桂林電子科技大學EDA實訓——交通燈控制電路的設計

1、 桂林電子科技大學信息科技學院EDA技術及應用實訓報告學 號 1252310106 姓 名 陳 力 指導教師：李德明2014 年 4 月 29 日交通燈控制電路的設計1 系統(tǒng)設計1.1 設計要求1.1.1 設計任務 用EDA實訓儀上的4只八段數(shù)碼管分別顯示道路東西和南北通行和禁止的倒計時時間。1.1.2 性能指標要求 能設置道路東西和南北兩側(cè)通行和禁止的倒計時時間，最大設置時間為99秒，最小設置時間為1秒。交通燈用紅、綠、黃三種發(fā)光二極管（LED）顯示控制的結果。紅、綠、黃燈顯示的次序應符合實際交通道路控制的要求。1.2 設計思路及設計框圖1.2.1設計思路fpq是分頻器，將EDA實訓儀主板提

2、供的20MHz的主頻經(jīng)20000000分頻后，得到電路所需的1Hz（1秒）時鐘。Rgwork和ywork是減法計數(shù)器，產(chǎn)生道路東西和南北通行和禁止的倒計時時間。Counter是控制電路，控制整個系統(tǒng)的工作?？刂破鹘邮盏褂嫊r的結果，當?shù)褂嫊r歸0時，改變電路的控制模式，輸出倒計時的初始時間和交通燈亮滅控制信號。6輸入或非門和2輸入與非門組成了簡易密碼鎖的功能（通過撥碼開關實現(xiàn)）。1.2.2總體設計框圖 分頻器交通燈控制電路 數(shù)碼管及LED燈2 各個模塊程序的設計2.1分頻器模塊的設計分頻器模塊截圖：分頻器模塊程序設計：module fpq(clk,newclk);input clk;output

3、reg newclk;reg24:0 counter;always (posedge clk )begincounter=counter+1;if(counter>=20000000)counter=0;if(counter<=10000000)newclk='b1;else if(counter>10000000)newclk='b0;endendmodule2.2紅綠燈模塊設計紅綠燈模塊截圖：紅綠燈模塊程序設計：module rgwork(clk,clrn,ydbj,gzfs,LED,t1,t2,q1,q2);input clk,clrn;input 7:

4、0 q1,q2;output reg ydbj;output reg1:0 gzfs;output reg7:0 LED;output reg7:0 t1,t2;reg7:0 rtime,gtime,ytime,rtime1='h20,gtime1='h16;reg1:0 z;initial begin rtime='h20;gtime='h16;ytime='h03;ydbj=0;z=0;endalways (posedge clk or negedge clrn)begin if(clrn) ydbj=1; else begin if(q1=0|q2

5、=0) ydbj=1; else begin ydbj=0; rtime=rtime1;gtime=gtime1; end endend always (posedge ydbj or negedge clrn) begin if(clrn) begin t1=rtime;t2=gtime;LED='b01100110;gzfs=2;z=0; end else begin z=z+1; case (z) 0:begin t1=rtime;t2=gtime;LED='b01100110;gzfs=2;end 1:begin t1=ytime;t2=ytime;LED='b

6、00100010;gzfs=0;end 2:begin t1=gtime;t2=rtime;LED='b10011001;gzfs=2;end 3:begin t1=ytime;t2=ytime;LED='b10001000;gzfs=1;end default:begin t1=rtime;t2=gtime;LED='b01100110;gzfs=2;end endcase endendendmodule2.3黃燈模塊設計黃燈模塊截圖：黃燈模塊程序設計：module ywork(gzfs,clk,clrn,q1,q2,LED_h);input7:0 q1,q2;inp

7、ut clk,clrn;input 1:0 gzfs;output reg3:0 LED_h;always (posedge clk or negedge clrn)begin if(clrn) LED_h='b0000;elsebeginif(gzfs=0)begin if(q1='h03&&q2='h03) LED_h='b1010;if(q1='h02&&q2='h02) LED_h='b0000;if(q1='h01&&q2='h01) LED_h='b101

8、0;if(q1='h00&&q2='h00) LED_h='b0000;endif(gzfs=1)begin if(q1='h03&&q2='h03) LED_h='b0101;if(q1='h02&&q2='h02) LED_h='b0000;if(q1='h01&&q2='h01) LED_h='b0101;if(q1='h00&&q2='h00) LED_h='b0000;endendend

9、 endmodule 2.4控制模塊的設計控制模塊截圖：控制模塊程序設計：module countor(ts,en,clk,ybj,t1,t2,q1,q2);input clk,ybj,en,ts;input7:0 t1,t2;output reg7:0 q1,q2;always (posedge clkts or posedge ybj or posedge en)begin if(en) begin q1=q1;q2=q2; end else beginif(ybj) begin q1=t1;q2=t2; endelse beginif(q1=0) q1='h99;else beg

10、in q1=q1-1;endif(q13:0>='ha) q13:0=9;if(q2=0) q2='h99;else begin q2=q2-1;endif(q23:0>='ha) q23:0=9; end endendendmodule3 調(diào)試過程用Quartus 軟件對程序編譯成功后下載到EDA試驗箱。LED開始亮，四個數(shù)碼管顯示3s倒計時，即黃燈開始進入閃爍狀態(tài)，然后開始實現(xiàn)東西方綠燈，南北方紅燈狀態(tài)。綠燈倒計時結束以后黃燈再次閃爍，隨后進入南北方綠燈，東西方紅燈狀態(tài)。并不斷自動進行轉(zhuǎn)換。當S15撥到上方時，實現(xiàn)交通燈暫停（使能端作用）。當K8按鍵按下

11、時，交通燈自動恢復到初始化狀態(tài)。當將S3，S2,S1,S0撥為1010并按下K7按鍵能實現(xiàn)減計數(shù)調(diào)時。4 功能測試4.1 測試儀器與設備 EDA實訓箱、 計算機一臺、Quartus 軟件4.2 性能指標測試 基本實現(xiàn)要求，初始化南北方向為紅燈，東西方向為綠燈，倒計時20s，東西方向開始黃燈閃爍3秒，同時南北方向還為紅燈，3秒后東西方向變?yōu)榧t燈，南北方向變?yōu)榫G燈。倒計時的同時數(shù)碼管交替顯示不同亮燈的倒計時時間。實現(xiàn)4位數(shù)碼管顯示。撥碼開關S15實現(xiàn)暫停功能，S3到S0四個撥碼開關實現(xiàn)簡易密碼鎖功能（當撥“1010”時，可以實現(xiàn)調(diào)時功能，密碼錯誤時則無法實現(xiàn)調(diào)時功能）。兩個按鍵K8,K7分別實現(xiàn)復

12、位與調(diào)時功能（調(diào)時功能在密碼正確情況下實現(xiàn)）。5 實訓心得體會這次實驗使我更進一步地熟悉了VHDL硬件描述語言的設計思想，同時通過對程序的調(diào)試也使自己對VHDL語言的語法，結構和基本語句有了更深刻的了解。在設計較復雜數(shù)字電路系統(tǒng)時最好采用分層設計的方法，分為各個功能模塊，逐個進行仿真，最后通過頂層文件調(diào)用各個底層文件完成設計，程序也便于修改如程序要增加一些功能也只需加入相應的模塊即可。在設計的過程中還應該多聯(lián)系下實際情況，要了解實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計。在今后的工作和學習中，我們不能僅僅把目光停留在課本上，要多理論聯(lián)系實際。有的時候，理論上是正確的東西放到現(xiàn)

13、實中去，可能由于種種因素的制約，并不能達到實際的效果，還需要我們進行相應的修改才能完成要求。這次的課程設計使我鞏固了以前學習到的知識，還使我掌握了以前沒有掌握的知識，同時鍛煉了自己的能力。6 參考文獻【1】江國強.新編數(shù)字邏輯電路 北京郵電大學出版社 2006年12月【2】江國強. EDA技術與應用 電子工業(yè)出版社 2010年4月【3】王金明、冷自強.EDA技術與Verilog設計科學出版社 2008年8月【4】謝自美.電子線路設計·實驗·測試（第二版）武漢華中科技大學出版社2000【5】譚會生、張昌凡 EDA技術與應用-Verilog HDL版西安電子科技大學出版社附 錄

14、附錄1：仿真波形圖（部分模塊）分頻器模塊波形仿真：紅綠燈模塊波形仿真：  黃燈模塊波形仿真： 控制模塊波形仿真：附錄2:程序清單分頻器模塊程序設計：module fpq(clk,newclk);input clk;output reg newclk;reg24:0 counter;always (posedge clk )begincounter=counter+1;if(counter>=20000000)counter=0;if(counter<=10000000)newclk='b1;else if(counter>10000000)newclk=&#

15、39;b0;endendmodule紅綠燈模塊程序設計：module rgwork(clk,clrn,ydbj,gzfs,LED,t1,t2,q1,q2);input clk,clrn;input 7:0 q1,q2;output reg ydbj;output reg1:0 gzfs;output reg7:0 LED;output reg7:0 t1,t2;reg7:0 rtime,gtime,ytime,rtime1='h20,gtime1='h16;reg1:0 z;initial begin rtime='h20;gtime='h16;ytime=&#

16、39;h03;ydbj=0;z=0;endalways (posedge clk or negedge clrn)begin if(clrn) ydbj=1; else begin if(q1=0|q2=0) ydbj=1; else begin ydbj=0; rtime=rtime1;gtime=gtime1; end endend always (posedge ydbj or negedge clrn) begin if(clrn) begin t1=rtime;t2=gtime;LED='b01100110;gzfs=2;z=0; end else begin z=z+1;

17、case (z) 0:begin t1=rtime;t2=gtime;LED='b01100110;gzfs=2;end 1:begin t1=ytime;t2=ytime;LED='b00100010;gzfs=0;end 2:begin t1=gtime;t2=rtime;LED='b10011001;gzfs=2;end 3:begin t1=ytime;t2=ytime;LED='b10001000;gzfs=1;end default:begin t1=rtime;t2=gtime;LED='b01100110;gzfs=2;end endca

18、se endendendmodule黃燈模塊程序設計：module ywork(gzfs,clk,clrn,q1,q2,LED_h);input7:0 q1,q2;input clk,clrn;input 1:0 gzfs;output reg3:0 LED_h;always (posedge clk or negedge clrn)begin if(clrn) LED_h='b0000;elsebeginif(gzfs=0)begin if(q1='h03&&q2='h03) LED_h='b1010;if(q1='h02&&q2='h02) LED_h='b0000;if(q1='h01&&q2='h01) LED_h='b1010;if(q1='h00&&q2='h00) LED_h='b0000;endif(gzfs=1)begin if(q1='h03&&q2=