EDA課程設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、安 徽 礦 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 課 程 設(shè) 計(jì)eda課程設(shè)計(jì) 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)l 姓 名：許朝亮l 專 業(yè): 應(yīng)用電子技術(shù) l 班 級(jí)：101l 課程設(shè)計(jì)題目：交通燈控制系統(tǒng)l 指 導(dǎo) 教 師：l 學(xué) 號(hào)：l 設(shè) 計(jì) 時(shí) 間：2012-01-（0411）- 36 -前言電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（eda）是近幾年迅速發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)軟件、硬件和微電子技術(shù)交叉形成的現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)，其含義已經(jīng)不局限在當(dāng)初的類似protel電路版圖設(shè)計(jì)自動(dòng)化的概念，目前eda技術(shù)更多的是指芯片內(nèi)的電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化。也就是說(shuō)，開發(fā)人員完全可以通過(guò)自己設(shè)計(jì)電路來(lái)定制其芯片內(nèi)部的電路功能，使之成為專用集成電路（asic）芯

2、片，這就是當(dāng)今的用戶可編程邏輯器件（pld）技術(shù)。目前，在世界范圍內(nèi)，可編程邏輯器件受到了業(yè)界的普遍歡迎，在近幾年得到了迅速的發(fā)展，其集成度和工作速度不斷提高，功能不斷完善，已經(jīng)成為當(dāng)今實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)集成化的重要工具。因此，eda技術(shù)勢(shì)必成為廣大電子信息工程技術(shù)人員必須掌握的技術(shù)，運(yùn)用eda技術(shù)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)也是一個(gè)電子工程師必備的技能。隨著交通工具的迅速發(fā)展，私家車輛是越來(lái)越多，道路已經(jīng)變得十分擁堵，因此這對(duì)那些十字路口的紅綠燈要求十分嚴(yán)格，紅綠燈能否正常運(yùn)行關(guān)系到交通事故和駕駛員、行人的生命安全，因此交通燈的設(shè)計(jì)將會(huì)變得十分嚴(yán)格，決不允許有半點(diǎn)的差錯(cuò)，這就要求設(shè)計(jì)人員具有崇高的電子信息工程技術(shù)

3、知識(shí)和設(shè)計(jì)思想，具有非常細(xì)心的設(shè)計(jì)態(tài)度。目錄1緒論- 1 1.1簡(jiǎn)介- 1 1.2eda 發(fā)展歷程- 1 1.3摘要- 1 2. quartusii6.0 的使用方法- 2 3. 交通燈的設(shè)計(jì)目的和要求- 19 3.1設(shè)計(jì)目的- 19 3.2設(shè)計(jì)要求- 19 4 交通的設(shè)計(jì)分析- 20 4.1 設(shè)計(jì)思路- 20 4.2整體設(shè)計(jì)方案框架圖- 21 4.3交通燈控制器狀態(tài)控制表- 21 4.4設(shè)計(jì)流程圖- 21 5 分頻模塊235.1 分頻模塊的功能- 23 5.2 分頻模塊的源程序- 23 5.3 分頻模塊的功能仿真圖- 24 6. 控制模塊246.1控制模塊功能- 24 6.2 控制模塊源程序

4、- 25 6.3 控制模塊功能仿真圖- 26 7. 選擇模塊- 26 7.1 選擇模塊的功能- 26 7.2 選擇模塊的源程序- 27 7.3 選擇程序的功能仿真圖- 29 8. led顯示模塊- 30 8.1 led顯示模塊的功能- 30 82 led顯示模塊的源程序- 30 8.3 led顯示模塊的功能仿真圖- 31 9. 頂層文件原理圖設(shè)計(jì)329.1頂層文件原理圖- 32 9.2 頂層原理圖的功能仿真波形圖- 33 10.交通燈的測(cè)試結(jié)果- 34 11.課程設(shè)計(jì)總結(jié)- 35 參考文獻(xiàn)- 36 1緒論1.1簡(jiǎn)介 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（electronic design automation ,e

5、da）技術(shù)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)工作平臺(tái)，以微電子技術(shù)為物理基礎(chǔ)，以現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)為靈魂，采用計(jì)算機(jī)軟件工具，最終實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉呻娐罚╝sica）的設(shè)計(jì)。eda技術(shù)的使用者包括兩類：一類是專用集成電路芯片的設(shè)計(jì)研發(fā)人員；另一類是廣大電子線路設(shè)計(jì)人員。eda技術(shù)可簡(jiǎn)單概括為以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計(jì)載體，通過(guò)硬件描述語(yǔ)言或邏輯圖輸入給相應(yīng)eda開發(fā)軟件，經(jīng)過(guò)編譯和仿真，最終將設(shè)計(jì)的電路下載到設(shè)計(jì)載體中，從而完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)的一門新技術(shù)。 1.2eda 發(fā)展歷程從目前的eda技術(shù)來(lái)看，其發(fā)展趨勢(shì)是政府重視，使用普及、應(yīng)用廣泛、工具多樣、軟件功能強(qiáng)大。隨著微電子技術(shù)與工具軟件的發(fā)展，eda技術(shù)的

6、硬件載體、軟件開發(fā)工具與設(shè)計(jì)輸入方式都發(fā)生了很大的變化。1.3摘要本課程設(shè)計(jì)側(cè)重于邏輯電路設(shè)計(jì)同時(shí)采用vhdl硬件描述語(yǔ)言輔助完成對(duì)十字路口交通燈電路的功能仿真。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，重點(diǎn)探討了交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和功能模塊的劃分，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題詳細(xì)進(jìn)行分析。系統(tǒng)主要由四個(gè)模塊組成： 分頻模塊、控制模塊、選擇模塊、數(shù)碼顯示模塊。關(guān)鍵詞：交通燈 功能模塊 vhdl語(yǔ)言2. quartusii6.0 的使用方法啟動(dòng)quartus ii6.0雙擊桌面上的quartus ii6.0圖標(biāo)或單擊“開始”按鈕并在程序菜單中選擇quartus ii6.0,可以啟動(dòng)quartus ii6.0.編輯文件（1）

7、單擊菜單欄中的filenew命令，打開“new”對(duì)話框，用于輸入文件類型。（2）單擊“new”對(duì)話框中的device design files選項(xiàng)卡，選擇輸入文件的類型。這里選擇“block diagram/schematic file”，選好后單擊“ok”按鈕，打開圖形編輯窗口。輸入原理圖（1）右擊鼠標(biāo)，彈出快捷菜單，點(diǎn)擊“insertsymbol”，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)輸入原理符號(hào)的窗口（2）右擊鼠標(biāo)，彈出快捷菜單，點(diǎn)擊“insertsymbol”，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)輸入原理符號(hào)的窗口。本實(shí)訓(xùn)中所用的原件74151、74161在othersmaxplus2庫(kù)中，輸入端口信號(hào)、輸出端口信號(hào)在primitive

8、spin中，電源信號(hào)（vcc）、接地信號(hào)（gnd）在primitivesother庫(kù)中。在畫連線時(shí)，把光標(biāo)置于端口處，當(dāng)出現(xiàn)十字形時(shí)按下左鍵進(jìn)行畫線。其余的操作與protel相似。（3）保存所建立的文件，將該文件保存到d盤design文件夾中，文件名為ex1-v。創(chuàng)建工程（1）打開創(chuàng)建工程向?qū)：?jiǎn)螕鬴ilenew preject wizard菜單，出現(xiàn)新建工程向?qū)У膶?duì)話框，b：?jiǎn)螕簟眓ex”按鈕，出現(xiàn)工程基本設(shè)置對(duì)話框。c：在最上面的輸入框中輸入工作庫(kù)文件夾的地址，這里用的地址是d:dsigns,單擊旁邊瀏覽按鈕，選擇所需的設(shè)計(jì)文件。d:輸入該工程的名稱，一般可以用頂層文件的名稱作為工程名稱

9、，這里的頂層文件名是ex1-v。最下面的文件名輸入框要求輸入頂層設(shè)計(jì)文件實(shí)體的名稱，這里頂層文件的實(shí)體的名稱也是ex1-v。單擊“打開”按鈕，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)工程設(shè)置完成對(duì)話框。（2）將設(shè)計(jì)文件加入工程中單擊“nex”按鈕，彈出添加文件對(duì)話框，將與本工程有關(guān)的文件加入，（3）選擇目標(biāo)芯片單擊“nex”按鈕，打開選擇目標(biāo)芯片的對(duì)話框，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)際需要選擇目標(biāo)芯片。首先在family欄選擇芯片系列，這里選擇cylone系列的ep1c3t144c8芯片。（4）選擇仿真器和綜合器類型.a:單擊“nex”按鈕，彈出選擇仿真器和綜合器對(duì)話框。b:單擊“nex”按鈕，彈出工程設(shè)置統(tǒng)計(jì)窗口。最后單擊“fini

10、sh”按鈕，結(jié)束設(shè)置。目標(biāo)芯片的配置。（1）選擇目標(biāo)芯片，單擊菜單欄中的assignmentsdevice命令，彈出一個(gè)對(duì)話框，選擇category下的device選項(xiàng)，然后在右側(cè)選擇目標(biāo)芯片ep1c3t144c8。（2）選擇目標(biāo)器件編程配置方式單擊“device& pin options.”按鈕進(jìn)入器件管腳操作對(duì)話框。首先選擇configuration方式為passive serial，這種方式可以直接由pc機(jī)配置。（3）選擇輸出配置單擊“programming files”選項(xiàng)卡，可以選“hexadecimal”，即產(chǎn)生下載文件的同時(shí)，產(chǎn)生十六進(jìn)制配置文件。（4）選擇目標(biāo)器件閑置引腳的狀態(tài)

11、單擊“unused pins”選項(xiàng)卡，可根據(jù)實(shí)際需要選擇目標(biāo)器件空閑管腳的狀態(tài)。編譯(1)編譯單擊菜單欄中的processingstart compilation命令，啟動(dòng)編譯(2)閱讀編譯報(bào)告編譯成功后可以看到編譯報(bào)告。仿真（1）建立波形文件仿真前必須建立波形文件。單擊filenew命令，打開文件選擇窗口，然后單擊“other files”選項(xiàng)卡，選擇其中的“vector waveform file”選項(xiàng)。（2）打開波形編譯器 單擊“ok”按鈕，即出現(xiàn)空白的波形編輯窗口（3）輸入信號(hào)節(jié)點(diǎn)。a: 單擊viewutility windowsnode finder 命令，打開輸入信號(hào)節(jié)點(diǎn)對(duì)話框。在

12、該對(duì)話框的filter欄中選pins:all,然后單擊“l(fā)ist”按鈕，在下方的“nodes found”列表框中會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)工程的所有端口引腳名。b:。用鼠標(biāo)輸入節(jié)點(diǎn),逐個(gè)拖到波形編輯窗口。然后單擊關(guān)閉按鈕，關(guān)閉“node finder”對(duì)話框。（4）編輯輸入波形分別給輸入管腳編輯波形，給輸入信號(hào)添加脈沖波形。（5）啟動(dòng)仿真及閱讀仿真報(bào)告單擊菜單欄中的processingstart simulation命令，即可啟動(dòng)仿真器，生成仿真波形圖。指定芯片管腳(1) 單擊菜單欄中的assignmentspin,打開芯片管腳編輯對(duì)話框。(2) 雙擊芯片的管腳，彈出“pin properties”對(duì)話框。

13、給管腳添加相應(yīng)的信號(hào)。3. 交通燈的設(shè)計(jì)目的和要求3.1設(shè)計(jì)目的(1)掌握數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程；（2）掌握利用原理圖與vhdl混合設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)的方法；（3）掌握交通燈的設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。3.2設(shè)計(jì)要求1、能顯示十字路口東西、南北兩個(gè)方向的紅、黃、綠燈的指示狀態(tài)，用兩組紅、黃、綠三色燈作為兩個(gè)方向的紅、黃、綠燈。2 、能實(shí)現(xiàn)正常的倒計(jì)時(shí)功能，用兩組數(shù)碼管作為東西、南北方向的倒計(jì)時(shí)顯示，顯示時(shí)間為紅燈45秒，綠燈40秒，黃燈5秒。3、能實(shí)現(xiàn)特殊狀態(tài)的功能。按s1鍵后，能實(shí)現(xiàn)以下特殊狀態(tài)：(1)顯示倒計(jì)時(shí)的兩組數(shù)碼管閃爍。(2)計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并保持在原來(lái)的狀態(tài)。(3)東西、南北路口均顯示紅燈狀態(tài)。(

14、4)特殊狀態(tài)解除后能繼續(xù)計(jì)數(shù)。4、能實(shí)現(xiàn)總體清零功能。按下sb鍵后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)總體清零，計(jì)數(shù)器由初狀態(tài)計(jì)數(shù)，對(duì)應(yīng)狀態(tài)的指示燈亮。5、用vhdl語(yǔ)言設(shè)計(jì)上述功能的交通燈控制器，并用層次化的方法設(shè)計(jì)該電路。6、完成電路全部設(shè)計(jì)后，通過(guò)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱下載嚴(yán)重所設(shè)計(jì)課題的正確性。4 交通的設(shè)計(jì)分析4.1 設(shè)計(jì)思路本實(shí)驗(yàn)中主要應(yīng)用了狀態(tài)機(jī)以及減法器的設(shè)計(jì)原理。在狀態(tài)連續(xù)變化的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)思想有利于提高設(shè)計(jì)效率，增加程序的可讀性，減少錯(cuò)誤的發(fā)生幾率。其中，主要模塊包括分頻模塊、控制模塊、選擇模塊、數(shù)碼顯示模塊。各個(gè)模塊先用eda技術(shù)中的vhdl語(yǔ)言編程仿真，再生成各個(gè)模塊的模擬元件，最后根據(jù)

15、設(shè)計(jì)連接電路生成頂層原理圖文件十字路口交通燈系統(tǒng)。4.2整體設(shè)計(jì)方案框架圖4.3交通燈控制器狀態(tài)控制表狀態(tài)主干道支干道時(shí)間/s1綠燈亮紅燈亮402黃燈亮紅燈亮53紅燈亮綠燈亮404紅燈亮黃燈亮54.4設(shè)計(jì)流程圖在程序流程圖中，ga、ra、ya表示a支路的綠燈、紅燈、黃燈，gb、rb、yb表示b支路的綠燈、紅燈、黃燈，s表示特殊功能按鍵，t表示計(jì)時(shí)的時(shí)間。5 分頻模塊5.1 分頻模塊的功能 該模塊的功能是將時(shí)間256分頻，得到占空比為1：256的方波。以達(dá)到將交通燈的電亮?xí)r間預(yù)置到分頻電路中。5.2 分頻模塊的源程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all

16、;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity m isport ( clk : in std_logic; - - 時(shí)鐘信號(hào)輸入端；d: out std_logic; sel: buffer std_logic_vector(2 downto 0);- -sel端輸出；end;architecture one of m issignal a : std_logic_vector(7 downto 0);- - 定義變量a；beginprocess(clk)beginif clk event and clk =1 then a=a+1;sel=sel+1;end

17、 if;- - 上升沿有效end process;dyyy=0000;end case; end process;end;6.3 控制模塊功能仿真圖說(shuō)明：由上圖得到sel的8個(gè)數(shù)，在這里分成了000，001和others三種結(jié)果，分別控制shi，ge和清零的三種狀態(tài)。7. 選擇模塊7.1 選擇模塊的功能該模塊為整個(gè)程序的核心，它實(shí)現(xiàn)東西和南北方向的三種交通燈顏色的交替點(diǎn)亮、時(shí)間的倒計(jì)時(shí)。7.2 選擇模塊的源程序library ieee; use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity xuanze ispor

18、t(clk,clr:in std_logic;- -時(shí)鐘和清零信號(hào)的輸入；dx,nb:out std_logic_vector(2 downto 0);shi1,ge1:out std_logic_vector(3 downto 0) );end;architecture ad of xuanze issignal shi,ge:std_logic_vector(3 downto 0);- - 十位，個(gè)位的定義；type fsm_st is (s1,s0,s2,s3);signal state :fsm_st;beginprocess(clk,clr)beginif clr=1then sta

19、te=s0;ge=0000;shidx=100;nb=001;if ge=0000 then if shi=0000 then state=s1;ge=0101;shi=0000;else shi=shi-1;ge=1001;end if;else gedx=100;nb=010;if ge=0000 then if shi=0000 then state=s2;ge=0000;shi=0100;else shi=shi-1;ge=0000;end if;else gedx=001;nb=100;if ge=0000 then if shi=0000 then state=s3;ge=0101

20、;shi=0000;else shi=shi-1;ge=1001;end if;else gedx=010;nb=100;if ge=0000 then if shi=0000 then state=s0;ge=0000;shi=0100;else shi=shi-1;ge=0101;end if;else ge=ge-1;end if;end case;end if;shi1=shi;ge1yyyyyyyyyyyyyyyy=01000000;end case; end process; end;8.3 led顯示模塊的功能仿真圖說(shuō)明：當(dāng)由上面的程序確定q值時(shí)，顯示模塊通過(guò)判斷q值，把對(duì)應(yīng)的值

21、賦值給y，由數(shù)碼管輸出可以看到的數(shù)字。9. 頂層文件原理圖設(shè)計(jì)9.1頂層文件原理圖9.2 頂層原理圖的功能仿真波形圖圖1：說(shuō)明：圖1顯示的是nb=010，dx=100時(shí)，sel控制的是十位數(shù)為4，個(gè)位數(shù)為0；由圖可以看到sel=001時(shí)，y=01100110；led數(shù)碼管顯示的是40的數(shù)字，圖2：說(shuō)明：圖2顯示的是nb=001，dx=100時(shí)，sel控制的是個(gè)位為5，十位數(shù)為0；由圖可以看到sel=000時(shí)，y=01101101；led數(shù)碼管顯示的是05的數(shù)字。 10.交通燈的測(cè)試結(jié)果 經(jīng)過(guò)測(cè)試得到如下結(jié)論： 當(dāng)東西方向亮紅燈時(shí)，南北方向同時(shí)亮燈；南北方向黃綠燈交替點(diǎn)亮，紅燈45秒倒計(jì)時(shí)，黃燈

22、5秒倒計(jì)時(shí)之后，綠燈40秒倒計(jì)時(shí)；當(dāng)兩個(gè)方向的數(shù)碼管同時(shí)為零時(shí)，南北方向亮紅燈，東西方向同時(shí)亮燈；東西方向黃綠燈交替點(diǎn)亮，紅燈45秒倒計(jì)時(shí)，黃燈5秒倒計(jì)時(shí)之后，綠燈40秒倒計(jì)時(shí)；當(dāng)兩個(gè)方向的數(shù)碼管同時(shí)為零時(shí)；重復(fù)上述過(guò)程，當(dāng)clk信號(hào)不斷輸出時(shí)，結(jié)果無(wú)限循環(huán)下去。說(shuō)明本程序能完成交通燈的基本工作。11.課程設(shè)計(jì)總結(jié)一周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，更加熟悉quartus ii6.0的使用方法和vhdl硬件描述語(yǔ)言的特點(diǎn)，使我的理論知識(shí)掌握得更扎實(shí)，動(dòng)手能力明顯提高。我們小組一共9個(gè)人，我們采取分工去完成任務(wù)，兩個(gè)人一小組，我主要負(fù)責(zé)顯示模塊這方面。我們通過(guò)分工協(xié)作，最后一起共同完成了這次課程設(shè)計(jì)任務(wù)，這次課程設(shè)計(jì)促進(jìn)了我們小組分工和協(xié)作的能力，組與組之間相互討論，形成最終的結(jié)果。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們有遇到過(guò)困難，我們課間、晚上的時(shí)間通過(guò)上網(wǎng)搜索，查找資料解決困難，有時(shí)真無(wú)法解決的就請(qǐng)教老師。在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們學(xué)會(huì)了利用許多方法解決所遇到的困難。這次設(shè)計(jì)，讓我感受最深的是：在設(shè)計(jì)的階段遇到的問(wèn)題，我們一定要細(xì)心，有時(shí)一個(gè)程序就因?yàn)闃?biāo)點(diǎn)符號(hào)的不對(duì)，導(dǎo)致程序編譯不成功，其次，要具備檢查、排除故障的能力。這次課程設(shè)計(jì)，我深刻認(rèn)識(shí)到了“理論聯(lián)系實(shí)際”的這句話的重要性與真實(shí)性。平常的我們也在機(jī)房進(jìn)行練習(xí)，但那時(shí)的我就純粹為了敲一個(gè)程序，照書抄