数电EDA交通信号灯的课程设计1.doc

- 26 - 电自7班 王凯 20090710820交通信号灯控制器设计者：王凯班级：电气工程及其自动化7班学号：20090710820指导老师：苏娟一、课程设计的要求及目的：1了解电子设计的具体流程和方法。2. 掌握电子设计的基本要求，能够运用所学的知识解决生活中的一些问题。3. 初步掌握VHDL语言编程，并设计出一个有意义的小型系统。4. 掌握Altium Designer6软件的应用，并且了解相关硬件的组成和功能。二、设计的功能要求：NSWE1、交通灯分南北方向和东西方向红绿灯安排，SN为主干道，EW为支干道。此交通灯分为正常模式和紧急模式，在正常模式下分为白天模式和夜间模式。2、交通灯可以根据时钟的时间自动从白天模式转为黑夜模式，交通灯紧急模式和正常模式之间的转换通过开关控制，且当从紧急模式回复到正常模式时，数码管显示回到最初状态。3、白天模式：主干道工作时:SN（南北直走）绿灯40秒，黄灯5秒；SWNE（南拐西、北拐东）绿灯20秒，黄灯5秒。支干道工作时：EW（东西直走）绿灯20秒，黄灯5秒，WNES（西拐北、东拐南）绿灯20秒，黄灯5秒。(设计直走与左拐的功能是为了防止左拐与对面直走的车辆相撞)4、黑夜模式：主干道工作时:SN（南北直走）绿灯20秒，黄灯5秒；SWNE（南拐西、北拐东）绿灯10秒，黄灯5秒。支干道工作时：EW（东西直走）绿灯15秒，黄灯5秒，WNES（西拐北、东拐南）绿灯10秒，黄灯5秒。5、紧急模式：主干道与支干道全亮红灯且显示为00。三、模块说明 原理图：1、信号模块说明：从器件库提出的，提供20M赫兹的脉冲信号。2、开关模块说明：从器件库提出，控制下载JTDLCD上灯的显示，控制主控 模块上CM的选择，CM为0时为正常模式，CM为1时为紧 急模式。控制键盘模块的复位R,键盘只有在复位后才能 正常使用，R为1有效。3、键盘模块说明：KEYPAD器件从器件库提出，将板上键盘变为16个按键， 从左上到右下，按键按下时，对应输出为1，松开为0。 支持多个按键(必须是同一行)同时按下，带防抖,与 NANOBOARD库中器件KEYPAD直接相连。管脚说明： ICOL3.0、OROW3.0连接KEYPAD器件，输入：CPIN 时钟脉冲输入 按20MHz设计，链接脉冲发生器。 复位R链接开关O4。输出：Y15.0 16个按键输出。当按下Y1时，JTD模块、时钟模块和JTDLCD模块复位，Y1链接JTD模块R、时钟模块R、R1和JTDLCD模块R。模块程序VHDL语言如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity PADTOKEY is port (CPIN,R :IN STD_LOGIC; Y: OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0); ICOL : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); -ICOL3.0连接KEYPAD器件 OROW : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) -ROW3.0连接KEYPAD器件 ); END ENTITY;architecture JGT of PADTOKEY is TYPE STATES IS (S0,S1,S2,S3,S4); SIGNAL S: STATES; SIGNAL SROW : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL CPCT : INTEGER RANGE 0 TO 255; SIGNAL CTDELAY: INTEGER RANGE 0 TO 511; SIGNAL CP:STD_LOGIC; BEGIN -KEY分频 PROCESS(CPIN) BEGIN IF CPIN=1 AND CPIN EVENT THEN IF CPCT=255 THEN CPCT=0;CP= NOT CP; ELSE CPCT=CPCT+1; END IF; END IF; END PROCESS; PROCESS(CP,R) VARIABLE N:INTEGER RANGE 0 TO 12; -整数变量 BEGIN IF R=1 THEN S=S0;Y=0000000000000000;SROWSOROW=SROW;SSY(3 DOWNTO 0)Y(7 DOWNTO 4)Y(11 DOWNTO 8)Y(15 DOWNTO 12)NULL; END CASE; WHEN S3=IF N=12 THEN N:=0;S=S4;CTDELAY=0;SROW=1110; ELSE N:=N+4;S=S1;SROWIF CTDELAY=511 THEN S=S1;CTDELAY=0; ELSE CTDELAY=CTDELAY+1; END IF; END CASE;END IF;END PROCESS;END JGT;4、JTD模块说明： 此为主控模块，在此模块中将20MHZ的脉冲分频为2.6HZ的脉冲，实现交通灯红黄绿的变换，实现红黄绿灯分秒的计数，实现正常模式与紧急模式的转换，接收来自时钟的脉冲，实现白天模式与黑夜模式的自动转换。管脚说明：输入：CM:为0时选择正常模式，为1时选择紧急模式，连接开关O2。 CPIN:脉冲输入，连接脉冲端口。 SWITCH:为1时选择白天模式，为0时选择黑夜模式，连接时钟模块的MICOUT1。 R:复位，连接键盘模块KEY0。输出：EW7.0:输出东西直走方向分秒信号。 EWRYG2.0:输出东西直走方红黄绿灯状态信号。 SN7.0: 输出南北直走方向分秒信号。 SNRYG2.0: 输出南北直走方红黄绿灯状态信号 SWNE7.0: 输出南拐西、北拐东方向分秒信号。 SWNERYG2.0: 输出南拐西、北拐东红黄绿灯状态信号 WNES7.0：输出西拐北、东拐南方向分秒信号。 WNESRYG2.0: 输出西拐北、东拐南方红黄绿灯状态信号。程序VHDL语言如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;entity JTD is port (CPIN,R ,SWITCH,CM:IN STD_LOGIC; SN,SWNE,EW,WNES :OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); EWRYG,SNRYG,SWNERYG,WNESRYG : OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0) );end entity ;architecture JGT of JTD isSIGNAL CTEW,CTSN,CTSWNE,CTWNES: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL CTFP: INTEGER RANGE 0 TO 4000000;SIGNAL CP: STD_LOGIC;TYPE STATES IS (S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7);SIGNAL S: STATES;BEGINPROCESS(CPIN)BEGINIF CPIN=1 AND CPIN EVENT THENIF CTFP=4000000 THEN CTFP=0;CP=NOT CP; ELSE CTFP=CTFP+1; END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(SWITCH,CM,CP,R)BEGINIF CM=0 THEN - 正常模式 IF SWITCH=1 THEN - 白天 - SN SWNE EW WNES -S0:G40 R70 00 -S1:Y05 R30 -S2: 00 G20 R25 -S3: Y05 R05 -S4:R50 00 G20 -S5:R30 Y05 -S6:R25 00 G20 -S7:R05 Y05IF R=1 THEN -复位 S=S0;CTSN=X28;CTEW=X46;CTWNES=X00; SNRYG=001;EWRYGIF CTSN=X01 THEN S=S1;CTSN=X05;CTEW=X1E;SNRYG=010;EWRYG=100; ELSE CTSN=CTSN-1;CTEWIF CTSN=X01 THEN S=S2;CTEW=X19;CTSN=X00;CTSWNE=X14;SWNERYG=001;EWRYG=001; ELSE CTSN=CTSN-1;CTEWIF CTSWNE=X01 THEN S=S3;CTSWNE=X05;CTEW=X05;SWNERYG=010;EWRYG=100; ELSE CTSWNE=CTSWNE-1;CTEWIF CTSWNE=X01 THEN S=S4;CTSN=X32;CTSWNE=X00;CTEW=X14;SNRYG=100;EWRYG=001; ELSE CTSWNE=CTSWNE-1;CTEWIF CTEW=X01 THEN S=S5;CTSN=X1E;CTEW=X05;SNRYG=100;EWRYG=010; ELSE CTSN=CTSN-1;CTEWIF CTEW=X01 THEN S=S6;CTSN=X19;CTWNES=X14;CTEW=X00;SNRYG=100;WNESRYG=001; ELSE CTSN=CTSN-1;CTEWIF CTWNES=X01 THEN S=S7;CTSN=X05;CTWNES=X05;SNRYG=100;EWRYG=010; ELSE CTSN=CTSN-1;CTWNESIF CTWNES=X01 THEN S=S0;CTSN=X28;CTEW=X46;CTWNES=X00; SNRYG=001;EWRYG=100; ELSE CTSN=CTSN-1;CTWNESNULL; END CASE; END IF;ELSIF SWITCH=0 THEN -黑夜 - SN SWNE EW WNES -S0:G20 R40 00 -S1:Y05 R20 -S2:00 G10 R15 -S3: Y05 R05 -S4:R35 00 G15 -S5:R20 Y05 -S6:R15 00 G10 -S7:R05 Y05IF R=1 THEN -复位 S=S0;CTSN=X14;CTEW=X28;CTWNES=X00; SNRYG=001;EWRYGIF CTSN=X01 THEN S=S1;CTSN=X05;CTEW=X14;SNRYG=010;EWRYG=100; ELSE CTSN=CTSN-1;CTEWIF CTSN=X01 THEN S=S2;CTEW=X05;CTSN=X00;CTSWNE=X0F;SWNERYG=001;EWRYG=001; ELSE CTSN=CTSN-1;CTEWIF CTSWNE=X01 THEN S=S3;CTSWNE=X05;CTEW=X05;SWNERYG=010;EWRYG=100; ELSE CTSWNE=CTSWNE-1;CTEWIF CTSWNE=X01 THEN S=S4;CTSN=X23;CTSWNE=X00;CTEW=X0F;SNRYG=100;EWRYG=001; ELSE CTSWNE=CTSWNE-1;CTEWIF CTEW=X01 THEN S=S5;CTSN=X14;CTEW=X05;SNRYG=100;EWRYG=010; ELSE CTSN=CTSN-1;CTEWIF CTEW=X01 THEN S=S6;CTSN=X0F;CTEW=X00;CTWNES=X0A;SNRYG=100;WNESRYG=001; ELSE CTSN=CTSN-1;CTEWIF CTWNES=X01 THEN S=S7;CTSN=X05;CTWNES=X05;SNRYG=100;EWRYG=010; ELSE CTSN=CTSN-1;CTWNESIF CTWNES=X01 THEN S=S0;CTSN=X14;CTEW=X28;CTWNES=X00; SNRYG=001;EWRYG=100; ELSE CTSN=CTSN-1;CTWNESNULL; END CASE;END IF;END IF;ELSIF CM=1THEN -紧急模式 SN EW 亮红灯CTSN=X00 ;CTEW=X00;CTSWNE=X00 ;CTWNES=X00;EWRYG=100;SNRYG=100;WNESRYG=100;SWNERYG=100 ;END IF;END PROCESS;PROCESS(CTEW,CTSN,CTSWNE,CTWNES) -将16进制转换为BCD码BEGINIF CTEWX0A THEN EW=CTEW;ELSIF CTEWX14 THEN EW=CTEW+6;ELSIF CTEWX1E THEN EW=CTEW+12;ELSIF CTEWX28 THEN EW=CTEW+18;ELSIF CTEWX32 THEN EW=CTEW+24;ELSIF CTEWX3C THEN EW=CTEW+30;ELSIF CTEWX46 THEN EW=CTEW+36; ELSE EW=CTEW+42;END IF;IF CTSNX0A THEN SN=CTSN;ELSIF CTSNX14 THEN SN=CTSN+6;ELSIF CTSNX1E THEN SN=CTSN+12;ELSIF CTSNX28 THEN SN=CTSN+18;ELSIF CTSNX32 THEN SN=CTSN+24;ELSIF CTSNX3C THEN SN=CTSN+30;ELSIF CTSNX46 THEN SN=CTSN+36; ELSE SN=CTSN+40;END IF; IF CTSWNEX0A THEN SWNE=CTSWNE;ELSIF CTSWNEX14 THEN SWNE=CTSWNE+6;ELSIF CTSWNEX1E THEN SWNE=CTSWNE+12;ELSIF CTSWNEX28 THEN SWNE=CTSWNE+18;ELSIF CTSWNEX32 THEN SWNE=CTSWNE+24;ELSIF CTSWNEX3C THEN SWNE=CTSWNE+30; ELSE SWNE=CTSWNE+36;END IF; IF CTWNESX0A THEN WNES=CTWNES;ELSIF CTWNESX14 THEN WNES=CTWNES+6;ELSIF CTWNESX1E THEN WNES=CTWNES+12;ELSIF CTWNESX28 THEN WNES=CTWNES+18;ELSIF CTWNESX32 THEN WNES=CTWNES+24;ELSIF CTWNESX3C THEN WNES=CTWNES+30; ELSE WNES=CTWNES+36;END IF;END PROCESS;END JGT;5、时钟模块说明：将20MHZ的脉冲分频为2.6HZ，由此脉冲作为分秒的计数，秒计数为60进制，分计数为5进制。当分秒从00计数到20时，MICOUT1输出为1；当分秒从20计数到40时，MICOUT1输出为0。管脚说明：输入:CPIN：连接脉冲端口。 R、R1：复位，连接键盘模块KEY0,为1有效。输出：MICOUT：输出信号，连接SWITCH。程序WHDL语言如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY CLOCK1 ISPORT(CPIN,R,R1:IN STD_LOGIC; MICOUT1: OUT STD_LOGIC);END CLOCK1;ARCHITECTURE JGT OF CLOCK1 ISTYPE STATES IS (S0,S1,S2); -3个状态:分秒:00 20 40SIGNAL S:STATES;SIGNAL MICC:STD_LOGIC_VECTOR( 3 DOWNTO 0);SIGNAL SCE:STD_LOGIC_VECTOR( 7 DOWNTO 0);SIGNAL CTFP: INTEGER RANGE 0 TO 4000000;SIGNAL CP:STD_LOGIC;BEGIN PROCESS(CPIN) -分频到2.6HZ, T=0.38S BEGINIF CPIN=1 AND CPIN EVENT THEN IF CTFP=4000000 THEN CTFP=0;CP=NOT CP; ELSE CTFP=CTFP+1; END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(CP,R)BEGINIF R=1 THEN -复位到00 MICOUT1=1; SMICOUT1=1; -S2 40 1 SIF MICC=0010 THEN MICOUT1=0; SIF MICC=0100 THEN S=S0; END IF; END CASE;END IF;END PROCESS;PROCESS(CP,R1)BEGIN IF R1=1 THEN -复位 SCE=00000000; MICC=0000; ELSIF RISING_EDGE(CP) THEN -若秒为*9则变*0，在此情况下： IF SCE(3 DOWNTO 0)=1001 THEN -若*=5则秒为00，在此情况下： SCE(3 DOWNTO 0)=0000; -若分为4则分0；否则分+ IF SCE(7 DOWNTO 4)=0101 THEN SCE=00000000; IF MICC=0100 THEN MICC=0000; ELSE MICC=MICC+1; END IF; ELSE SCE( 7 DOWNTO 4)=SCE(7 DOWNTO 4)+1; -若*！=5则*+ END IF ; ELSE SCE(3 DOWNTO 0)=SCE(3 DOWNTO 0)+1; -若秒个位不为9，则个位+ END IF; END IF;END PROCESS;END JGT;6、JTDLCD模块说明：将主控模块输入的交通灯状态，数字转换为数码管可识别的BCD码，并在数码管上显示。管脚说明：输入：R:复位为1有效，连接键盘模块KEY0。 CPIN:连接脉冲发生器。 EW7.0:输入东西直走方向分秒信号，连接主控模块。 EWRYG2.0:输入东西直走方红黄绿灯状态信号，连接主控模 块。 SN7.0: 输入南北直走方向分秒信号，连接主控模块。 SNRYG2.0: 输入南北直走方红黄绿灯状态信号，连接主控模块。 SWNE7.0: 输入南拐西、北拐东方向分秒信号，连接主控模块。 SWNERYG2.0: 输入南拐西、北拐东红黄绿灯状态信号，连接主控模块。 WNES7.0：输入西拐北、东拐南方向分秒信号，连接主控模块。 WNESRYG2.0: 输入西拐北、东拐南方红黄绿灯状态信号，连接主控模块。 BUSY：连接显示端口BUSY，判断数码管是否忙碌。输出：CLK:给显示端口脉冲。 REST:给显示端口复位信号。 DATA7.0:输出显示端口可识别的分秒计数。 ADDR3.0:给显示端口可识别的交通灯状态显示。 OUTLINE: STORBE:输出显示端口的数据输入信号，1有效。程序VHDL语言如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity JTDLCD is port (CPIN,R,BUSY :IN STD_LOGIC; EW,SWNE,WNES,SN :IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); EWRYG,SWNERYG,WNESRYG,SNRYG : IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); CLK,RST,STROBE,OUTLINE : OUT STD_LOGIC; DATA : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); ADDR : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) );end entity ;architecture JGT of JTDLCD is TYPE STATES IS (S0,S1,S2,S3,S4); SIGNAL S: STATES; SIGNAL LCDPT : INTEGER RANGE 0 TO 24; SIGNAL CPCT : INTEGER RANGE 0 TO 65535; SIGNAL CP: STD_LOGIC; SIGNAL ASCEW,ASCSWNE,ASCWNES,ASCSN : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);beginPROCESS(CPIN,R)BEGINCLK=CPIN; -分频为500US周期 IF R=1 THEN CPCT=65535;ELSIF CPIN=1 AND CPIN EVENT THEN IF CPCT=0 THEN CPCT=65535;CP=NOT CP; ELSE CPCT=CPCT-1; END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(CP,R) -主进程：拟采用500us时钟，即在500us后完成状态转换，修改LCDPT指针BEGIN -S1,S2完成初始化固定显示的功能IF R=1 THEN S=S0;LCDPT=0;RST S=S1;LCDPT=0;RST RST=0;STROBE=0; -S1:输出RST=0;LCD数据输入无效 IF BUSY=0 THEN -判断BUSY=0? LCDPT=LCDPT+1; -Y: LCDPT+1; IF LCDPT=13 THEN -LCDPT到固定最后？ SS2 S S=S1;STROBE STROBE=0; -S3:BUSY=0? :Y: LCDPT循环+1 ，转S4 IF BUSY=0 THEN IF LCDPT=24 THEN LCDPT=13; ELSE LCDPT=LCDPT+1; END IF; S STROBE=1;S NULL; END CASE;END IF; END PROCESS; PROCESS(LCDPT)BEGINCASE LCDPT IS -选择输出进程(LCDPT)WHEN 0 = NULL; -LCDPT=0,NULL -LCDPT=112 显示SN SWNE EW WNES WHEN 1= DATA=01010011;ADDR=0001;OUTLINE DATA=01001110;ADDR=0010;OUTLINE DATA=01010011;ADDR=0100;OUTLINE DATA=01010111;ADDR=0101;OUTLINE DATA=01001110;ADDR=0110;OUTLINE DATA=01000101;ADDR=0111;OUTLINE DATA=01000101;ADDR=1000;OUTLINE DATA=01010111;ADDR=1001;OUTLINE DATA=01010111;ADDR=1011;OUTLINE DATA=01001110;ADDR=1100;OUTLINE DATA=01000101;ADDR=1101;OUTLINE DATA=01010011;ADDR=1110;OUTLINEDATA=ASCSN;ADDR=0001;OUTLINEDATA=0011&SN(7 DOWNTO 4);ADDR=0010;OUTLINEDATA=0011&SN(3 DOWNTO 0);ADDR=0011;OUTLINEDATA=ASCSWNE;ADDR=0100;OUTLINEDATA=0011&SWNE(7 DOWNTO 4);ADDR=0101;OUTLINEDATA=0011&SWNE(3 DOWNTO 0);ADDR=0110;OUTLINEDATA=ASCEW;ADDR=1000;OUTLINEDATA=0011&EW(7 DOWNTO 4);ADDR=1001;OUTLINEDATA=0011&EW(3