eda課程設(shè)計(jì)--交通信號燈控制器

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　課程設(shè)計(jì)名稱： EDA課程設(shè)計(jì) </p><p>　　專 業(yè) 班 級 ： xxxxxxxxxxx </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 ： xxxxx </p><p>　　學(xué) 號 ： xxxxxxxxxx

2、xxxxx </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 ： </p><p>　　課程設(shè)計(jì)時間： 2011-12-19～2011-12-30 </p><p>　　電子信息工程與技術(shù) 專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</b></p><

3、p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)：模擬十字路口交通信號燈的工作過程，利用實(shí)驗(yàn)板上的兩組紅、黃、綠LED作為交通信號燈，設(shè)計(jì)一個交通信號燈控制器。要求：</p><p>　　交通燈從綠變紅時，有4秒黃燈亮的間隔時間；</p><p>　　交通燈紅變綠是直接進(jìn)行的，沒有間隔時間；</p><p>　　主干道上的綠燈時間為45秒，支干道的綠燈時間為25秒；</p>&

4、lt;p>　　在任意時間，顯示每個狀態(tài)到該狀態(tài)結(jié)束所需的時間。</p><p><b>　　支干道</b></p><p><b>　　主干道</b></p><p>　　圖1 路口交通管理示意圖</p><p>　　表1 交通信號燈的4種狀態(tài)</p><p><

5、b>　　設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　采用VHDL語言編寫程序，并在QUARTUSII工具平臺中進(jìn)行仿真，下載到EDA實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行驗(yàn)證。</p><p>　　編寫設(shè)計(jì)報(bào)告，要求包括方案選擇、程序清單、調(diào)試過程、測試結(jié)果及心得體會。</p><p>　　2設(shè)計(jì)原理及總體框圖</p><p><b>　　設(shè)計(jì)目

6、的：</b></p><p>　　學(xué)習(xí)DEA開發(fā)軟件和QuartusII的使用方法，熟悉可編程邏輯器件的使用。通過制作來了解交通燈控制系統(tǒng)，交通燈控制系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)城市十字交叉路口紅綠燈的控制</p><p><b>　　設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　?。?）第一模塊：clk時鐘秒脈沖發(fā)生電路</p><p

7、>　　在紅綠燈交通信號系統(tǒng)中，大多數(shù)情況是通過自動控制的方式指揮交通的。因此為了避免意外事件的發(fā)生，電路必須給一個穩(wěn)定的時鐘（clock）才能讓系統(tǒng)正常運(yùn)作。</p><p><b>　　模塊說明：</b></p><p><b>　　系統(tǒng)輸入信號：</b></p><p>　　Clk: 由外接信號發(fā)生器提供256

8、的時鐘信號；</p><p>　　系統(tǒng)輸出信號： full：產(chǎn)生每秒一個脈沖的信號；</p><p>　?。?）第二模塊：計(jì)數(shù)秒數(shù)選擇電路</p><p>　　計(jì)數(shù)電路最主要的功能就是記數(shù)負(fù)責(zé)顯示倒數(shù)的計(jì)數(shù)值，對下一個模塊提供狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。</p><p><b>　　模塊說明：</b></p><p

9、>　　系統(tǒng)輸入：full: 接收由clk電路的提供的1hz的時鐘脈沖信號；</p><p>　　系統(tǒng)輸出信號： tm： 產(chǎn)生顯示電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號</p><p>　　tl：倒計(jì)數(shù)值 秒數(shù)個位變化控制信號</p><p>　　th：倒計(jì)數(shù)值 秒數(shù)十位變化控制信號</p><p>　?。?）第三模塊：紅綠燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路</p>

10、<p>　　本電路負(fù)責(zé)紅綠燈的轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　模塊說明：</b></p><p>　　系統(tǒng)輸入信號：full: 接收由clk電路的提供的1hz的時鐘脈沖信號；</p><p>　　tm: 接收計(jì)數(shù)秒數(shù)選擇電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號；</p><p>　　系統(tǒng)輸出信號： comb_out: 負(fù)

11、責(zé)紅綠燈的狀態(tài)顯示。</p><p>　?。?）第四模塊：時間顯示電路</p><p>　　本電路負(fù)責(zé)紅綠燈的計(jì)數(shù)時間的顯示。</p><p><b>　　模塊說明：</b></p><p>　　系統(tǒng)輸入信號：tl：倒計(jì)數(shù)值 秒數(shù)個位變化控制信號；</p><p>　　th：倒計(jì)數(shù)值 秒數(shù)十位變化

12、控制信號；</p><p>　　系統(tǒng)輸出信號： led7s1: 負(fù)責(zé)紅綠燈的顯示秒數(shù)個位。</p><p>　　led7s2： 負(fù)責(zé)紅綠燈的顯示秒數(shù)十位</p><p><b>　　總體框圖</b></p><p><b>　　時間顯示數(shù)據(jù)輸出</b></p><p>

13、;<b>　　紅黃綠燈信號輸出</b></p><p>　　圖2 交通信號燈控制器的原理框圖</p><p>　　采用VHDL語言輸入的方式實(shí)現(xiàn)交通信號燈控制器</p><p><b>　　CLK</b></p><p><b>　　時間顯示數(shù)據(jù)輸出</b></p>

14、<p><b>　　信號燈輸出</b></p><p>　　圖3 交通信號燈控制器程序原理框圖</p><p>　　該程序由7個進(jìn)程組成，進(jìn)程P1和P2將CLK信號分頻后產(chǎn)生1秒信號，進(jìn)程P3、P4、P5構(gòu)成兩個帶有預(yù)置數(shù)功能的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其中P4產(chǎn)生允許十位計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的控制信號。進(jìn)程P6實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換和產(chǎn)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換的控制信號，進(jìn)程P7產(chǎn)生次態(tài)信號和信號

15、燈輸出信號，以及每一個狀態(tài)的時間值。</p><p><b>　　3 程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　LIBRARY IEEE;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p>

16、<p>　　ENTITY traffic IS </p><p>　　PORT (clk:in std_logic;</p><p>　　led7s1:out std_logic_vector(6 downto 0);</p><p>　　led7s2:out std_logic_vector(6 downto 0);</p><p&g

17、t;　　comb_out:out std_logic_vector(5 downto 0));</p><p><b>　　END;</b></p><p>　　ARCHITECTURE one OF traffic IS</p><p>　　TYPE dm IS (s0,s1,s2,s3);</p><p>　　SIg

18、nal current_state,next_state:dm;</p><p>　　SIGNAL FULL : STD_LOGIC;</p><p>　　SIGNAL tl :STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);</p><p>　　SIGNAL th:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);</p>&l

19、t;p>　　SIGNAL tm :STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);</p><p>　　SIGNAL TIME :STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　P_REG: PROCESS(CLK)</p>&

20、lt;p>　　VARIABLE CNT8:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN</p><p>　　IF CNT8 = "11111111" TH

21、EN</p><p>　　CNT8:="01111111";</p><p>　　FULL<='1';</p><p>　　ELSE CNT8 := CNT8+1;</p><p>　　FULL <= '0';</p><p>　　END IF;

22、END IF;</p><p>　　END PROCESS P_REG;</p><p>　　PROCESS(full)</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　IF full'EVENT AND full='1' THEN</p><p>　　

23、IF TIME<"1000011" THEN </p><p>　　TIME<=TIME+1;</p><p>　　ELSe TIME <="0000000"; </p><p><b>　　END IF;</b></p><p><b>　　END I

24、F;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　REG:process( full,current_state)</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　IF full='1' AND full'EVENT THEN <

25、/p><p>　　current_state<=next_state;</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　END process;</p><p>　　COM:process(current_state, time)</p><p><b>　　b

26、egin</b></p><p>　　case current_state is</p><p>　　when s0=>comb_out<="001100";tm<=39-time;</p><p>　　if time=39 then next_state<=s1;</p><p>

27、　　else next_state<=s0;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　when s1=>comb_out<="010100";tm<=43-time;</p><p>　　if time=43 then next_state<=s2;</p

28、><p>　　else next_state<=s1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　when s2=>comb_out<="100010";tm<=63-time;</p><p>　　if time=63 then next_stat

29、e<=s3;</p><p>　　else next_state<=s2;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　when s3=>comb_out<="100001";tm<=67-time;</p><p>　　if time=67

30、then next_state<=s0;</p><p>　　else next_state<=s3;</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end case;</b></p><p>　　end process;</p><

31、;p>　　PROCESS(tm)</p><p><b>　　BEGIN </b></p><p>　　IF tm>=30 THEN th<="11";tl<=tm-30;</p><p>　　ELSIF tm>=20 THEN th<="10";tl<=tm-2

32、0;</p><p>　　ELSIF tm>=10 THEN th<="01";tl<=tm-10;</p><p>　　ELSE th<="00";tl<=tm;</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　END PR

33、OCESS;</p><p>　　process(th,tl)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　case th is</p><p>　　when"00"=>led7s1<="0111111";</p><p>

34、;　　when"01"=>led7s1<="0000110";</p><p>　　when"10"=>led7s1<="1011011";</p><p>　　when"11"=>led7s1<="1001111";</p>

35、;<p>　　when others=>null;</p><p><b>　　end case;</b></p><p>　　case tl is </p><p>　　when "0000000"=>led7s2<="0111111";</p><p

36、>　　when"0000001"=>led7s2<="0000110";</p><p>　　when "0000010"=>led7s2<="1011011";</p><p>　　when"0000011"=>led7s2<="1001

37、111";</p><p>　　when"0000100"=>led7s2<="1100110";</p><p>　　when "0000101"=>led7s2<="1101101";</p><p>　　when "0000110&quo

38、t;=>led7s2<="1111101";</p><p>　　when"0000111"=>led7s2<="0000111";</p><p>　　when "0001000"=>led7s2<="1111111";</p><p

39、>　　when "0001001"=>led7s2<="1101111";</p><p>　　when others=>null;</p><p><b>　　end case;</b></p><p>　　end process;</p><p><

40、;b>　　end;</b></p><p><b>　　4 編譯及仿真</b></p><p>　　CLK為1KHZ系統(tǒng)時鐘脈沖</p><p>　　CAR為支干道車輛行駛情況，高電平為有車行駛，低電平為無車行駛</p><p>　　LED為交通燈發(fā)光情況</p><p>　　S

41、EL為數(shù)碼管位碼掃描</p><p><b>　　SEG為數(shù)碼管段碼</b></p><p>　　CLK綁定時鐘1KHZ</p><p><b>　　CAR綁定DK4</b></p><p>　　LED[0]綁定LED6；--支干道紅燈</p><p>　　LED[1]綁定L

42、ED7；--支干道黃燈</p><p>　　LED[2]綁定LED8；--支干道綠燈</p><p>　　LED[3]綁定LED1；--主干道紅燈</p><p>　　LED[4]綁定LED2；--主干道黃燈</p><p>　　LED[5]綁定LED3；--主干道綠燈</p><p>　　SEL[0]綁定LI0；&l

43、t;/p><p>　　SEL[1]綁定LI1；</p><p>　　SEL[2]綁定LI2。</p><p>　　SEG[0]綁定G8；</p><p>　　SEG[1]綁定F8；</p><p>　　SEG[2]綁定E8；</p><p>　　SEG[3]綁定D8；</p><

44、p>　　SEG[4]綁定C8；</p><p>　　SEG[5]綁定B8；</p><p>　　SEG[6]綁定A8；</p><p><b>　　仿真圖如下</b></p><p>　　5 硬件調(diào)試與結(jié)果分析</p><p>　　接下來就要選擇目標(biāo)器件并對相應(yīng)的引腳進(jìn)行鎖定了，我們選擇的器

45、件為cyclone系列的EP1C3T144芯片，引腳鎖定方法如下圖所示。將未使用的管腳設(shè)置為三態(tài)輸入（一定要設(shè)置，否則可能會損壞芯片）。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)只能用采用模式6下載調(diào)試，一切正常</p><p>　　將程序下載到實(shí)驗(yàn)板后，CAR置于低電平后，可以看到LED燈的顯示情況為主干道亮綠燈，支干道亮紅燈，主干道數(shù)碼管顯示45秒，支干道數(shù)碼管顯示50秒。但支干道有車時，把CAR置

46、于高電平，可以看到主、支干道的數(shù)碼管開始倒計(jì)時；主干道倒計(jì)時結(jié)束后再進(jìn)行4秒倒計(jì)時，并且交通燈變?yōu)辄S燈；當(dāng)主干道倒計(jì)時結(jié)束后，主干道數(shù)碼管顯示30，支干道數(shù)碼管顯示25，主干道變?yōu)榧t燈，支干道變?yōu)榫G燈，繼續(xù)進(jìn)行倒計(jì)時；支干道倒計(jì)時結(jié)束后再經(jīng)行4秒倒計(jì)時，交通燈變?yōu)辄S燈；支干道倒計(jì)時結(jié)束后再回到初始狀態(tài)。</p><p>　　從實(shí)驗(yàn)板上可以看出硬件測試下的效果達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)交通信號燈控制器的基本功能。但

47、是，由于實(shí)驗(yàn)板的系統(tǒng)時鐘不穩(wěn)定，導(dǎo)致數(shù)碼管的掃描有時會出現(xiàn)閃動的現(xiàn)象，在更換了實(shí)驗(yàn)板后可以看出，數(shù)碼管的掃描基本穩(wěn)定，在視覺上不會出現(xiàn)閃動的情況。或者可以將系統(tǒng)的時鐘頻率改為2KHZ，更改分頻模塊后再進(jìn)行編譯下載，這樣可以加快數(shù)碼管掃描的速度，從而達(dá)到消除視覺上閃動的現(xiàn)象。</p><p><b>　　6 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　VHDL數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

48、 電子工業(yè)出版社</p><p>　　EDA技術(shù)與VHDL 清華大學(xué)出版社</p><p>　　數(shù)字原理與設(shè)計(jì) 清華大學(xué)出版社</p><p>　　FPGA EP1C3T144的模式結(jié)構(gòu)圖與引腳對應(yīng)資料

49、 網(wǎng)上資料 </p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步加深了對電子設(shè)計(jì)自動化的了解。并進(jìn)一步熟練了對QuartusII軟件的操作。在編寫程序的過程中，遇到了很多問題，使我發(fā)現(xiàn)自己以前學(xué)習(xí)上存在的不足。通過與同學(xué)探討和請教老師，終于把問題都解決了，并加深了對交通燈原理和設(shè)計(jì)思路的了解。同時也掌握了做課程設(shè)計(jì)的一

50、般流程，為以后的設(shè)計(jì)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。做課程設(shè)計(jì)時，先查閱相關(guān)知識，把原理吃透，確定一個大的設(shè)計(jì)方向，在按照這個方向分模塊的把要實(shí)現(xiàn)的功能用流程圖的形式展示。最后參照每個模塊把輸入和輸出引腳設(shè)定，運(yùn)用我們所學(xué)的VHDL語言進(jìn)行編程。</p><p>　　在波形仿真的過程中，同樣遇到了困難，有的時候，由于END TIME的時間修改的太大，會出現(xiàn)仿真時間過長的問題，這個時候應(yīng)該要把END TIME的時間相應(yīng)的改小，或

51、是修改系統(tǒng)時鐘的頻率。</p><p>　　在設(shè)計(jì)的過程中還應(yīng)該多聯(lián)系下實(shí)際情況，要了解實(shí)際情況下交通信號燈的工作情況，才能更好的完成此次的課程設(shè)計(jì)。在今后的工作和學(xué)習(xí)中，我們不能僅僅把目光停留在課本上，要多理論聯(lián)系實(shí)際。有的時候，理論上是正確的東西放到現(xiàn)實(shí)中去，可能由于種種因素的制約，并不能達(dá)到實(shí)際的效果，還需要我們進(jìn)行相應(yīng)的修改才能完成要求。這次的課程設(shè)計(jì)使我鞏固了以前學(xué)習(xí)到的知識，還使我掌握了以前沒有掌握的