EDA 交通信號(hào)燈控制電路設(shè)計(jì)

1、 北華航天工業(yè)學(xué)院EDA技術(shù)綜合設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告報(bào) 告 題 目 ： 交通信號(hào)燈控制電路設(shè)計(jì) 作者所在系部： 電子工程系 作者所在專(zhuān)業(yè)： 通信工程 作者所在班級(jí)： B09232 作 者 姓 名 ： 馮曉鵬（34） 指導(dǎo)教師姓名： 陳剛 完 成 時(shí) 間 ： 2011.12.19 內(nèi) 容 摘 要EDA技術(shù)是現(xiàn)代電子信息工程領(lǐng)域的一門(mén)新技術(shù)，它是在先進(jìn)的計(jì)算機(jī)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的一整套電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟硬件工具，并提供了先進(jìn)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。當(dāng)今的技術(shù)，開(kāi)發(fā)人員完全可以通過(guò)自己的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)制定芯片內(nèi)部的電路功能，使之成為設(shè)計(jì)者自己的專(zhuān)用集成電路芯片。這種技術(shù)中常用軟件有maxplusII和quartus

2、II，而程序的編輯是用VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)邏輯功能的。本實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)系統(tǒng)中可用可編程邏輯器件為FPGA，本實(shí)驗(yàn)的交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)：首先在quartusII軟件當(dāng)中編輯程序，編譯完成之后仿真，當(dāng)仿真結(jié)果正確時(shí)下載到試驗(yàn)箱的系統(tǒng)中。最終的目的要在實(shí)驗(yàn)板上用紅路燈表示出來(lái)，并且同時(shí)要用數(shù)碼管顯示出人們的等待時(shí)間，交通燈的狀態(tài)變化和顯示時(shí)間同步關(guān)鍵詞EDA、VHDL、交通燈、控制電路目 錄一、 設(shè)計(jì)任務(wù)5二、 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)51、 clk時(shí)鐘秒脈沖發(fā)生電路或分頻器 62、 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器63、 次態(tài)發(fā)生器 64、 狀態(tài)寄存器及等待時(shí)間輸出 65、 時(shí)間顯示電路66、 時(shí)鐘掃描電路6三、 原理圖7四、 程序7五、 心

3、得體會(huì) 11課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課題名稱(chēng)交通信號(hào)的控制電路設(shè)計(jì)完成時(shí)間11/12/19指導(dǎo)教師陳剛職稱(chēng)教授學(xué)生姓名馮曉鵬班 級(jí)B09232總體設(shè)計(jì)要求和技術(shù)要點(diǎn)設(shè)計(jì)一個(gè)交通信號(hào)燈控制電路。要求：1、主干道和支干道交替放行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒； 2、每次綠燈變紅燈時(shí)，黃燈先亮5秒鐘，此時(shí)原紅燈不變；3、用十進(jìn)制數(shù)字（遞增計(jì)數(shù)）顯示放行和等待時(shí)間。技術(shù)要點(diǎn)：1、主（支）干道紅燈時(shí)間等于支（主）干道紅綠黃燈時(shí)間之和；2、用時(shí)鐘數(shù)據(jù)掃描通過(guò)視覺(jué)暫留來(lái)數(shù)碼管顯示等待時(shí)間；3、狀態(tài)寄存器和狀態(tài)寄存器的結(jié)合靈活運(yùn)用；4、計(jì)數(shù)時(shí)間值要譯成七段譯碼值。工作內(nèi)容及時(shí)間進(jìn)度安排工作內(nèi)容：在軟件上編

4、輯、編譯程序，并仿真到達(dá)實(shí)驗(yàn)要求。進(jìn)度安排;課下編寫(xiě)程序，并要求程序能通過(guò)編譯仿真；第十七周的周一在實(shí)驗(yàn)板上下載調(diào)試程序；周三課設(shè)答辯。課程設(shè)計(jì)成果1與設(shè)計(jì)內(nèi)容對(duì)應(yīng)的軟件程序2課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)3成果使用說(shuō)明書(shū)4設(shè)計(jì)工作量要求交通信號(hào)控制器的VHDL的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)模擬十字路口交通信號(hào)燈的工作過(guò)程，利用實(shí)驗(yàn)板上的兩組紅、黃、綠LED作為交通信號(hào)燈，用數(shù)碼管顯示等待時(shí)間。設(shè)計(jì)一個(gè)交通信號(hào)燈控制器。能達(dá)到的要求：（1） 交通燈從綠變紅時(shí)，有5秒黃燈亮的間隔時(shí)間；（2） 交通燈紅變綠是直接進(jìn)行的，沒(méi)有間隔時(shí)間；（3） 主干道上的綠燈時(shí)間為30秒，支干道的綠燈時(shí)間為20秒；（4） 在任意時(shí)間，顯示等待時(shí)

5、間。 支干道 主干道圖1 路口交通管理示意圖S0S1S2S3主干道交通燈綠（30秒）黃（5秒）紅（20秒）紅（5秒）支干道交通燈紅紅綠黃表1 交通信號(hào)燈的4種狀態(tài) 二、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)EDA開(kāi)發(fā)軟件和QuartusII的使用方法，熟悉可編程邏輯器件的使用。通過(guò)制作來(lái)了解交通燈控制系統(tǒng)，交通燈控制系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)城市十字交叉路口紅綠燈的控制。設(shè)計(jì)說(shuō)明（1）第一模塊：clk時(shí)鐘秒脈沖發(fā)生電路在紅綠燈交通信號(hào)系統(tǒng)中，大多數(shù)情況是通過(guò)自動(dòng)控制的方式指揮交通的。因此為了避免意外事件的發(fā)生，電路必須給一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘（clock）才能讓系統(tǒng)正常運(yùn)作。模塊說(shuō)明：系統(tǒng)輸入信號(hào)： Clk: 由外接信號(hào)發(fā)生器提供153的

6、時(shí)鐘信號(hào)； 系統(tǒng)輸出信號(hào)： CLK：產(chǎn)生每秒一個(gè)脈沖的信號(hào)；（2）第二模塊：計(jì)數(shù)秒數(shù)選擇電路計(jì)數(shù)電路最主要的功能就是記數(shù)負(fù)責(zé)顯示倒數(shù)的計(jì)數(shù)值，對(duì)下一個(gè)模塊提供狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)。模塊說(shuō)明：系統(tǒng)輸入：CLK: 接收由clk電路的提供的1hz的時(shí)鐘脈沖信號(hào)；系統(tǒng)輸出信號(hào)： tm： 產(chǎn)生顯示電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào) tl：倒計(jì)數(shù)值 秒數(shù)個(gè)位變化控制信號(hào) th：倒計(jì)數(shù)值 秒數(shù)十位變化控制信號(hào)（3）第三模塊：紅綠燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路 本電路負(fù)責(zé)紅綠燈的轉(zhuǎn)換。模塊說(shuō)明：系統(tǒng)輸入信號(hào)：CLK: 接收由clk電路的提供的1hz的時(shí)鐘脈沖信號(hào)； tm: 接收計(jì)數(shù)秒數(shù)選擇電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)；系統(tǒng)輸出信號(hào)： da_out: 負(fù)責(zé)紅綠燈的

7、狀態(tài)顯示。 （4）第四模塊：時(shí)間顯示電路本電路負(fù)責(zé)紅綠燈的計(jì)數(shù)時(shí)間的顯示。模塊說(shuō)明：系統(tǒng)輸入信號(hào)：tl：倒計(jì)數(shù)值 秒數(shù)個(gè)位變化控制信號(hào)； th：倒計(jì)數(shù)值 秒數(shù)十位變化控制信號(hào)；系統(tǒng)輸出信號(hào)： led7s1: 負(fù)責(zé)紅綠燈的顯示秒數(shù)個(gè)位。 led7s2： 負(fù)責(zé)紅綠燈的顯示秒數(shù)十位。三 、原理圖信號(hào)燈輸出分頻計(jì)計(jì)數(shù)器時(shí)間顯示狀態(tài)寄存器七段段碼數(shù)碼管片選次態(tài)發(fā)生器時(shí)鐘掃描四、試驗(yàn)程序library ieee;use ieee. std_logic _1164.all; use ieee. std_logic _unsigned.all;entity traffic is port (clk_in:in

8、 std_logic; selout:out std_logic_vector(6 downto 0); -定義數(shù)碼管的七段顯示 sel:out std_logic_vector(1 downto 0); -數(shù)碼管個(gè)位十位選擇段 da_out:out std_logic_vector(5 downto 0);-定義主次干道的紅綠燈（主紅黃綠支紅黃綠） end traffic;architecture one of traffic is type dm is (s0,s1,s2,s3);-自定義狀態(tài)四種 signal current_state,next_state:dm;-當(dāng)前狀態(tài)與次態(tài)均在四

9、種狀態(tài)之間變化 signal clk:std_logic;-一秒時(shí)鐘信號(hào) signal count:std_logic_vector(1 downto 0);-個(gè)十位選擇端（sel） signal led7s1: std_logic_vector(6 downto 0);-十位數(shù)碼管控制端 signal led7s2: std_logic_vector(6 downto 0);-個(gè)位數(shù)碼管控制端 signal time : std_logic_vector (6 downto 0);-遞增計(jì)數(shù) signal tm : std_logic_vector (6 downto 0);-剩余時(shí)間 倒計(jì)

10、時(shí) signal tl: std_logic_vector (6 downto 0);-個(gè)位數(shù)碼管顯示情況控制 signal th: std_logic_vector (1 downto 0);-十位數(shù)碼管顯示情況控制 begin sel<=count;fen:process(clk_in) variable cnt: std_logic_vector (8 downto 0);begin if clk_in' event and clk_in='1' then-產(chǎn)生153hz分頻，上升沿有效產(chǎn)生clk if cnt = "100110001"

11、 then cnt:="010011000" clk<='1' else cnt:= cnt+1; clk <= '0' end if; end if;end process fen;a:process(clk_in,count) -不斷掃描出現(xiàn)count的00和01的選擇 begin if clk_in'event and clk_in='1' then if count="01"then count<="00" else count<=count+1;

12、 end if; end if; case count is when"00"=>selout<=led7s2; when"01"=>selout<=led7s1; when others=>null; end case;end process a;process (clk) begin if clk'event and clk='1'then -60秒的循環(huán)設(shè)計(jì) if time= "0111100" then time <="0000001" else

13、time<=time+1; end if; end if;end process;reg:process( clk,current_state) -定義當(dāng)前狀態(tài)與次態(tài)的關(guān)系 begin 產(chǎn)生上升沿時(shí)次態(tài)把自己的狀態(tài)賦予當(dāng) if clk='1' and clk'event then 前狀態(tài) current_state<=next_state; end if;end process reg;com:process(current_state, time) begin case current_state is when s0=>da_out<=&qu

14、ot;001100"tm<=30-time; -主綠和支紅狀態(tài)，當(dāng)計(jì)時(shí)到29 if time=29 then next_state<=s1; 秒時(shí)將s1狀態(tài)賦給次態(tài)，此時(shí) else next_state<=s0; 當(dāng)前狀態(tài)還是s0，等到下一個(gè) end if; 上升沿后次態(tài)將s1賦給當(dāng)前狀 when s1=>da_out<="010100"tm<=35-time; 態(tài) if time=34 then next_state<=s2; else next_state<=s1; end if; when s2=>da_

15、out<="100001"tm<=55-time; if time=54 then next_state<=s3; else next_state<=s2; end if; when s3=>da_out<="100010"tm<=60-time; if time=59 then next_state<=s0; else next_state<=s3; end if; end case;end process com;process (tm) begin if tm>=30 THEN th<

16、;="11"tl<="0000000" elsif tm>=20 THEN th<="10"tl<=tm-20; elsif tm>=10 THEN th<="01"tl<=tm-10; elsif th<="00"tl<=tm; end if;end process;process(th,tl) begin case th is when"00"=>led7s1<="0111111" wh

17、en"01"=>led7s1<="0000110" when"10"=>led7s1<="1011011" when"11"=>led7s1<="1001111" when others=>null; end case; case tl is when "0000000"=>led7s2<="0111111" when"0000001"=>led7s2<

18、;= "0000110" when "0000010"=>led7s2<="1011011" when"0000011"=>led7s2<= "1001111" when"0000100"=>led7s2<= "1100110" when "0000101"=>led7s2<="1101101" when "0000110"=>led7s2&l

19、t;="1111101" when"0000111"=>led7s2<= "0000111" when "0001000"=>led7s2<="1111111" when "0001001"=>led7s2<="1101111" when others=>null; end case;end process;end one; 五 、心得體會(huì)通過(guò)本次EDA課程設(shè)計(jì)，我們更加了解交通燈的工作原理，也更加清楚設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)步驟是如何完成的。學(xué)會(huì)了各個(gè)并行進(jìn)程之間相互通信協(xié)同工作的過(guò)程。進(jìn)一步了解了VHDL語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)和編程方法，并通過(guò)硬件實(shí)驗(yàn)和對(duì)FPGA的程序下載初步掌握了電子EDA的設(shè)計(jì)方法，為以后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。加深了對(duì)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的了解。進(jìn)一步熟練了對(duì)QuartusII軟件的操作。我們的課程設(shè)計(jì)分為三個(gè)階段，第一階段是閱讀