示十字路口東西、南北兩個方向的紅、黃、綠燈的指示狀態(tài)，用兩組紅、黃、綠三色燈作為兩個方向的紅、黃、綠燈。2 、能實現(xiàn)正常的倒計時功能，用兩組數(shù)碼管作為東西、南北方向的倒計時顯示，顯示時間為紅燈45秒，綠燈40秒，黃燈5秒。3、能實現(xiàn)特殊狀態(tài)的功能。按s1鍵后，能實現(xiàn)以下特殊狀態(tài)：(1)顯示倒計時的兩組數(shù)碼管閃爍。(2)計數(shù)器停止計數(shù)并保持在原來的狀態(tài)。(3)東西、南北路口均顯示紅燈狀態(tài)。(

14、4)特殊狀態(tài)解除后能繼續(xù)計數(shù)。4、能實現(xiàn)總體清零功能。按下sb鍵后，系統(tǒng)實現(xiàn)總體清零，計數(shù)器由初狀態(tài)計數(shù)，對應狀態(tài)的指示燈亮。5、用vhdl語言設計上述功能的交通燈控制器，并用層次化的方法設計該電路。6、完成電路全部設計后，通過系統(tǒng)實驗箱下載嚴重所設計課題的正確性。4 交通的設計分析4.1 設計思路本實驗中主要應用了狀態(tài)機以及減法器的設計原理。在狀態(tài)連續(xù)變化的數(shù)字系統(tǒng)設計中，采用狀態(tài)機的設計思想有利于提高設計效率，增加程序的可讀性，減少錯誤的發(fā)生幾率。其中，主要模塊包括分頻模塊、控制模塊、選擇模塊、數(shù)碼顯示模塊。各個模塊先用eda技術中的vhdl語言編程仿真，再生成各個模塊的模擬元件，最后根據(jù)

15、設計連接電路生成頂層原理圖文件十字路口交通燈系統(tǒng)。4.2整體設計方案框架圖4.3交通燈控制器狀態(tài)控制表狀態(tài)主干道支干道時間/s1綠燈亮紅燈亮402黃燈亮紅燈亮53紅燈亮綠燈亮404紅燈亮黃燈亮54.4設計流程圖在程序流程圖中，ga、ra、ya表示a支路的綠燈、紅燈、黃燈，gb、rb、yb表示b支路的綠燈、紅燈、黃燈，s表示特殊功能按鍵，t表示計時的時間。5 分頻模塊5.1 分頻模塊的功能 該模塊的功能是將時間256分頻，得到占空比為1：256的方波。以達到將交通燈的電亮時間預置到分頻電路中。5.2 分頻模塊的源程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all

16、;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity m isport ( clk : in std_logic; - - 時鐘信號輸入端；d: out std_logic; sel: buffer std_logic_vector(2 downto 0);- -sel端輸出；end;architecture one of m issignal a : std_logic_vector(7 downto 0);- - 定義變量a；beginprocess(clk)beginif clk event and clk =1 then a=a+1;sel=sel+1;end

17、 if;- - 上升沿有效end process;dyyy=0000;end case; end process;end;6.3 控制模塊功能仿真圖說明：由上圖得到sel的8個數(shù)，在這里分成了000，001和others三種結果，分別控制shi，ge和清零的三種狀態(tài)。7. 選擇模塊7.1 選擇模塊的功能該模塊為整個程序的核心，它實現(xiàn)東西和南北方向的三種交通燈顏色的交替點亮、時間的倒計時。7.2 選擇模塊的源程序library ieee; use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity xuanze ispor

18、t(clk,clr:in std_logic;- -時鐘和清零信號的輸入；dx,nb:out std_logic_vector(2 downto 0);shi1,ge1:out std_logic_vector(3 downto 0) );end;architecture ad of xuanze issignal shi,ge:std_logic_vector(3 downto 0);- - 十位，個位的定義；type fsm_st is (s1,s0,s2,s3);signal state :fsm_st;beginprocess(clk,clr)beginif clr=1then sta

19、te=s0;ge=0000;shidx=100;nb=001;if ge=0000 then if shi=0000 then state=s1;ge=0101;shi=0000;else shi=shi-1;ge=1001;end if;else gedx=100;nb=010;if ge=0000 then if shi=0000 then state=s2;ge=0000;shi=0100;else shi=shi-1;ge=0000;end if;else gedx=001;nb=100;if ge=0000 then if shi=0000 then state=s3;ge=0101

20、;shi=0000;else shi=shi-1;ge=1001;end if;else gedx=010;nb=100;if ge=0000 then if shi=0000 then state=s0;ge=0000;shi=0100;else shi=shi-1;ge=0101;end if;else ge=ge-1;end if;end case;end if;shi1=shi;ge1yyyyyyyyyyyyyyyy=01000000;end case; end process; end;8.3 led顯示模塊的功能仿真圖說明：當由上面的程序確定q值時，顯示模塊通過判斷q值，把對應的值

21、賦值給y，由數(shù)碼管輸出可以看到的數(shù)字。9. 頂層文件原理圖設計9.1頂層文件原理圖9.2 頂層原理圖的功能仿真波形圖圖1：說明：圖1顯示的是nb=010，dx=100時，sel控制的是十位數(shù)為4，個位數(shù)為0；由圖可以看到sel=001時，y=01100110；led數(shù)碼管顯示的是40的數(shù)字，圖2：說明：圖2顯示的是nb=001，dx=100時，sel控制的是個位為5，十位數(shù)為0；由圖可以看到sel=000時，y=01101101；led數(shù)碼管顯示的是05的數(shù)字。 10.交通燈的測試結果 經(jīng)過測試得到如下結論： 當東西方向亮紅燈時，南北方向同時亮燈；南北方向黃綠燈交替點亮，紅燈45秒倒計時，黃燈

22、5秒倒計時之后，綠燈40秒倒計時；當兩個方向的數(shù)碼管同時為零時，南北方向亮紅燈，東西方向同時亮燈；東西方向黃綠燈交替點亮，紅燈45秒倒計時，黃燈5秒倒計時之后，綠燈40秒倒計時；當兩個方向的數(shù)碼管同時為零時；重復上述過程，當clk信號不斷輸出時，結果無限循環(huán)下去。說明本程序能完成交通燈的基本工作。11.課程設計總結一周的課程設計結束了，通過這次設計，更加熟悉quartus ii6.0的使用方法和vhdl硬件描述語言的特點，使我的理論知識掌握得更扎實，動手能力明顯提高。我們小組一共9個人，我們采取分工去完成任務，兩個人一小組，我主要負責顯示模塊這方面。我們通過分工協(xié)作，最后一起共同完成了這次課程設計任務，這次課程設計促進了我們小組分工和協(xié)作的能力，組與組之間相互討論，形成最終的結果。在設計過程中，我們有遇到過困難，我們課間、晚上的時間通過上網(wǎng)搜索，查找資料解決困難，有時真無法解決的就請教老師。在這次課程設計過程中，我們學會了利用許多方法解決所遇到的困難。這次設計，讓我感受最深的是：在設計的階段遇到的問題，我們一定要細心，有時一個程序就因為標點符號的不對，導致程序編譯不成功，其次，要具備檢查、排除故障的能力。這次課程設計，我深刻認識到了“理論聯(lián)系實際”的這句話的重要性與真實性。平常的我們也在機房進行練習，但那時的我就純粹為了敲一個程序，照書抄