交通燈控制器設計-EDA課程設計

東北石油大學課程設計課程課程EDA技術課程設計題目交通燈控制器院系電子科學學院專業(yè)班級電子信息工程學生姓名學生學號指導教師2011東北石油大學課程設計任務書課程EDA技術課程設計題目交通燈控制器專業(yè)電子信息工程姓名學號主要內容、根本要求、主要參考資料等主要內容：設計一個交通信號燈控制器，由一條主干道和一條支干道集合成十字路口，在每個入口處設置紅、綠、黃三色信號燈，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則給行駛中的車輛有時間停在禁行線外。根本要求：1、紅、綠、黃發(fā)光二極管作信號燈，用傳感器或邏輯開關作檢測車輛是否到來的信號，實驗電路用邏輯開關代替。2、主干道處于常允許通行的狀態(tài)，支干道有車來時才允許通行。主干道亮綠燈時，支干道亮紅燈；支干道亮綠燈時，主干道亮紅燈。3、主、支干道均有車時，兩者交替允許通行，主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，設立45秒、25秒計時、顯示電路，選擇1HZ時鐘脈沖作為系統時鐘。4、在每次由綠燈亮到紅燈亮的轉換過程中，要亮5秒黃燈作為過渡，使行駛中的車輛有時間停到禁行線外，設立5秒計時、顯示電路。主要參考資料：[1]潘松著.EDA技術實用教程(第二版).北京：科學出版社,2005.[2]康華光主編.電子技術根底模擬局部.北京：高教出版社,2006.[3]閻石主編.數字電子技術根底.北京：高教出版社,2003.完成期限指導教師專業(yè)負責人201一、總體設計思想1.根本原理該系統主要由計數模塊、控制模塊、分頻模塊、分位模塊以及顯示電路構成。其中分頻模塊主要將系統輸入的基準時鐘信號轉換是1Hz的鼓勵信號。驅動計數模塊和控制模塊工作，控制模塊根據計數器的計數情況對交通燈的亮滅及持續(xù)時間進行控制，并通過分位電路將燈亮時間以倒計時的形式通過數碼管顯示出來。2.設計框圖CLK時鐘分頻模塊1kHZCLK時鐘分頻模塊1kHZ1HZCAR交通燈控制計時模塊支干道車輛檢測CAR交通燈控制計時模塊掃描顯示譯碼模塊1kHZ數碼管及LED信號掃描顯示譯碼模塊數碼管段碼數碼管段碼LED顯示數碼管位碼二、設計步驟和調試過程1、總體設計電路2、模塊設計和相應模塊程序《1》模塊設計〔1〕分頻器分頻器實現的是將高頻時鐘信號轉換成底頻的時鐘信號，用于觸發(fā)控制器、計數器和掃描顯示電路。該分頻器實現的是一千分頻，將一千赫茲的時鐘信號分頻成一赫茲的時鐘信號。〔2〕控制器設計控制器的作用是根據計數器的計數值控制發(fā)光二極管的亮、滅，以及輸出倒計時數值給七段數碼管的分位譯碼電路。本控制器可以有兩種設計方法，一種是利用時鐘沿的下降沿讀取前級計數器的計數值，然后作出反響；另一種則是將本模塊設計成純組合邏輯電路，不需要時鐘驅動?！?〕計數器設計這里需要的計數器的計數范圍為0-45。計到45后，下一個時鐘沿回復到0，開始下一輪計數?！?〕分位譯碼電路設計-1因為控制器輸出的到計時數值可能是1位或者2位十進制數，所以在七段數碼管的譯碼電路前要加上分位電路。與控制器一樣，分位電路同樣可以由時鐘驅動，也可以設計成純組合邏輯電路。控制器中，引入了存放器。為了讓讀者開拓眼界，分位電路就用組合邏輯電路實現?！?〕分位譯碼電路設計—2〔6〕數碼管驅動設計串行連接，即每個數碼管對應的引腳都接在一起，通過控制公共端為高電平控制相應數碼管的亮、滅〔共陰極數碼管的公共端為高電平時，LED不亮；共陽極的公共端為低電平時，LED不亮〕?！?〕下列圖為交通燈控制器的頂層文件連接圖《2》相應模塊程序〔1〕分頻器的設計LIBRARYIEEE;USEIEEE.Std_Logic_1164.ALL;ENTITYFreDeviderISPORT(Clkin:INStd_Logic;Clkout:OUTStd_Logic);END;ARCHITECTUREDeviderOFFreDeviderISCONSTANTN:Integer:=499;signalcounter:Integerrange0toN;signalClk:Std_Logic;BEGINPROCESS(Clkin)beginIFrising_edge(Clkin)THENIFCounter=Nthencounter<=0;Clk<=notclk;elsecounter<=counter+1;endif;endif;endprocess;clkout<=clk;end;〔2〕控制設計控制器的作用是根據計數器的計數值控制發(fā)光二極管的亮、滅，以及輸出倒計時數值給七段譯管的分譯碼電路。LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYcountrollerISPORT(Clock:INSTD_LOGIC;Hold:instd_logic;CountNum:inINTEGERRANGE0TO89;NumA,NumB:outINTEGERRANGE0TO45;RedA,GreenA,YellowA:outstd_logic;RedB,GreenB,YellowB:outstd_logic);END;ARCHITECTUREbehaviorOFCountrollerISBEGINprocess(Clock)BEGINIFfalling_edge(Clock)THENIFHold='1'THENRedA<='1';RedB<='1';GreenA<='0';GreenA<='0';YellowA<='0';YellowB<='0';ELSIFCountNum<=39THENNumA<=40-CountNum;RedA<='0';GreenA<='1';YellowA<='0';ELSIFCountNum<=44THENNumA<=45-CountNum;RedA<='0';GreenA<='0';YellowA<='1';ELSENumA<=90-CountNum;RedA<='1';GreenA<='0';YellowA<='0';ENDIF;IFCountNum<=44THENNumB<=45-CountNum;RedB<='1';GreenB<='0';YellowB<='0';ELSIFCountNum<=84THENNumB<=85-CountNum;RedB<='0';GreenB<='1';YellowB<='0';ELSeNumB<=90-CountNum;RedB<='0';GreenB<='0';YellowB<='1';ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;END;〔3〕計數器的設計這里計數器的計數范圍為0—45S。計到45后,下一個時鐘沿回復到0,開始下一輪計數。程序如下：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYcounterISPORT(clock:INSTD_LOGIC;reset:instd_logic;Hold:instd_logic;countNum:BuFFeRINTEGERRANGE0TO90);END;ARCHITECTUREbehaviorOFcounterISBEGINprocess(reset,Clock)BEGINIFReset='1'THENcountNum<=0;ELSIFrising_edge(Clock)THENIFHold='1'thencountNum<=countNum;ELSEIFcountNum=90THENcountNum<=0;ELSEcountNum<=countNum+1;ENDIF;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;END;〔4〕分位譯碼電路設計--1LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYFenweiISPORT(Numin:INintegerRANGE0TO45;NumA,NumB:OUTIntegerRANGE0to9);END;ARCHITECTUREbehaviorOFFenweiISBEGINprocess(Numin)BEGINIFNumin>=40THENNumA<=4;NumB<=Numin-40;ELSIFNumin>=30THENNumA<=3;NumB<=Numin-30;ELSIFNumin>=20THENNumA<=2;NumB<=Numin-20;ELSIFNumin>=10THENNumA<=1;NumB<=Numin-10;ELSENumA<=0;NumB<=Numin;ENDIF;ENDPROCESS;END;〔5〕分位譯碼電路設計—2USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYFenwei2ISPORT(Numin:INintegerRANGE0TO45;NumC,NumD:OUTIntegerRANGE0to9);END;ARCHITECTUREbehaviorOFFenwei2ISBEGINprocess(Numin)BEGINIFNumin>=40THENNumC<=4;NumD<=Numin-40;ELSIFNumin>=30THENNumC<=3;NumD<=Numin-30;ELSIFNumin>=20THENNumC<=2;NumD<=Numin-20;ELSIFNumin>=10THENNumC<=1;NumD<=Numin-10;ELSENumC<=0;NumD<=Numin;ENDIF;ENDPROCESS;END;〔6〕數碼管驅動設計LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYbcd_dataISPORT(bcd_data:inSTD_LOGIC_VECTOR(3downto0);segout:outSTD_LOGIC_VECTOR(6downto0));END;ARCHITECTUREbehaviorOFbcd_dataISBEGINprocess(bcd_data)BEGINcasebcd_dataiswhen"0000"=>segout<="1111110";when"0001"=>segout<="0110000";when"0010"=>segout<="1101101";when"0011"=>segout<="1111001";when"0100"=>segout<="0110011";when"0101"=>segout<="1011011";when"0110"=>segout<="0011111";when"0111"=>segout<="1110000";when"1000"=>segout<="1111111";when"1001"=>segout<="1110011";whenothers=>null;ENDCASE;ENDPROCESS;END;LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_unsigned.ALL;ENTITYdtsmISPORT(clk:inSTD_LOGIC;NumA,NumB,NumC,NumD:inSTD_LOGIC_VECTOR(3downto0);segout1:outSTD_LOGIC_VECTOR(6downto0);led_sel:outSTD_LOGIC_VECTOR(3downto0));ENDdtsm;architecturebhvofdtsmiscomponentbcd_dataisport(bcd_data:inSTD_LOGIC_VECTOR(3downto0);segout:outSTD_LOGIC_VECTOR(6downto0));endcomponent;signalx:STD_LOGIC_VECTOR(3downto0);signalq:STD_LOGIC_VECTOR(1downto0);beginp1:process(clk)beginifclk'eventandclk='1'thenQ<=Q+'1';endif;endprocess;p2:process(Q)begincaseQiswhen"00"=>led_sel<="1110";x<=NumD;when"01"=>led_sel<="1101";x<=NumC;when"10"=>led_sel<="1011";x<=NumB;when"11"=>led_sel<="0111";x<=NumA;whenothers=>null;endcase;endprocess;u1:bcd_dataPORTmap(bcd_data=>x,segout=>segout1);end;3、仿真及仿真結果分析交通燈控制單元電路分析及仿真此單元電路主要完成控制交通燈的功能，即根據主，支干道傳感信號sm,sb以及來自時基發(fā)生電路的時鐘信號clk，發(fā)出主，支干道指示燈的控制信號，同時向各定時單元，顯示控制單元發(fā)出使能控制信號en1,en2,en3,en4。支干道無車通行時，主干道一直亮綠燈，當sb感應到支干道來車時，主干道亮45s綠燈之后，亮5s黃燈，開始亮紅燈，而支干道隨之由之前的紅燈變?yōu)榫G燈亮25s，之后亮5s黃燈，最后變?yōu)榧t燈，如此交替進行下去。4、實驗調試結果仿真后可以得到最終的結果：開始時，支干道沒有車輛行駛。主干道處于常通行狀態(tài)，支干道處于禁止狀態(tài)；當支干道有車來時，主干道亮綠燈，經行45秒倒計時，支干道亮紅燈，經行25秒倒計時；主干道45秒倒計時結束后跳變到黃燈，進行5秒倒計時，支干道繼續(xù)亮紅燈，進行倒計時；主干道5秒倒計時結束后跳變到紅燈，經行45秒倒計時，支干道跳變到綠燈，進行25秒倒計時；支干道25秒倒計時結束后跳變到黃燈，進行5秒倒計時，主干道繼續(xù)亮紅燈，進行倒計時；支干道5秒倒計時結束后，判斷支干道是否有車，假設有車跳變到S1狀態(tài)，沒有車跳變到S0狀態(tài)驗證了設計完成了預定功能。三、結論及心得體會EDA設計我感覺程序調試最重要，試驗軟件、硬件熟悉其次。我