EDA交通灯控制系统的课程设计

年4月19日EDA交通灯控制系统的课程设计文档仅供参考目录摘要1TOC\o"1-3"\h\u5156一设计目的与要求2二设计原理22.1交通灯控制的系统构成32．2交通灯控制器的电路控制原理框图32．3器件下载编程与硬件实现4三设计内容43.1设计步骤53.2交通灯控制器各模块的程序63.3软件仿真结果93.4硬件实现及调试结果10总结与致谢11参考文献12附录21摘要EDA是电子设计自动化(ElectronicDesignAutomation)的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调,已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。交通控制系统的适用场合主要是用于交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代交通监控指挥系统中最重要的组成部分。关键字：EDA交通灯VerilogHDLQuartusII一设计目的与要求(1)主、支干道各设有一个绿、黄、红指示灯，两个显示数码管。(2)主、支道交替允许通行，主干道每次放行45s，支干道每次放行25s，在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中，要亮5s的黄灯作为过渡，并进行减计时显示。(3)具有清零、可预置主、支干道通行时间功能。二设计原理交通灯控制系统的作用主要是实现城市十字交叉路口红绿灯的控制。在现代化的大城市中，十字交叉路口越来越多，在每个交叉路口都需要使用红绿灯进行交通指挥和管理，红、黄、绿灯的转换要有一个准确的时间间隔和转换顺序，这就需要有一个安全、自动的系统对红、黄、绿灯的转换进行管理，本系统就是基于此目的而开发的。如下图2-1为十字路口交通管理信号灯的示意图。图2-1十字路口交通管理信号灯2.1交通灯控制的系统构成城市中常见的大型十字路口如下2-2图所示。一般情况下，当汽车行驶至十字交通路口时，有3种选择:向前，向左转弯，向右转弯。根据中国的交通规则规定，汽车是靠右行驶，向右拐弯只要走弧形的支干道即可，不需受十字交通灯的束缚。因此，本文主要考虑前行和左转这两种情况。十字路口交通灯负责控制各走向红绿灯的状态及转换，而且各状态之间有一定的时间过渡。同时，东西南北每条干道上都为人行横道设置了红绿灯,提醒行人在安全时刻穿越道路以保证行人的安全。城市路口交通信号控制系统大致上分为三种类型:定周期的信号机、多时段且具有无电缆协调功能的微电脑型信号机以及联网式自适应多相位智能型信号机。具体采用哪种类型,应根据其应用场合及特点加以确定。其中,第一种类型以其成本低,设计简单,安装及维护方便等特点得到了广泛应用。2．2交通灯控制器的电路控制原理框图如图3-1所示，主要包括置数器模块、定时计数器模块、主控制器模块和译码器模块。置数器模块将交通灯的点亮时间预置到置数电路中。计数器模块以秒为单位倒计时，当计数值减为零时，主控电路改变输出状态，电路进入下一个状态的倒计时。核心部分是主控制模块。具体控红绿黄主控制器红绿黄主控制器显示器译码器置数器定时计数器特殊状态清零红绿黄图3-1电路控制原理框图状态主干道支干道时间/S00绿灯亮红灯亮4501黄灯亮红灯亮510红灯亮绿灯亮2511红灯亮黄灯亮52．3器件下载编程与硬件实现

在进行硬件测试时，按键k1对应复位端reset，按键k2对应紧急开关urgent。EDA实验开发系统上的时钟cp2对应计数时钟CLK，数码管M3、M4对应东西走向的时钟显示。LED灯l16、l15、l14对应东西走向的绿灯G1、黄灯Y1、红灯R1。数码管M1、M2对应南北走向的时钟显示。LED灯l1、l2、l3对应南北走向的绿灯G2、黄灯Y2、红灯R2，对应的硬件结构示意图如图3-3所示。图3-3交通灯控制系统的硬件示意图三设计内容3.1设计步骤1、启动Quarrtus软件；2、单击菜单栏中的File/New命令，打开New对话框，选择DeviceDesignFiles中的BlockDiagram/Schematic，打开图形编辑窗口；3、右击鼠标，弹出菜单，点击“Insert/Symbol”,画一个图形保存，同时创立一个工程；4、在同一个工程下，单击菜单栏中的File/New命令，打开New对话框，选择DeviceDesignFiles中的VHDLFiles，输入实训的源程序；5、单击菜单栏中的Process\StartCompilation命令，启动全程编译；6、编译后加载源程序的Symbol;7、画出实训的原理图，经过两组交通灯来模拟控制东西、南北两条通道上的车辆通行,所有功能在实验操作平台上进行模拟经过,根据原理其主要功能如图3-4：图3-4系统结构图8、进行仿真，建立波形文件，单击File/New命令，打开文件选择窗口，然后单击“OtherFiles”选项卡，选择其中的“VectorWaveformFile”选项；9、输入信号节点，单击View\UtilityWindows\NodeFinder命令，添加端口引脚名；10、指定芯片管脚，单击菜单栏中的Assignments\Pin，打开芯片管脚对话框。3.2交通灯控制器各模块的程序1简介控制部分的设计控制模块是交通控制系统的核心部分，控制模块主要用于控制系统的时钟、计数值、循环周期判别和人工控制信号输入，并将计数值做相关的运算得到数码管的倒计时值，同时控制十字路口信号灯的亮、灭火闪烁。如图3-5所示，reset是复位引脚；clk是时钟引脚，其值为分频器的输出时钟信号；urgen是紧急状态引脚；state[1..0]是状态引脚；sub，set1，set2是状态选择引脚。process(reset,clk)beginifreset='1'thencount<="0000000";state<="00";elsifclk'eventandclk='1'then图3-5控制部分的图形ifurgen='0'thencount<=count+1;subtemp<='1';elsesubtemp<='0';endif;ifcount=0thenstate<="00";set1<='1';set2<='1';elsifcount=20thenstate<="01";set1<='1';elsifcount=25thenstate<="10";set1<='1';set2<='1';elsifcount=35thenstate<="11";set2<='1';elsifcount=40thencount<="0000000";elseset1<='0';set2<='0';endif;endif;endprocessstatelabel2、显示部分的设计显示模块包括数码管动态扫描电路和译码显示电路，动态扫描电路用于选择需要显示的数码管，译码显示电路用于将输入的二进制信息转换为数码管显示编码。如图3-6所示，clk是时钟引脚；urgen是紧急状态引脚；state[1..0]是状态引脚；sub，set1，set2是状态选择引脚，在sub为上升沿时，能够用set1和set2来选择调整交通灯的状态；r1，g1，y1，r2，g2，y2分别是主干道方向和次干道方向的红、绿、黄灯信号引脚；led1[7..0]，led2[7..0]分别为主干道方向和次干道方向的数码管倒计时信号灯引脚。label2:process(sub)beginifsub'eventandsub='1'thenifset2='1'thencount2<=setstate2;图3-6显示部分的图形elsifcount2(3downto0)="0000"thencount2<=count2-7;elsecount2<=count2-1;endif;g2<=tg2;r2<=tr2;y2<=ty2;endif;endprocesslabel2;label1:process(sub)beginifsub'eventandsub='1'thenifset1='1'thencount1<=setstate1;elsifcount1(3downto0)="0000"thencount1<=count1-7;elsecount1<=count1-1;endif;g1<=tg1;r1<=tr1;y1<=ty1;endif;endprocesslabel1;其中ledcontrol部分为控制器模块，ledshhow部分为译码器模块。控制器包括指数模块、计数模块和主控制器模块。置数模块将交通灯的点亮时间预置到置数电路中，计数模块以秒为单位倒计时，当计数值减为零时，主控电路改变输出状态，电路进入下一个状态的倒计时。译码器模块将控制器模块的控制作用经过译码表现出来，即我们看到的交通灯。最后上图最左边是系统输入，右边是系统输出。3.3软件仿真结果图3-7仿真波形3.4硬件实现及调试结果1、调试在QuartusII软件中，经过对所设计的硬件描述语言代码进行波形仿真后，达到了预期效果，于是，我们在该软件上进行下载配置设置。在Assignments菜单下选中Devices，在Family栏选择ACEX1K，选中EPF10K10LC84-4器件。再在Assignments菜单下选中Pins按照相应要求对管脚进行锁定。最后在Tools菜单下，选中Programmer，对配置方式进行设置，这里选择PassiveSeril(PS)被动串行模式。选择好要下载的硬件设备后点击Start即可开始编程下载了。2、指定芯片管脚图 图3-8指定芯片管脚图总结与致谢经过这次设计，我的理论知识掌握得更扎实，动手能力明显提高。同时，经过网上搜索图书馆查阅资料等方式认识到了自己知识的局限性。我学到许多知识，也认识到理论联系实践的重要。在设计当中遇到了许多以前没遇到的困难。学会了利用许多的方法去解决所遇到的问题。编好程序后，虽然总是出错，比如说状态不能改变，绿灯不能按时闪烁等，可是经过多次研究在老师和同学的帮助下终于找到问题所在并纠正。这次设计，让我感受最深是：在仿真的阶段遇到很多的问题，我们一定要具备一定的检查、排除错误的能力。我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且经过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。在本次设计中，我们完成本系统设计的要求及功能。在设计开始前我们对各个模块进行了详细的分析和设计准备工作，设计过程中，我们相互协调，积极参与完成各个技术实现的难点。由于时间仓促和我们自身知识水平有限，本设计在功能上也只是完成了一些基本功能，对于电路的可靠性，稳定性等参数也还未做过详细的测试。在交通的人性化控制方面也还未做周全的考虑，若在行驶过程中出现交通信号灯损坏或是电源断电的情况，则应有紧急状态灯来控制交通的管理，好提醒司机们或是行人注意保持车距，避免交通事故的发生。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。同时，非常感谢老师对我的大力帮助。五、参考文献[1]黄仁欣．EDA技术实用教程．北京：清华大学出版社，[2]潘松，黄继业．EDA技术与VHDL．北京：清华大学出版社，[3]江国强编著．EDA技术与应用（第三版）．.北京：电子工业出版社，[4]夏宇闻编著．VerilogHDL数字系统设计教程．.北京：北京航空航天大学出版社，[5]周祖成，程晓军，马卓钊编著．数字电路与系统教学实验教程．北京：科学出版社，