基于FPGA設(shè)計(jì)交通燈

1、fpga課程設(shè)計(jì) 交通燈控制器通信工程學(xué)院電科0701班羅超（17）第一部分 技術(shù)規(guī)范 1.1功能描述：實(shí)現(xiàn)一個由一條主干道和一條支干道的匯合點(diǎn)形成的十字路口的交通燈控制器，具體功能：(1) 主、支干道各設(shè)有一個綠、黃、紅指示燈，兩個顯示數(shù)碼管。(2) 主干道處于長允許通行狀態(tài)，而支干道有車來時才允許通行。當(dāng)主干道允許通行亮綠燈時，支干道亮紅燈。而支干道允許通行亮綠燈時，主干道亮紅燈。(3) 當(dāng)主干道、支干道均有車時，兩者交替允許通行，主干道每次通行45 秒，支干道每次通行25 秒，在每次由綠燈向紅燈轉(zhuǎn)換的過程中，要亮5 秒的黃燈作為過渡，并進(jìn)行減計(jì)時顯示。每個周期結(jié)束時都要進(jìn)行支干道是否有車

2、的檢測，若有車則進(jìn)行下一個周期，若沒有，則主干道亮綠燈，支干道亮紅燈，直到檢測到支干道有車。1.2系統(tǒng)總體框圖：根據(jù)設(shè)計(jì)要求和系統(tǒng)所具有的功能，并參考相關(guān)的文獻(xiàn)資料，經(jīng)行方案設(shè)計(jì)，可以畫出如下圖所示的交通信號燈控制器的系統(tǒng)框圖。時鐘分頻模塊交通燈控制模塊 掃描顯示譯碼模塊clkrstcarsignal計(jì)時模塊數(shù)碼管段碼sel數(shù)碼管位碼segled燈i/o管腳的描述名稱方向電平位寬功能 clkinput3.3v1系統(tǒng)時鐘信號（10khz）carsignal input3.3v1檢測支路是否有車rst input3.3v1復(fù)位信號led output3.3v6led燈sel output3.3v7

3、數(shù)碼管段碼 seg output3.3v4數(shù)碼管位碼 表一：系統(tǒng)總體i/o管腳的描述注：其中系統(tǒng)時鐘的頻率選為10khz，復(fù)位采取同步復(fù)位方式，且低有效。支干道檢測到有車時， carsignal=1；否則，carsignal=0。方案核心：在交通燈控制器的設(shè)計(jì)中，交通燈控制及計(jì)時模塊是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵模塊。第二部分總體設(shè)計(jì)方案交通燈2.1系統(tǒng)詳細(xì)框圖：在系統(tǒng)總體框圖的基礎(chǔ)上進(jìn)一步詳細(xì)設(shè)計(jì)，得到如下系統(tǒng)詳細(xì)框圖。rstled燈carsignalclk顯示控制單元定時模塊顯示單元交通燈控制模塊時鐘分頻模塊譯碼單元數(shù)碼管顯示 圖三：系統(tǒng)詳細(xì)框圖注：系統(tǒng)總體i/o管腳描述請查看技術(shù)規(guī)范。2.2具體模塊設(shè)計(jì)

4、1.時鐘分頻模塊系統(tǒng)的動態(tài)掃描需要10khz的脈沖，而系統(tǒng)時鐘計(jì)時模塊需要1hz的脈沖。分頻模塊主要為系統(tǒng)提供所需的時鐘計(jì)時脈沖。該模塊將10khz的脈沖信號進(jìn)行分頻，產(chǎn)生1s的方波（占空比為50%），作為系統(tǒng)時鐘計(jì)時信號。clk時鐘分頻模塊rstclk_out 圖四：時鐘分頻模塊框圖i/o管腳描述如下：名稱方向電平位寬功能clkinput3.3v1系統(tǒng)時鐘（10khz）rstinput3.3v1復(fù)位信號clk_outoutput3.3v1分頻后時鐘信號（1hz） 表二：時鐘分頻模塊i/o端口描述注：系統(tǒng)時鐘的頻率為10khz，分頻后的時鐘信號為1hz（占空比為50%）。復(fù)位信號為同步復(fù)位，且

5、低有效。2.交通燈控制及計(jì)時模塊控制模塊jtdkzh：根據(jù)主干道、支干道輸入信號以及時鐘信號clk，發(fā)出主、支干道指示燈的控制信號，同時向各個定時單元、顯示控制單元發(fā)出使能控制信號產(chǎn)生系統(tǒng)的狀態(tài)機(jī)，控制其他部分協(xié)調(diào)工作。計(jì)時模塊分別實(shí)現(xiàn)45s,25s,5s的定時，根據(jù)主、支干道輸入信號和時鐘信號以及交通燈控制器發(fā)出的使能信號按要求進(jìn)行定時用來設(shè)定主干道和支干道計(jì)時器的初值，并為掃描顯示譯碼模塊提供倒計(jì)時時間?？刂颇K采用狀態(tài)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以定義出5種狀態(tài)，分別為s0:主干道綠燈，支干道紅燈且沒有車輛行駛；s1:主干道綠燈，支干道紅燈且支干道有車輛駛?cè)?；s2:主干道黃燈，支干道紅燈；s3:主干道

6、紅燈，支干道綠燈；s4:主干道紅燈，支干道黃燈。利用case語句定義狀態(tài)的轉(zhuǎn)換方式及時間的變換方式，達(dá)到主干道綠燈亮45秒，支干道綠燈亮25秒，黃燈亮5秒的設(shè)計(jì)要求。clk_outcarsignalrstled交通燈控制模塊count_h_1count_l_1count_h_2count_h_2圖五：交通燈控制及計(jì)數(shù)模塊i/o管腳描述如下：名稱方向電平位寬功能clk_outinput3.3v1分頻后時鐘信號（1hz）rstinput3.3v1復(fù)位信號（同步復(fù)位）carsignalinput3.3v1檢測信號（低有效）count_h_1output3.3v4主干道時間高位譯碼count_l_1o

7、utput3.3v4主干道時間低位譯碼count_h_2output3.3v4支干道時間高位譯碼count_l_2output3.3v4支干道時間低位譯碼ledoutput3.3v6led燈 表三：交通燈控制模塊i/o端口描述 系統(tǒng)的狀態(tài)圖如下所示carsignal =0 s0 s3carsignal =1 s1 s2 s0:主干道綠燈，支干道紅燈s1:主干道黃燈，支干道紅燈s2:主干道紅燈，支干道綠燈s3:主干道紅燈，支干道黃燈3.掃描顯示譯碼模塊掃描顯示譯碼模塊可以根據(jù)控制信號，驅(qū)動交通信號燈以及倒計(jì)時數(shù)碼管的顯示，其中數(shù)碼管的顯示采用動態(tài)掃描顯示。rstclksegsel掃描顯示譯碼模塊

8、count_h_1count_l_1count_h_2count_h_2 圖六：掃描顯示譯碼模塊框圖該模塊的i/o管腳描述如下：名稱方向電平位寬功能clkinput3.3v1系統(tǒng)時鐘信號（10khz）rstinput3.3v1復(fù)位信號（低有效）count_h_1input3.3v4主干道時間高位譯碼count_l_1input3.3v4主干道時間低位譯碼count_h_2input3.3v4支干道時間高位譯碼count_l_2input3.3v4支干道時間低位譯碼seloutput3.3v7數(shù)碼管段碼segoutput3.3v3數(shù)碼管位碼表四：掃描顯示譯碼模塊i/o端口描述第三部分仿真結(jié)果 m

9、odelsim 前仿真 quartus2后仿真第四部分 源代碼分頻模塊：module fenpinqi(clk,rst,clk_odd);input clk,rst;output clk_odd;reg clk_odd;reg13:0 count;parameter n = 10;always (posedge clk)if(! rst)begin count <= 1'b0;clk_odd <= 1'b0;endelse if ( count < n/2-1)begin count <= count + 1'b1; endelsebegin c

10、ount <= 1'b0;clk_odd <= clk_odd; endendmodule控制及計(jì)時模塊：modulecontrol(led,car,rst,clk,count_h_1,count_l_1,count_h_2,count_l_2);output3:0count_h_1,count_l_1,count_h_2,count_l_2;output 5:0led;input clk,rst,car;reg 5:0 led;reg3:0count_h_1,count_l_1,count_h_2,count_l_2;reg 1:0state;parameter s0=2

11、'b00, s1=2'b01, s2=2'b10, s3=2'b11; always(posedge clk or negedge rst)if(!rst)beginled=6'b010100;state=s0;count_h_1=4'b0000;count_l_1=4'b0000; count_h_2=4'b0000;count_l_2=4'b0000; end else begincase(state)s0:beginbeginif(!car)begin led=6'b010100; /count_h_1=4&

12、#39;b0100;count_l_1=4'b0101;/? count_h_1=4'b0111;count_l_1=4'b0111; end else begin if(count_h_1 = 4'b0111) begin count_h_1=4'b0100;count_l_1=4'b0101; count_h_2=4'b0101;count_l_2=4'b0000; end else if(count_l_1=0) if(count_h_1=0) begin led=6'b001100; count_h_1=4'

13、;b0000;count_l_1=4'b0100; state<=s1; if(count_l_2=0) begin count_h_2<=count_h_2-1'b1; count_l_2<=4'b1001; end elsebegin count_l_2<=count_l_2-1'b1;end end else begin count_h_1<=count_h_1-1'b1; count_l_1<=4'b1001; if(count_l_2=0) begin count_h_2<=count_h_2-

14、1'b1; count_l_2<=4'b1001; end elsebegin count_l_2<=count_l_2-1'b1; end end elsebegin count_l_1<=count_l_1-1'b1; if(count_l_2=0) begin count_h_2<=count_h_2-1'b1; count_l_2<=4'b1001; end elsebegin count_l_2<=count_l_2-1'b1; end end end end /* begin if(!car

15、) begin count_h_2=4'b0101;count_l_2=4'b0000; end elseif(count_l_2=0) begin count_h_2<=count_h_2-1'b1; count_l_2<=4'b1001;end elsebegin count_l_2<=count_l_2-1'b1; end end */end /* if(count_l_1=0) begin if(count_h_1=0) begin led=6'b001100; count_h_1=4'b0000;count_l

16、_1=4'b0100; state<=s1; endelse begin count_h_1<=count_h_1-1'b1;count_l_1<=4'b1001; endend elsebegin count_l_1<=count_l_1-1'b1;end if(!car) begin count_h_2=4'b0101;count_l_2=4'b0000; end else if(count_l_2=0) begin count_h_2<=count_h_2-1'b1; count_l_2<=4&#

17、39;b1001; end else begin count_l_2<=count_l_2-1'b1; end s1: beginif(count_l_1=0)begin if(count_h_1=0) begin led=6'b100010; count_h_1=4'b0010;count_l_1=4'b1001; count_h_2=4'b0010;count_l_2=4'b0100; state<=s2; endelsebegin count_h_1<=count_h_1-1'b1; count_h_2<=c

18、ount_h_2-1'b1; endendelsebegin count_l_1<=count_l_1-1'b1; count_l_2<=count_l_2-1'b1; end end s2:begin if(count_l_2=0) begin if(count_h_2=0) begin led=6'b100001; count_h_2=4'b0000;count_l_2=4'b0100; state<=s3; elsebegin count_h_2<=count_h_2-1'b1; count_l_2=4

19、9;b1001; end end else begincount_l_2<=count_l_2-1'b1;end if(count_l_1=0) begin begin count_h_1<=count_h_1-1'b1; count_l_1=4'b1001; end endelse begin count_l_1<=count_l_1-1'b1; end end s3:begin if(count_l_2=0) begin if(count_h_2=0) begin led=6'b010100; count_h_1=4'b01

20、00;count_l_1=4'b1001; count_h_2=4'b0100;count_l_2=4'b0100; state<=s0; end elsebegin count_h_1<=count_h_1-1'b1; count_h_2<=count_h_2-1'b1; end end else begin count_l_1<=count_l_1-1'b1; count_l_2<=count_l_2-1'b1; end endcaseend endmodule掃描譯碼顯示模塊：modulesaomiao

21、(rst,clk,count_h_1,count_l_1,count_h_2,count_l_2,sel,seg);input rst,clk;input3:0count_h_1,count_l_1,count_h_2,count_l_2;output 6:0sel;output 3:0seg;reg 6:0sel;reg 3:0seg;reg 15:0 count;reg 1:0 cnt; reg 3:0 data; reg clk_odd;always(posedge clk or negedge rst) begin if(!rst)begincount<=0; clk_odd&l

22、t;=0;end else if(count=16'd2) begin clk_odd<=clk_odd; count<=0; end else count<=count+1'b1; end always (negedge rst or posedge clk_odd)/?1msif (!rst)begincnt<=2'b00;endelse cnt<=cnt+1'b1; always(negedge rst or posedge clk) if(!rst) begin/ sel = 7'b0000000 ;seg = 4&

23、#39;b1111 ;endelse begincase (cnt)2'b00: beginseg =4'b1110 ; data=count_h_1;end 2'b01: begiseg= 4'b1101 ;/ ?data=count_l_1; end 2'b10:begin / ? seg= 4'b1011 ; data=count_h_2; end 2'b11: begin/ ? seg= 4'b0111 ; data=count_l_2;end default : begin / sel = 8'b0000000

24、;seg = 4'b0000 ;endendcaseendalways (data or seg)begincase(data)4'b0000:sel=7'b1111110;4'b0001:sel=7'b0110000;4'b0010:sel=7'b1101101;4'b0011:sel=7'b1111001;4'b0100:sel=7'b0110011;4'b0101:sel=7'b1011011;4'b0110:sel=7'b1011111;4'b0111:sel

25、=7'b1110000;4'b1000:sel=7'b1111111;4'b1001:sel=7'b1111011;default:sel=7'b1111110; endcaseend endmodule頂層模塊： module jiaotongdeng(clk,rst,car,led,sel,seg,count_h_1,count_l_1,count_h_2,count_l_2,clk_odd);input clk,rst,car;output 3:0 seg;output 6:0 sel;output 5:0 led;output 3:0count_h_1,count_l_1,count_h_2,count_l_2;output clk_odd;wire 3:0count_h_1,count_l_1,count_h_2,count_l_2;wire clk_odd;saomiao ee(rst,clk_odd,count_h_1,count_l_1,count_h_2,count_l_2,sel,seg);control rr(led,car,rst,clk_odd,cou