交通燈數(shù)電課程設(shè)計

1、20132014學(xué)年第三學(xué)期數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書（適用專業(yè)：電氣12級、自動化12級、勘查（卓越）12級） 專業(yè)班級 姓 名 學(xué) 號 開課系室 設(shè)計日期 一、設(shè)計任務(wù)及要求1、設(shè)計任務(wù)及原理：交通燈的顯示有很多方式，如十字路口、丁字路口等，而對于同一個路口又有很多不同的顯示要求，比如十字路口，車輛如果只要東西和南北方向通行就很簡單，而如果車子可以左右轉(zhuǎn)彎的通行就比較復(fù)雜。要完成本實(shí)驗，首先必須了解交通路燈的燃滅規(guī)律。本實(shí)驗需要用到實(shí)驗箱上交通燈模塊中的發(fā)光二極管，即紅、黃、綠各四個。依人們的交通常規(guī)，“紅燈停，綠燈行，黃燈提醒”。其交通燈的燃滅規(guī)律為：東西路口的綠燈亮，南北路口的紅燈亮，

2、東西方向通車，延時一段時間后，東西路口綠燈閃爍，紅燈亮（表示左轉(zhuǎn)彎），再延時一段時間后，黃燈開始閃爍。閃爍若干次后，東西路口紅燈亮，而同時南北路口的綠燈亮，南北方向開始通車，延時一段時間后，南北路口的綠燈閃爍，紅燈亮（表示左轉(zhuǎn)彎），再延時一段時間后，黃燈開始閃爍。閃爍若干次后，再切換到東西路口方向，重復(fù)上述過程。在實(shí)驗中使用4個七段碼管中的任意兩個數(shù)碼管顯示時間。東西路和南北路的通車時間均設(shè)定為20s（其中，綠燈亮?xí)r間為10s，綠燈閃爍時間為5s，黃燈閃爍時間為5s）。數(shù)碼管的時間總是顯示為20、19、18、172、1、0、20、19、18。在顯示時間小于等于5秒的時候，通車方向的黃燈閃爍。在

3、東西向綠燈期間，點(diǎn)陣顯示自己的姓名；在南北向綠燈期間，點(diǎn)陣顯示自己的學(xué)號后3位。2、擴(kuò)展要求：a.利用一個開關(guān)將0-20s擴(kuò)展為0-30s（30-10s之間綠燈亮，其他與基本要求相同）；b.增加交警控制模塊：用一個開關(guān)切換自動模式（上述情況屬于自動模式）和人工模式（交警控制模式）：用4個開關(guān)分別實(shí)現(xiàn)東西向通行（東西向綠燈亮，南北向紅燈亮，沒有時間限制），實(shí)現(xiàn)南北向通行（南北向綠燈亮，東西向紅燈亮，沒有時間限制），實(shí)現(xiàn)東西向左轉(zhuǎn)彎（東西向綠燈閃爍，東西向紅燈亮，南北向紅燈亮，沒有時間限制），實(shí)現(xiàn)南北向通行（南北向綠燈閃爍，南北向紅燈亮，東西向紅燈亮，沒有時間限制）。3、具體要求：本實(shí)驗要完成任務(wù)

4、就是設(shè)計一個簡單的交通燈控制器，交通燈顯示用實(shí)驗箱的交通燈模塊和七段碼管中的任意兩個來顯示。系統(tǒng)時鐘選擇時鐘模塊的50MHz時鐘，黃燈和綠燈閃爍時鐘要求為2Hz，七段碼管的時間顯示為1Hz脈沖，即每1s中遞減一次。在東西向綠燈期間，點(diǎn)陣顯示自己的姓名；在南北向綠燈期間，點(diǎn)陣顯示自己的學(xué)號后3位。顯示方式：1秒顯示一個漢字或者一個數(shù)字（漢字和數(shù)字均靜止不動，即不循環(huán)），然后全暗1秒，然后再顯示一個漢字或者一個數(shù)字，以此類推。二、輸入輸出資源說明：1、外部輸入脈沖信號時鐘源CP（50MHz），經(jīng)適當(dāng)分頻后供計數(shù)器使用。2、輸出2組顯示譯碼信號（每組7個輸出端），分別接到外部的兩個七段數(shù)碼管M1、M

5、2上，M1和M2分別顯示倒計時的十位和個位。3、輸出6個高低電平信號，分別接到外部的6個指示縱向、橫向的LED燈。（輸出高電平時，對應(yīng)的LED燈亮）其具體框圖如下：1Hz縱向指示燈LED1控制器計數(shù)器（倒計時；通車時間倒計時）七段LED數(shù)碼管顯示（2個）50MHz縱向指示燈LED3橫停指示燈LED6縱向指示燈LED2橫向指示燈LED5橫向指示燈LED4CLK顯示姓名或者學(xué)號圖1 交通燈控制電路結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)如上說明，本設(shè)計的主要任務(wù)和設(shè)計要求是：1、按照現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的Top-Down模塊化設(shè)計方法，提出交通燈控制電路設(shè)計系統(tǒng)的整體設(shè)計方案，并進(jìn)行正確的功能劃分，分別提出并實(shí)現(xiàn)控制器、計數(shù)器、輸出

6、譯碼、點(diǎn)陣顯示等模塊化子系統(tǒng)的設(shè)計方案。2、在Quartus的EDA設(shè)計環(huán)境中，完成系統(tǒng)的頂層設(shè)計、各子系統(tǒng)的模塊化設(shè)計。分別完成各個基于Verilog語言實(shí)現(xiàn)的子模塊（包括控制器電路、計數(shù)器電路、輸出譯碼電路、點(diǎn)陣顯示電路）的邏輯功能仿真。最后對頂層設(shè)計進(jìn)行功能仿真。 3、在2步的基礎(chǔ)上，用下載電纜通過JTAG口將對應(yīng)的sof文件加載到FPGA中。觀察實(shí)驗結(jié)果是否與自己的編程思想一致。三、電路子模塊的設(shè)計與仿真 根據(jù)設(shè)計要求及原理，我所設(shè)計的交通燈控制電路主要包含四個子模塊，分別是：分頻器、倒計時計數(shù)器、點(diǎn)陣顯示器、控制器。1、分頻器1）Verilog 源文件module fenpinqi(

7、clk,clk1,clk2,clk1000);input clk;output clk1,clk2,clk1000;reg 31:0cnt1,cnt2,cnt3;reg clk1,clk2,clk1000;initialbegin clk1=0; clk2=0; clk1000=0; cnt1=0; cnt2=0; cnt3=0;endalways(posedge clk) begin if(cnt1=24999999)beginclk1<=clk1;cnt1<=0;endelse begin cnt1<=cnt1+1; endif(cnt2=12499999)begincl

8、k2<=clk2;cnt2<=0;endelse begin cnt2<=cnt2+1; endif(cnt3=24999)beginclk1000<=clk1000;cnt3<=0;endelse begin cnt3<=cnt3+1; endendendmodule2）仿真文件3）功能仿真波形1hz和2hz的頻率過低，無法仿真。2、倒計時計數(shù)器1）Verilog 源文件module daojishi(clk1,k,seq1,seq2,ji,out);/ji記錄循環(huán)次數(shù)，out輸出二進(jìn)制秒數(shù)input clk1,k;output6:0 seq1,seq2;

9、output ji;output4:0out;reg6:0 seq1,seq2;reg ji;reg4:0out;parameter Num1=20;parameter Num2=30;integer cnt;initial cnt=0;integer cnt1;initial cnt1=0;always(posedge clk1)begin if(k=0) begin if(cnt=0) begin cnt<=20; cnt1=cnt1+1; end else begin cnt=cnt-1; end end else if(cnt=0) begin cnt<=30; cnt1=

10、cnt1+1; end else begincnt=cnt-1; endendalways(cnt)begincase(cnt%10)0:seq1=7'b0000001;1:seq1=7'b1001111;2:seq1=7'b0010010;3:seq1=7'b0000110;4:seq1=7'b1001100;5:seq1=7'b0100100;6:seq1=7'b0100000;7:seq1=7'b0001111;8:seq1=7'b0000000;9:seq1=7'b0000100;endcaseendalw

11、ays(cnt)begincase(cnt-(cnt%10)/10)0:seq2=7'b0000001;1:seq2=7'b1001111;2:seq2=7'b0010010;3:seq2=7'b0000110;4:seq2=7'b1001100;5:seq2=7'b0100100;6:seq2=7'b0100000;7:seq2=7'b0001111;8:seq2=7'b0000000;9:seq2=7'b0000100;endcaseendalways(cnt)beginout=cnt;/shuendalway

12、s(cnt1)begincase(cnt1%2)0:ji=0;/oushu1:ji=1;/jishuendcaseendendmodule2）仿真文件3）功能仿真波形3、點(diǎn)陣顯示器1）Verilog源文件input clk1000,we,ns,k;input4:0shu;output 15:0 r,c;reg15:0 r,c;integer cnt1;initial cnt1=0;always(posedge clk1000)begincnt1=cnt1+1;if(k=0)beginif(we=0)beginif(shu=20|shu=14)/史beginif (cnt1%16=0)begin

13、c=16'b0000000100000000; r=16'b0111111111111111;end else if(cnt1%16=1) beginc=16'b0000000100000000;r=16'b1011111111111111; endelse if(cnt1%16=2) beginc=16'b0011111111111000;r=16'b1101111111111111;endelse if(cnt1%16=3)beginc=16'b0010000100001000;r=16'b1110111111111111;e

14、ndelse if(cnt1%16=4)beginc=16'b0010000100001000;r=16'b1111011111111111;endelse if(cnt1%16=5)beginc=16'b0010000100001000;r=16'b1111101111111111;end else if(cnt1%16=6)beginc=16'b0010000100001000;r=16'b1111110111111111;end else if(cnt1%16=7)beginc=16'b0011111111111000;r=16&#

15、39;b1111111011111111;endelse if(cnt1%16=8)beginc=16'b0000000100000000;r=16'b1111111101111111;endelse if(cnt1%16=9)beginc=16'b0001000100000000;r=16'b1111111110111111;end else if(cnt1%16=10)beginc=16'b0000101000000000;r=16'b1111111111011111;end else if(cnt1%16=11)beginc=16'

16、b0000011000000000;r=16'b1111111111101111;end else if(cnt1%16=12)beginc=16'b0000100110000000;r=16'b1111111111110111;endelse if(cnt1%16=13)beginc=16'b0001000001100000;r=16'b1111111111111011;endelse if(cnt1%16=14)beginc=16'b0010000000011000;r=16'b1111111111111101;endelsebegi

17、nc=16'b1100000000000111;r=16'b1111111111111110; end endelse if(shu=18|shu=12)/育beginif (cnt1%16=0) beginc=16'b0000000100000000;r=16'b011111111111111111； endelse if(cnt1%16=1)beginc=16'b0000000010000000;r=16'b1011111111111111;endelse if(cnt1%16=2)beginc=16'b011111111111111

18、1;r=16'b1101111111111111;endelse if(cnt1%16=3)begin module xianshi(shu,clk1000,we,ns,k,r,c);c=16'b0000010000000000;r=16'b1110111111111111;endelse if(cnt1%16=4)beginc=16'b0000100000001000;r=16'b1111011111111111;endelse if(cnt1%16=5)beginc=16'b0001111111111100;r=16'b1111101

19、111111111;endelse if(cnt1%16=6)beginc=16'b0000000000000100;r=16'b1111110111111111;endelse if(cnt1%16=7)beginc=16'b0000111111111000;r=16'b1111111011111111;endelse if(cnt1%16=8)beginc=16'b0000100000001000;r=16'b1111111101111111;endelse if(cnt1%16=9)beginc=16'b00001111111110

20、00;r=16'b1111111110111111;endelse if(cnt1%16=10)beginc=16'b0000100000001000;r=16'b1111111111011111;endelse if(cnt1%16=11)beginc=16'b0000111111111000;r=16'b1111111111101111;endelse if(cnt1%16=12)beginc=16'b0000100000001000;r=16'b1111111111110111;endelse if(cnt1%16=13)begin

21、c=16'b0000100000001000;r=16'b1111111111111011;endelse if(cnt1%16=14)beginc=16'b0000100000101000;r=16'b1111111111111101;endelse beginc=16'b0000100000010000;r=16'b1111111111111110;endendelse if(shu=16)/銘beginif (cnt1%16=0)beginc=16'b0000100000100000;r=16'b01111111111111

22、11; endelse if(cnt1%16=1)beginc=16'b0000100000100000;r=16'b1011111111111111;endelse if(cnt1%16=2)beginc=16'b0001111001111110;r=16'b1101111111111111;endelse if(cnt1%16=3)beginc=16'b0001000010000010;r=16'b1110111111111111;endelse if(cnt1%16=4)beginc=16'b0010000101000100;r=1

23、6'b1111011111111111;endelse if(cnt1%16=5)beginc=16'b0101111000101000;r=16'b1111101111111111;endelse if(cnt1%16=6)beginc=16'b0000100000010000;r=16'b1111110111111111;endelse if(cnt1%16=7)beginc=16'b0000100000100000;r=16'b1111111011111111;endelse if(cnt1%16=8)beginc=16'b

24、0111111001000000;r=16'b1111111101111111;endelse if(cnt1%16=9)beginc=16'b0000100011111110;r=16'b1111111110111111;endelse if(cnt1%16=10)beginc=16'b0000100101000010;r=16'b1111111111011111;endelse if(cnt1%16=11)beginc=16'b0000100001000010;r=16'b1111111111101111;endelse if(cnt

25、1%16=12)beginc=16'b0000101001000010;r=16'b1111111111110111;endelse if(cnt1%16=13)beginc=16'b0000110001000010;r=16'b1111111111111011;endelse if(cnt1%16=14)beginc=16'b0000100001111110;r=16'b1111111111111101;endelsebeginc=16'b0000000001000010;r=16'b1111111111111110;end e

26、nd else/暗 beginc=16'b0000000000000000;r=16'b1111111111111111;endendendif(ns=1)beginif(shu=20|shu=14)/4beginif (cnt1%16=0)beginc=16'b0000000001100000;r=16'b0111111111111111;endelseif(cnt1%16=1)beginc=16'b0000000011100000;r=16'b1011111111111111;endelse if(cnt1%16=2)beginc=16

27、9;b0000000110110000;r=16'b1101111111111111;endelse if(cnt1%16=3)beginc=16'b0000001100110000;r=16'b1110111111111111;endelse if(cnt1%16=4)beginc=16'b0000011000110000;r=16'b1111011111111111;endelse if(cnt1%16=5)beginc=16'b0000011000110000;r=16'b1111101111111111;endelse if(cn

28、t1%16=6)beginc=16'b0000110000110000;r=16'b1111110111111111;endelse if(cnt1%16=7)beginc=16'b0001100000110000;r=16'b1111111011111111;endelse if(cnt1%16=8)beginc=16'b0011100000110000;r=16'b1111111101111111;endelse if(cnt1%16=9)beginc=16'b0011000000110000;r=16'b1111111110

29、111111;endelse if(cnt1%16=10)beginc=16'b0110000000110000;r=16'b1111111111011111;endelse if(cnt1%16=11)beginc=16'b0111111111111110;r=16'b1111111111101111;endelse if(cnt1%16=12)beginc=16'b0111111111111110;r=16'b1111111111110111;endelseif(cnt1%16=13)beginc=16'b00000000001100

30、00;r=16'b1111111111111011;endelse if(cnt1%16=14)beginc=16'b0000000000110000;r=16'b1111111111111101;endelsebeginc=16'b0000000011111000;r=16'b1111111111111110;endendelse if(shu=18|shu=12)/'0beginif (cnt1%16=0)beginc=16'b0000001111100000;r=16'b0111111111111111;endelse if

31、(cnt1%16=1)beginc=16'b0000011111110000;r=16'b1011111111111111;endelse if(cnt1%16=2)beginc=16'b0000110000011000;r=16'b1101111111111111;endelse if(cnt1%16=3)beginc=16'b0001100000001100;r=16'b1110111111111111;endelse if(cnt1%16=4)beginc=16'b0001100000001100;r=16'b1111011

32、111111111;endelse if(cnt1%16=5)beginc=16'b0001100000001100;r=16'b1111101111111111;endelse if(cnt1%16=6)beginc=16'b0001100000001100;r=16'b1111110111111111;endelse if(cnt1%16=7)beginc=16'b0001100000001100;r=16'b1111111011111111;endelse if(cnt1%16=8)beginc=16'b00011000000011

33、00;r=16'b1111111101111111;endelse if(cnt1%16=9)beginc=16'b0001100000001100;r=16'b1111111110111111;endelse if(cnt1%16=10)beginc=16'b0001100000001100;r=16'b1111111111011111;endelse if(cnt1%16=11)beginc=16'b0001100000001100;r=16'b1111111111101111;endelse if(cnt1%16=12)beginc

34、=16'b0001100000001100;r=16'b1111111111110111;endelse if(cnt1%16=13)beginc=16'b0000110000011000;r=16'b1111111111111011;endelse if(cnt1%16=14)beginc=16'b0000011111110000;r=16'b1111111111111101;endelsebeginc=16'b0000001111100000;r=16'b1111111111111110;endendelse if(shu=1

35、6)/4beginif (cnt1%16=0)beginc=16'b0000000001100000;r=16'b0111111111111111;endelseif(cnt1%16=1)beginc=16'b0000000011100000;r=16'b1011111111111111;endelse if(cnt1%16=2)beginc=16'b0000000110110000;r=16'b1101111111111111;endelse if(cnt1%16=3)beginc=16'b0000001100110000;r=16&#

36、39;b1110111111111111;endelse if(cnt1%16=4)beginc=16'b0000011000110000;r=16'b1111011111111111;endelse if(cnt1%16=5)beginc=16'b0000011000110000;r=16'b1111101111111111;endelse if(cnt1%16=6)beginc=16'b0000110000110000;r=16'b1111110111111111;endelse if(cnt1%16=7)beginc=16'b000

37、1100000110000;r=16'b1111111011111111;endelse if(cnt1%16=8)beginc=16'b0011100000110000;r=16'b1111111101111111;endelse if(cnt1%16=9)beginc=16'b0011000000110000;r=16'b1111111110111111;endelse if(cnt1%16=10)beginc=16'b0110000000110000;r=16'b1111111111011111;endelse if(cnt1%16

38、=11)beginc=16'b0111111111111110;r=16'b1111111111101111;endelse if(cnt1%16=12)beginc=16'b0111111111111110;r=16'b1111111111110111;endelseif(cnt1%16=13)beginc=16'b0000000000110000;r=16'b1111111111111011;endelse if(cnt1%16=14)beginc=16'b0000000000110000;r=16'b111111111111

39、1101;endelsebeginc=16'b0000000011111000;r=16'b1111111111111110;endendelse/暗beginc=16'b000000000000000;r=16'b1111111111111111;endendendendmodule2)仿真文件3）功能仿真波形由于仿真波形較長，只截取了其中一部分，可以看出這部分顯示的是我的學(xué)號404中的44、控制器1)Verilog源文件module kongzhiqi(clk,k,k1,k2,k3,k4,k5,shu,y1,y2,r1,r2,g1,g2,gs1,gs2);i

40、nput clk,k,k1,k2,k3,k4,k5;input4:0shu;output y1,y2,r1,r2,g1,g2,gs1,gs2;reg y1,y2,r1,r2,g1,g2,gs1,gs2;nitial beginr1<=1;r2<=1;y1<=0;y2<=0;g1<=0;g2<=0;gs1<=0;gs2<=0;endalways(posedge clk)beginif(k1=0)/k1=0是自動控制模式beginif(k=0)/東西向begin if(shu>10)/東西方向通車beging1<=1;g2<=0;r1<=0;r2<=1;y1<=0;y2<=0;gs1<=0;gs2<=0;endelse if(shu<=10&a