數(shù)字電路課程設(shè)計：基于FPGA和VHDL語言的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

電自8班 黃義華 20080711107數(shù)字電路課程設(shè)計題目：基于FPGA和VHDL語言的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計者：黃義華 學(xué)號:20080711107 組員:黎志浪、胡海爾日期：2010年12月 交通燈控制器功能描述：通過兩組交通燈來模擬控制十字路口東西、南北兩條道路上的車輛通行，所有功能在實驗操作平臺上模擬通過，其主要功能如下：1. 根據(jù)要求顯示模擬路口東西、南北兩個方向上的紅燈、黃燈和綠燈的指示狀態(tài)。2. 在LED指示的同時，實現(xiàn)正常的倒計時功能。3. 控制實現(xiàn)兩種特殊狀態(tài)并用交通燈加以顯示。4. 能實現(xiàn)系統(tǒng)總清零。5. 具有一定的擴展功能。設(shè)計任務(wù)：1.用紅、黃、綠三色發(fā)光二極管做信號燈，主干道A為東西向，設(shè)紅、黃、綠三色燈為AR、AG、AY；支干道B為南北向，三色燈為BR、BG、BY。2.主干道上車輛較多，所以亮綠燈的時間設(shè)為50s；支干道亮綠燈的時間設(shè)為30s。當(dāng)主干道允許通行亮綠燈時則支干道亮紅燈；相反，支干道允許通行亮綠燈時則主干道亮紅燈。每次由綠燈轉(zhuǎn)變?yōu)榧t燈時，其間要亮5s的黃燈作為過渡，以便行駛中的車輛有時間停到禁止線以內(nèi)。3.交通燈正常運行時，在LCD 顯示屏上顯示主干道和支道的倒計時時間，ES主干道在當(dāng)前狀態(tài)的剩余時間，SN顯示支干道在當(dāng)前狀態(tài)的剩余時間。4.能實現(xiàn)系統(tǒng)清0，清0后計數(shù)器由初始狀態(tài)開始計數(shù)，指示燈指示主干道亮綠燈。5.能實現(xiàn)特殊狀態(tài)的顯示，用開關(guān)S作為特殊信號傳感器，S為1時進入特殊狀態(tài)并實現(xiàn)以下功能： （1)計數(shù)器停止計數(shù)并保持原來的時間數(shù)據(jù)。(2)東西、南北方向的三色燈全顯示紅色狀態(tài)。 （3）特殊狀態(tài)解除后能繼續(xù)返回正常工作狀態(tài)。設(shè)計要求1.分析設(shè)計任務(wù)，擬定多種設(shè)計方案，根據(jù)當(dāng)時的制作條件，選定適合的方案繪制框圖和設(shè)計流程。2.設(shè)計各部分單元電路或編寫VHDL描述程序。3.對制作的電路進行功能測試，分析各項技術(shù)指標(biāo)；或?qū)υO(shè)計的電路進行功能仿真，分析仿真波形。4.總結(jié)設(shè)計資料，但因包括原理電路、VHDL描述、仿真波形的設(shè)計報告，校驗并演示電路裝置。狀態(tài)順序與燈亮對應(yīng)表態(tài)序（S1 S0）主干道（A）支干道（B）亮燈時間1 （0 0）黃燈亮紅燈亮5S2 （0 1）紅燈亮綠燈亮30S3 （1 0）紅燈亮黃燈亮5S4 （1 1）綠燈亮紅燈亮50S交通燈控制狀態(tài)圖5S未到，保持原狀態(tài)5S到，轉(zhuǎn)到下一狀態(tài)00狀態(tài)YA,RB50S未到，保持原狀態(tài)50S到，轉(zhuǎn)到下一狀態(tài)30S未到，保持原狀態(tài)30S到，轉(zhuǎn)到下一狀態(tài)5S未到，保持原狀態(tài)5S到，轉(zhuǎn)到下一狀態(tài)10狀態(tài)RA,YB01狀態(tài)RA,GB11狀態(tài)GA,RB譯碼器真值表SS1S0AGARAYBGBRBY1XX010010000001010001010100011100010系統(tǒng)設(shè)計輸入： 本實驗采用硬件語言輸入，其整體VHDL源文件描述如下，其中“S0”“S1”“S2”“S3”為事先設(shè)定的四種狀態(tài)library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity JIAOTONGDENG is port (CP,RS,SPE: IN STD_LOGIC; -輸入 EWRYG,SNRYG:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); -各方向上交通燈顏色顯示 EW,SN: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)-ASCII碼LCD顯示 );end JIAOTONGDENG ;architecture JGT of JIAOTONGDENG ISTYPE STATES IS(S0,S1,S2,S3); -定義狀態(tài)SIGNAL S:STATES;SIGNAL AQ,AQQ,BQQ: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL CQ,CQQ,CQQQ: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL AARYG,AAARYG,BBRYG,BBBRYG:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);FUNCTION SAM (BIN:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0) -2位16進制轉(zhuǎn)2位BCD碼函數(shù)RETURN STD_LOGIC_VECTOR ISVARIABLE SBCD,ADDBCD :STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);VARIABLE N:INTEGER RANGE 0 TO 8;BEGINN:=0;SBCD:=00000000;IF BIN ADDBCD:=00000001; WHEN 1= ADDBCD:=00000010; WHEN 2= ADDBCD:=00000100; WHEN 3= ADDBCD:=00001000; WHEN 4= ADDBCD:=00010110; WHEN 5= ADDBCD:=00110010; WHEN 6= ADDBCD:=01100100; WHEN OTHERS= ADDBCD:=00000000; END CASE; SBCD:=SBCD+ADDBCD; IF SBCD(3 DOWNTO 0)1001 THEN -進行BCD碼加法調(diào)整 SBCD:=SBCD+0110; END IF;END IF;N:=N+1;EXIT WHEN N=8;END LOOP;RETURN SBCD;ELSE RETURN 00000000;END IF;END FUNCTION SAM;BEGINPROCESS(CP,RS,SPE)BEGINIF RS=1 THEN S=S0; AQ=X00; AARYG=100;BBRYG=100; AQQ=X00; BQQ=X00;ELSIF CP=1 AND CP EVENT THEN IF SPE=1 THEN AARYG=100;BBRYG=100; CQ=AQ;CQQ=AQQ;CQQQ0 THEN AQ=X00;AQQ=X00; BQQ=X00; ELSE AQ=CQ; AQQ=CQQ; BQQ IF AQ0 THEN AQ=AQ-1; AARYG=AAARYG;BBRYG=BBBRYG;AQQ=AQQ-1;BQQ=BQQ-1; ELSE AQ=X1D; S=S1; AARYG=100;BBRYG=001;AAARYG=100;BBBRYG=001;AQQ=X22; BQQ IF AQ0 THEN AQ=AQ-1; AARYG=AAARYG;BBRYG=BBBRYG; AQQ=AQQ-1; BQQ=BQQ-1; ELSE AQ=X04; S=S2; AARYG=100;BBRYG=010;AAARYG=100;BBBRYG=010;AQQ=X04;BQQ IF AQ0 THEN AQ=AQ-1; AARYG=AAARYG;BBRYG=BBBRYG;AQQ=AQQ-1;BQQ=BQQ-1; ELSE AQ=X31; S=S3; AARYG=001;BBRYG=100; AAARYG=001;BBBRYG=100;AQQ=X31; BQQ IF AQ0 THEN AQ=AQ-1; AARYG=AAARYG;BBRYG=BBBRYG;AQQ=AQQ-1; BQQ=BQQ-1; ELSE AQ=X04; S=S0; AARYG=010;BBRYG=100; AAARYG=010;BBBRYG=100;AQQ=X04;BQQ=X04; -轉(zhuǎn)次態(tài)S0,主黃支紅倒計5s END IF; END CASE; END IF; END IF;END PROCESS;PROCESS(AQQ,BQQ)BEGINEW=SAM(AQQ);SN=SAM(BQQ);END PROCESS;PROCESS(AARYG,BBRYG)BEGINEWRYG=AARYG;SNRYG CP, EW = EW, EWRYG = EWRYG, RS = RS, SN = SN, SNRYG = SNRYG, SPE = SPE ); STIMULUS0:process begin - insert stimulus here RS=1;WAIT FOR 2 NS; RS=0;SPE=0;WAIT FOR 1 NS; RS=0;SPE=1;WAIT FOR 1NS; RS=0;SPE=0;WAIT; END PROCESS; PROCESS BEGIN CP=0;WAIT FOR 5 NS; CP=1;WAIT FOR 5 NS; end process; WRITE_RESULTS( CP, EW, EWRYG, RS, SN, SNRYG, SPE );end architecture;本組交通燈通過LCD來顯示,具體的LCD模塊如下:-File name JTDLCD- 目的：在LCD上按格式顯示交通燈的2個2位BCD碼，紅綠黃-輸入：EW7.0、SN7.0 東西、南北向的2個2位BCD碼-EWRYG2.0、SNRYG2.0東西南北的紅綠燈信號，順序為紅黃綠-CPIN 時鐘脈沖輸入 按10MHz設(shè)計 ;復(fù)位R-注意：每個總線形式的輸入均為LOGIC_VECTOR形式，因此，相應(yīng)電路的輸出要定義為LOGIC-VECTOR 形式，整型形式不能使用。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,SN :IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); EWRYG,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 10; SIGNAL CPCT : INTEGER RANGE 0 TO 65535; SIGNAL CP: STD_LOGIC; SIGNAL ASCEW,ASCSN : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);beginPROCESS(CPIN,R)BEGINCLK=CPIN;IF R=1 THEN CPCT=65535;ELSIF CPIN=1 AND CPIN EVENT THEN IF CPCT=0 THEN CPCT=65535;CP=NOT CP; ELSE CPCTS2 - :Y: 轉(zhuǎn)S3- ;N; NULL-S2:給出STROBE信號。轉(zhuǎn)S1-S1,S2完成初始化固定顯示的功能PROCESS(CP,R)BEGINIF R=1 THEN S=S0;LCDPT=0;RST S=S1;LCDPT=0;RST RST=0;STROBE=0; IF BUSY=0 THEN LCDPT=LCDPT+1; IF LCDPT=5 THEN S=S3; ELSE S S=S1;STROBE STROBE=0; IF BUSY=0 THEN IF LCDPT=10 THEN LCDPT=5; ELSE LCDPT=LCDPT+1; END IF; S STROBE=1;S NULL; END CASE;END IF; END PROCESS;-選擇輸出進程(LCDPT)-LCDPT=0,NULL- =14 顯示EW SN E 45H,5 W57H,6 S53H,9 N4EH,10PROCESS(LCDPT)BEGINCASE LCDPT ISWHEN 0 = NULL;WHEN 1= DATA=01000101;ADDR=0101;OUTLINE DATA=01010111;ADDR=0110;OUTLINE DATA=01010011;ADDR=1001;OUTLINE DATA=01001110;ADDR=1010;OUTLINEDATA=0011&EW(7 DOWNTO 4);ADDR=0101;OUTLINEDATA=0011&EW(3 DOWNTO 0);ADDR=0110;OUTLINEDATA=ASCEW;ADDR=0100;OUTLINEDATA=0011&SN(7 DOWNTO 4);ADDR=1001;OUTLINEDATA=0011&SN(3 DOWNTO 0);ADDR=1010;OUTLINEDATA=ASCSN;ADDR=1000;OUTLINE NULL;END CASE;END PROCESS;PROCESS(EWRYG)BEGINCASE EWRYG ISWHEN 100 = ASCEW ASCEW ASCEW NULL;END CASE;END PROCESS;PROCESS(SNRYG)BEGINCASE SNRYG ISWHEN 100 = ASCSN ASCSN ASCSN NULL;END CASE;END PROCESS; end architecture JGT;仿真波形：交通燈控制電路原理圖： 心得體會 -黃義華 課程設(shè)計這段時間匆匆而過，在這充滿疲憊、焦慮、激情、愉悅等復(fù)雜心情的時間里，我學(xué)到了很多知識,從一個懵懵懂懂的門外漢,到初步掌握了altium designer在硬件開發(fā)方面的應(yīng)用,并且學(xué)會了用VHDL語言進行簡單的硬件程序描述的跨越，不僅開拓了自己的視野而且讓自己在動手能力上也有一定的收獲。第一周聽了周冰航老師的第一節(jié)課,可以說是從門縫里看到了一點點真理的影子,他教我們?nèi)绾螒?yīng)用altium designer這個軟件,以及一些應(yīng)用方面獨到的經(jīng)驗,對我們以后的設(shè)計起到了很大的作用。一節(jié)課下來，老師講了很多，其中有些我聽懂了，有些聽