EDA大作业实验报告交通控制器设计

班级021291学号02129057EDA试验汇报学院电子工程学院专业电子信息工程学生姓名02129057导师姓名纠博

交通控制器设计目标设计一个十字路口交通控制系统，其东西，南北两个方向除了有红、黄、绿灯指示是否允许通行外，还设有时钟，以倒计时方式显示每一路允许通行时间，绿灯，黄灯，红灯连续时间分别是70、5和75秒。当东西或南北两路中任一道上出现特殊情况，比如有消防车，警车要去执行任务，此时交通控制系统应可由交警手动控制立刻进入特殊运行状态，即两条道上全部车辆皆停顿通行，红灯全亮，时钟停顿计时，且其数字在闪烁。当特殊运行状态结束后，管理系统恢复原来状态，继续正常运行。设计思绪与实施方案1.设计目标思绪整理①在十字路口两个方向上各设一组红、绿、黄灯，显示次序为其中一方向（东西方向）是绿灯、黄灯、红灯；另一方向（南北方向）是红灯、绿灯、黄灯。②设置一组数码管，以倒计时方式显示允许通行或禁止通行时间，其中绿灯、黄灯、红灯连续时间分别是70s、5s和75s。③当各条路上任意一条上出现特殊情况时，如当消防车、救护车或其余需要优先放行车辆经过时，各方向上均是红灯亮，倒计时停顿，且显示数字在闪烁。当特殊运行状态结束后，控制器恢复原来状态，继续正常运行。2.原理分析本系统主要由分频器，计数器，控制器，倒计时显示器等电路组成。分频器将晶振送来50MHZ信号变为1HZ时钟信号；计数器实现总共150秒计数，它也是交通控制系统一个大循环；控制器控制系统状态转移和红黄绿灯信号输出；倒计时显示电路实现75秒，70秒及5秒倒计时和显示功效。整个系统工作时序受控制器控制，是系统关键。基于此，做出交通控制系统转移图以下：其中，s0：A方向绿灯亮，B方向红灯亮，此状态连续70秒；S1：A方向黄灯亮，B方向红灯亮，此状态连续5秒；S2：A方向红灯亮，B方向绿灯亮，此状态连续70秒；S3：A方向红灯亮，B方向黄灯亮，此状态连续5秒；S4：紧急制动状态，A方向红灯亮，B方向红灯亮，当hold=‘0‘时进入这种状态。 当紧急制动信号无效时，状态按照s0—s1—s2—s3—s0循环；当紧急制动信号有效时，立刻进入s4，两个方向红灯全亮，计数器停顿计数。设计过程1.电路设计交通控制系统顶层原理图以下列图示，它主要由50MHZ分频器模块，控制器，倒计时计数器模块，7段数码管组成。(1)分频器设计分频器外部接口如右图所表示：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityfp50mis port( clk:instd_logic; reset:instd_logic; clk_out:outstd_logic );endentityfp50m;architecturebehavioroffp50mis signalcount:std_logic_vector(31downto0); signalQ:std_logic;begin process(reset,clk) begin if(reset='0')then count<=(others=>'0'); --复位计数器elsifclk'eventandclk='1'then count<=count+1; if(count=25000000)then Q<=notQ; --反置输出 count<=(others=>'0'); endif; endif; clk_out<=Q; endprocess;endarchitecturebehavior;因为50MHz过大，在这里就不展示分频时序图。(2)控制器设计控制器control逻辑符号以下列图所表示。其中，clk为时钟输入信号；hld为紧急制动信号；ared，agreen，ayellow为东西方向驱动红灯，绿灯及黄灯指示输出信号；bred，bgreen，byellow分别为南北方向驱动红灯。绿灯及黄灯指示输出信号。控制器按照上边状态转移图所表示控制系统时序，即为个方向红，绿，黄灯亮灭时间。controlVHDL描述文件control.vhd：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entitycontrolisport(clk,hold:instd_logic;ared,agreen,ayellow,bred,bgreen,byellow:outstd_logic);endcontrol;architecturebehaviorofcontrolistypestate_typeis(s0,s1,s2,s3,s4);signalcurrent_state,next_state:state_type;signalcounter:std_logic_vector(6downto0);beginsynch:processbeginwaituntilclk'eventandclk='1';ifhold='0'then--当紧急制动信号有效时，计数器停顿工作counter<=counter;else--当紧急制动信号无效时，计数器进行周期为150s计数ifcounter<149thencounter<=counter+1;elsecounter<=(others=>'0');endif;endif;endprocess;process--状态机状态转移描述beginwaituntilclk'eventandclk='1';current_state<=next_state;endprocess;state_trans:process(current_state)begincasecurrent_stateiswhens0=>ifhold='0'thennext_state<=s4;elseifcounter<69thennext_state<=s0;elsenext_state<=s1;endif;endif;whens1=>ifhold='0'thennext_state<=s4;elseifcounter<74thennext_state<=s1;elsenext_state<=s2;endif;endif;whens2=>ifhold='0'thennext_state<=s4;elseifcounter<144thennext_state<=s2;elsenext_state<=s3;endif;endif;whens3=>ifhold='0'thennext_state<=s4;elseifcounter<149thennext_state<=s3;elsenext_state<=s0;endif;endif;whens4=>ifhold='0'thennext_state<=s4;elseifcounter<69thennext_state<=s0;elsifcounter<74thennext_state<=s1;elsifcounter<144thennext_state<=s2;elsifcounter<149thennext_state<=s3;endif;endif;endcase;endprocess;output:process(current_state)--每种状态下两个路口红绿灯状态描述begincasecurrent_stateiswhens0=>ared<='0';agreen<='1';ayellow<='0';bred<='1';bgreen<='0';byellow<='0';whens1=>ared<='0';agreen<='0';ayellow<='1';bred<='1';bgreen<='0';byellow<='0';whens2=>ared<='1';agreen<='0';ayellow<='0';bred<='0';bgreen<='1';byellow<='0';whens3=>ared<='1';agreen<='0';ayellow<='0';bred<='0';bgreen<='0';byellow<='1';whens4=>ared<='1';agreen<='0';ayellow<='0';bred<='1';bgreen<='0';byellow<='0';whenothers=>NULL;endcase;endprocess;endbehavior;control时序图由图能够看出紧急制动有效，即’hold’=0时，两个方向都是红灯。而紧急制动无效时，为s1状态，一方为绿灯，另一方红灯。(3)倒计时计数器upm75（x）设计倒计时计数器upm75（x）逻辑符号以下列图所表示。其中，clk，cr分别为时钟和清零端，en0~en2分别表示倒计数75s，70s，5s使能端，ql[3..0],qh[3..0],oc分别为BCD码个位，十位跟进位输出。VHDL描述upm75（x）.vhd以下：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityupm75is--实体申明port(clk:instd_logic;en0,en1,en2:instd_logic;cr,hld:instd_logic;ql,qh:outstd_logic_vector(3downto0);oc:outstd_logic);endupm75;architecturebehaviorofupm75is--结构体signalcoul,couh:std_logic_vector(3downto0);beginprocess(cr,clk,hld,en0,en1,en2)beginifcr='0'then--异步清零coul<="0000";couh<="0000";elsifclk'eventandclk='1'thenifhld='1'then--紧急制动无效时，计数器正常计数ifen0='1'then--en0有效，倒计时75sif(coul=0andcouh=0)then--减法记到00后，重新指数75coul<="0101";couh<="0111";elsifcoul=0then--不然，个位记到0时置为9，十位减1coul<="1001";couh<=couh-1;elsecoul<=coul-1;--不然，个位减1endif;endif;ifen1='1'then--en1有效，倒计时70sif(coul=0andcouh=0)thencoul<="0000";couh<="0111";elsifcoul=0thencoul<="1001";couh<=couh-1;elsecoul<=coul-1;endif;endif;ifen2='1'then--en2有效，倒计时5sif(coul=0andcouh=0)thencoul<="0101";couh<="0000";elsifcoul=0thencoul<="1001";couh<=couh-1;elsecoul<=coul-1;endif;endif;elsecoul<=coul;--紧急制动有效时，各位保持不变couh<=couh;endif;endif;endprocess;process(coul,couh)beginif(coul=0andcouh=0)then--减到00时，借位输出oc<='1';elseoc<='0';endif;endprocess;ql<=coul;qh<=couh;endbehavior;倒计时时序仿真图以下：1.75s倒计时由图能够看出紧急制动有效时，停顿计时，一直连续在75s，满足要求。2.70s倒计时3.5s倒计时(4)七段数码管设计分频器外部接口如右图所表示:LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYDECL7SISPORT(A:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);hold:INSTD_LOGIC;clk:INSTD_LOGIC;LED7S:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6downto0));END;ARCHITECTUREoneOFDECL7SISBEGINPROCESS(A)BEGINif(hold='0'andclk='1')thenLED7S<="0000000";elsif(hold='1')thenCASEAISWHEN"0000"=>LED7S<="0111111";WHEN"0001"=>LED7S<="0000110";WHEN"0010"=>LED7S<="1011011";WHEN"0011"=>LED7S<="1001111";WHEN"0100"=>LED7S<="1100110";WHEN"0101"=>LED7S<="110