交通灯控制器设计-EDA课程设计

东北石油大学课程设计课程课程EDA技术课程设计题目交通灯控制器院系电子科学学院专业班级电子信息工程学生姓名学生学号指导教师2011东北石油大学课程设计任务书课程EDA技术课程设计题目交通灯控制器专业电子信息工程姓名学号主要内容、根本要求、主要参考资料等主要内容：设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道集合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。根本要求：1、红、绿、黄发光二极管作信号灯，用传感器或逻辑开关作检测车辆是否到来的信号，实验电路用逻辑开关代替。2、主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。主干道亮绿灯时，支干道亮红灯；支干道亮绿灯时，主干道亮红灯。3、主、支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，设立45秒、25秒计时、显示电路，选择1HZ时钟脉冲作为系统时钟。4、在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5秒黄灯作为过渡，使行驶中的车辆有时间停到禁行线外，设立5秒计时、显示电路。主要参考资料：[1]潘松著.EDA技术实用教程(第二版).北京：科学出版社,2005.[2]康华光主编.电子技术根底模拟局部.北京：高教出版社,2006.[3]阎石主编.数字电子技术根底.北京：高教出版社,2003.完成期限指导教师专业负责人201一、总体设计思想1.根本原理该系统主要由计数模块、控制模块、分频模块、分位模块以及显示电路构成。其中分频模块主要将系统输入的基准时钟信号转换是1Hz的鼓励信号。驱动计数模块和控制模块工作，控制模块根据计数器的计数情况对交通灯的亮灭及持续时间进行控制，并通过分位电路将灯亮时间以倒计时的形式通过数码管显示出来。2.设计框图CLK时钟分频模块1kHZCLK时钟分频模块1kHZ1HZCAR交通灯控制计时模块支干道车辆检测CAR交通灯控制计时模块扫描显示译码模块1kHZ数码管及LED信号扫描显示译码模块数码管段码数码管段码LED显示数码管位码二、设计步骤和调试过程1、总体设计电路2、模块设计和相应模块程序《1》模块设计〔1〕分频器分频器实现的是将高频时钟信号转换成底频的时钟信号，用于触发控制器、计数器和扫描显示电路。该分频器实现的是一千分频，将一千赫兹的时钟信号分频成一赫兹的时钟信号。〔2〕控制器设计控制器的作用是根据计数器的计数值控制发光二极管的亮、灭，以及输出倒计时数值给七段数码管的分位译码电路。本控制器可以有两种设计方法，一种是利用时钟沿的下降沿读取前级计数器的计数值，然后作出反响；另一种则是将本模块设计成纯组合逻辑电路，不需要时钟驱动。〔3〕计数器设计这里需要的计数器的计数范围为0-45。计到45后，下一个时钟沿回复到0，开始下一轮计数。〔4〕分位译码电路设计-1因为控制器输出的到计时数值可能是1位或者2位十进制数，所以在七段数码管的译码电路前要加上分位电路。与控制器一样，分位电路同样可以由时钟驱动，也可以设计成纯组合逻辑电路。控制器中，引入了存放器。为了让读者开拓眼界，分位电路就用组合逻辑电路实现。〔5〕分位译码电路设计—2〔6〕数码管驱动设计串行连接，即每个数码管对应的引脚都接在一起，通过控制公共端为高电平控制相应数码管的亮、灭〔共阴极数码管的公共端为高电平时，LED不亮；共阳极的公共端为低电平时，LED不亮〕。〔7〕下列图为交通灯控制器的顶层文件连接图《2》相应模块程序〔1〕分频器的设计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〕控制设计控制器的作用是根据计数器的计数值控制发光二极管的亮、灭，以及输出倒计时数值给七段译管的分译码电路。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〕计数器的设计这里计数器的计数范围为0—45S。计到45后,下一个时钟沿回复到0,开始下一轮计数。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〕分位译码电路设计--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〕分位译码电路设计—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〕数码管驱动设计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、仿真及仿真结果分析交通灯控制单元电路分析及仿真此单元电路主要完成控制交通灯的功能，即根据主，支干道传感信号sm,sb以及来自时基发生电路的时钟信号clk，发出主，支干道指示灯的控制信号，同时向各定时单元，显示控制单元发出使能控制信号en1,en2,en3,en4。支干道无车通行时，主干道一直亮绿灯，当sb感应到支干道来车时，主干道亮45s绿灯之后，亮5s黄灯，开始亮红灯，而支干道随之由之前的红灯变为绿灯亮25s，之后亮5s黄灯，最后变为红灯，如此交替进行下去。4、实验调试结果仿真后可以得到最终的结果：开始时，支干道没有车辆行驶。主干道处于常通行状态，支干道处于禁止状态；当支干道有车来时，主干道亮绿灯，经行45秒倒计时，支干道亮红灯，经行25秒倒计时；主干道45秒倒计时结束后跳变到黄灯，进行5秒倒计时，支干道继续亮红灯，进行倒计时；主干道5秒倒计时结束后跳变到红灯，经行45秒倒计时，支干道跳变到绿灯，进行25秒倒计时；支干道25秒倒计时结束后跳变到黄灯，进行5秒倒计时，主干道继续亮红灯，进行倒计时；支干道5秒倒计时结束后，判断支干道是否有车，假设有车跳变到S1状态，没有车跳变到S0状态验证了设计完成了预定功能。三、结论及心得体会EDA设计我感觉程序调试最重要，试验软件、硬件熟悉其次。我