道路交通燈控制器的設(shè)計(jì)EDA課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

1、探2008級(jí)學(xué)生EDA課程設(shè)計(jì)探 探 探 探 探 探EDA課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課題名稱交通燈控制器的設(shè)計(jì)姓名胡偉明學(xué)號(hào)0812201 -46院系物理與電信工程系專業(yè)電子信息工程指導(dǎo)教師周來(lái)秀講師2011年6月10日一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：(1 )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 LED燈表示當(dāng) 前的交通狀態(tài)。(2) 能實(shí)現(xiàn)正常的倒計(jì)時(shí)功能。用兩組七段數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示當(dāng)前交通狀態(tài)剩余秒數(shù)。(3) 該交通燈的亮滅順序如下:東西綠燈40秒黃燈5秒東西紅燈25秒南北紅燈45秒南北綠燈20秒黃燈5秒(4 )能實(shí)現(xiàn)特殊狀態(tài)的功能。例如消防車、救護(hù)車或其他需要優(yōu)先放行的車輛通過時(shí)實(shí)現(xiàn)下列功能：

2、按下特殊狀態(tài)鍵后，能實(shí)現(xiàn)特殊狀態(tài)功能； 顯示倒計(jì)時(shí)的兩組數(shù)碼管閃爍； 計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并保持在原來(lái)的狀態(tài)； 東西、南北路口均顯示紅燈狀態(tài)； 特殊狀態(tài)解除后能繼續(xù)計(jì)數(shù)；(5)能實(shí)現(xiàn)總體清零功能。按下清零鍵后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)總體清零，計(jì)數(shù)器由初始狀態(tài)計(jì)數(shù)，對(duì)應(yīng)狀態(tài)的指示燈亮。(6 )用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)符合上述要求的交通燈控制器，并用層次化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)該電路。指導(dǎo)教師簽名：年 月日T、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ):指導(dǎo)教師簽名：年 月 日二、成績(jī)驗(yàn)收蓋章年 月 日交通燈控制器的設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)目的通過設(shè)計(jì)交通燈控制器，了解 EDA 技術(shù)，了解并掌握 VHDL 硬件描述語(yǔ) 言的設(shè)計(jì)方法和思想，鞏固和綜合運(yùn)用所學(xué)過的 EDA 原理

3、知識(shí)，提高分析、 解決實(shí)際問題的獨(dú)立工作能力。2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求交通燈控制器的設(shè)計(jì)， 設(shè)計(jì)了主干道的交叉路口交通信號(hào)燈無(wú)人自動(dòng)管理的 控制系統(tǒng)。將路口紅綠燈的各種亮燈情況定義不同的狀態(tài) ,路口狀況定義為觸發(fā) 條件，組成有限狀態(tài)機(jī)。交通控制器能完成以下功能：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 LED 燈作為兩個(gè)方向的紅、黃、綠燈；2 南北向?yàn)橹鞲傻溃看瓮ㄐ袝r(shí)間為 45S ，東西向?yàn)橹Ц傻溃看瓮ㄐ袝r(shí)間為 25S ；3 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、南北向的倒計(jì)時(shí)顯示。 其中，黃燈： 5S 。4 能實(shí)現(xiàn)特殊狀態(tài)的功能。按下

4、SP 鍵后，能實(shí)現(xiàn)以下特殊功能：（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)；（4）特殊狀態(tài)解除后能繼續(xù)計(jì)數(shù)；5. 能實(shí)現(xiàn)全清零功能。 按下 reset 鍵后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全清零， 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；6. 用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)上述功能的交通燈控制器，并用層次化方法設(shè)計(jì)該電路;7. 仿真、驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。3 整體設(shè)計(jì)方案3.1 方案分析通過分析課程設(shè)計(jì)的要求可以知道，所要設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈控制電路要能 夠適用于由一條主干道和一條支干道的匯合點(diǎn)形成的十字交叉路口，其主要功 能是：主干道處于常允許通行的狀態(tài)，支干道有車來(lái)

5、時(shí)才允許通行;當(dāng)支干道 沒有車通行時(shí)，主干道亮綠燈，而支干道亮紅燈，主、支干道的倒計(jì)時(shí)數(shù)碼管 不顯示數(shù)字;當(dāng)支干道有車通行時(shí)，進(jìn)入了主干道和支干道交替通行的情況。當(dāng)進(jìn)入到交替通行時(shí)，主干道每次放行 45 秒，支干道每次放行 25 秒。首 先主干道通行 45 秒，并且主干道顯示 45 秒的倒計(jì)時(shí)，此 45 秒內(nèi)主干道亮綠 燈，當(dāng) 45 秒計(jì)時(shí)結(jié)束，主干道亮黃燈 5 秒，而且顯示 5 秒倒計(jì)時(shí)，用于綠燈 轉(zhuǎn)為紅燈作為過渡，使行駛中的車輛有時(shí)間停到禁行線外，在主干道亮綠燈和 黃燈的 50 秒內(nèi)，支干道亮紅燈 50 秒，而且支干道顯示 50 秒的倒計(jì)時(shí)。 然后， 當(dāng)支干道亮紅燈 50 秒結(jié)束時(shí)，主干道

6、由黃燈轉(zhuǎn)為紅燈，并且主干道的紅燈亮 30 秒，顯示 30 秒的倒計(jì)時(shí)，在此過程中，支干道先亮綠燈 25 秒，顯示 25 秒的倒計(jì)時(shí)， 25 秒過后綠燈轉(zhuǎn)為黃燈，而且黃燈亮 5 秒，顯示 5 秒倒計(jì)時(shí)， 用于綠燈轉(zhuǎn)為紅燈作為過渡，使行駛中的車輛有時(shí)間停到禁行線外。支干道通 行結(jié)束后，主干道通行，以此交替。3.2 方案狀態(tài)機(jī)控制設(shè)計(jì)將十字路口分成東西走向和南北走向的主干道和支干道。交通燈的工作明顯可以分成 5 個(gè)狀態(tài)，如下表 3.1 所示:表3.1工作狀態(tài)表支干道是否有車狀態(tài)實(shí)現(xiàn)功能支干道沒車St0支干道亮紅燈，主干道亮綠燈，數(shù)碼管不顯示。支干道有車St1主干道亮綠燈 45秒，數(shù)碼管顯示 45秒倒

7、計(jì)時(shí)；支干道亮紅燈，數(shù)碼管顯示從49秒倒計(jì)時(shí)到05秒。St2主干道亮黃燈5秒，數(shù)碼管顯示5秒倒計(jì)時(shí)；支干道 亮紅燈，數(shù)碼管顯示從 04秒倒計(jì)時(shí)到00秒。St3支干道亮綠燈 25秒，數(shù)碼管顯示 25秒倒計(jì)時(shí)；主干道亮紅燈，數(shù)碼管顯示從29秒倒計(jì)時(shí)到05秒。St4支干道亮黃燈5秒，數(shù)碼管顯示5秒倒計(jì)時(shí)；主干道亮紅燈，數(shù)碼管顯示從 04秒倒計(jì)時(shí)到00秒。3.3整體設(shè)計(jì)方案根據(jù)交通燈控制器的功能與要求，可以把整體設(shè)計(jì)分為三個(gè)模塊：分頻模塊，把2kHz的頻率分成1Hz，1Hz用于倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)的時(shí)鐘信號(hào)，而 2kHz則可以用于數(shù)碼管掃描顯示的片選時(shí)鐘信號(hào)；交通燈控制及倒計(jì)時(shí)（五個(gè)狀態(tài)的控制）模塊；數(shù)碼管譯碼

8、掃描顯示模塊。整體的系統(tǒng)框圖如圖3.1所示:圖3.1系統(tǒng)框架圖分頻模塊就是把輸入的2kHz時(shí)鐘頻率2000分頻得到1Hz的頻率用于數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)，其原理就是設(shè)計(jì)一個(gè)0到999循環(huán)計(jì)數(shù)的的計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)溢出，即計(jì)數(shù)到999時(shí)使輸出量取反，則輸出為0.5秒的高電平和0.5 秒的低電平交替出現(xiàn)，就得到了 1Hz的方波，作為秒倒計(jì)時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)。交通燈控制及倒計(jì)時(shí)模塊就是五個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換模塊，是整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊，其五個(gè)狀態(tài)分別 st0、st1、st2、st3、st4。其中st0是當(dāng)支干道沒有車 通行的狀態(tài)，st1是主干道綠燈亮45秒的狀態(tài)，st2是主干道亮黃燈5秒的狀 態(tài)，st3是支干道亮綠燈2

9、5秒的狀態(tài)，st4是支干道亮黃燈5秒的狀態(tài)。當(dāng)主 干道亮綠燈和黃燈時(shí)，支干道都是亮紅燈，當(dāng)支干道亮綠燈和黃燈時(shí)，主干道 都是亮紅燈，并且主、支干道都會(huì)顯示亮燈的倒計(jì)時(shí)時(shí)間，主、支干道的紅黃 綠燈用六個(gè)LED發(fā)光二極管代替。五個(gè)狀態(tài)圖如下圖3.2所示:圖3.2狀態(tài)圖數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示，是用四個(gè)一體的數(shù)碼管，分別表示主干道和支干道的秒倒計(jì)時(shí)，所以是動(dòng)態(tài)掃描顯示，掃描的頻率直接用2KHz的輸入時(shí)鐘頻率。4軟硬件電路的設(shè)計(jì)4.1各模塊的原理及其程序時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)時(shí)鐘分頻模塊就是把輸入的2kHz時(shí)鐘頻率2000分頻得到1Hz的頻率用 于數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)，其原理就是設(shè)計(jì)一個(gè)0到999循環(huán)計(jì)數(shù)的的計(jì)數(shù) 器

10、，當(dāng)計(jì)數(shù)溢出，即計(jì)數(shù)到999時(shí)使輸出量取反，則輸出為0.5秒的高電平和 0.5秒的低電平交替出現(xiàn)，就得到了 1Hz的方波，作為秒倒計(jì)時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘分頻模塊生成的元件符號(hào)如下圖4.1所示：' div!Clk2kli2 elklhzTnhj inaOJ= r is i 1. i n ninr-iirurwn!tbmrad圖4.1時(shí)鐘分頻模塊clk2khz 是頻率為為2khz的輸入時(shí)鐘信號(hào)，clk1hz是經(jīng)過2000分頻后得到的頻率為1hz方波的輸出信號(hào)。交通燈控制及計(jì)時(shí)模塊此模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，主要功能是完成五個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，并且在 每個(gè)狀態(tài)里完成相應(yīng)的控制作用，即控制主干道和支干

11、道的紅黃綠燈的點(diǎn)亮和 各自數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示。編程時(shí)主要是用一個(gè)進(jìn)程語(yǔ)句，其敏感信號(hào)是時(shí)鐘分頻模塊產(chǎn)生的1Hz時(shí) 鐘信號(hào)，進(jìn)程里主要用 case語(yǔ)句完成五個(gè)狀態(tài)的控制，在每個(gè)狀態(tài)里要控制 主干道和支干道的紅黃綠燈的點(diǎn)亮，而且要控制各自數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)的顯示，并 為掃描顯示譯碼模塊提供倒計(jì)時(shí)時(shí)間，同時(shí)要使每個(gè)狀態(tài)結(jié)束時(shí)能順利進(jìn)入下 一個(gè)狀態(tài)。五個(gè)狀態(tài)及相應(yīng)的功能是：StO，支干道亮紅燈，主干道亮綠燈，數(shù)碼管 不顯示；St1，主干道亮綠燈45秒，數(shù)碼管顯示45秒倒計(jì)時(shí)；支干道亮紅燈， 數(shù)碼管顯示從49秒倒計(jì)時(shí)到05秒；St2，主干道亮黃燈5秒，數(shù)碼管顯示5 秒倒計(jì)時(shí)；支干道亮紅燈，數(shù)碼管顯示從 04秒倒

12、計(jì)時(shí)到00秒；St3，支干道 亮綠燈25秒，數(shù)碼管顯示25秒倒計(jì)時(shí)；主干道亮紅燈，數(shù)碼管顯示從 29秒 倒計(jì)時(shí)到05秒；St4，支干道亮黃燈5秒，數(shù)碼管顯示5秒倒計(jì)時(shí)；主干道 亮紅燈，數(shù)碼管顯示從04秒倒計(jì)時(shí)到00秒。狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件參照?qǐng)D3.2。此模塊生成的元件符號(hào)如下圖4.2所示：t 曰 1“* elk 1 h-7cartanl 3|T-:口 rue二門.Ci|Cl-:r_by_lat :L :l_«r-r "sr圖4.2交通燈控制及計(jì)時(shí)模塊clklhz是分頻模塊輸出的1Hz的時(shí)鐘信號(hào)，car是支干道是否有車的判 斷信號(hào)， one1 、ten1 、one2 、ten2 分別

13、是主干道倒計(jì)時(shí)的個(gè)位和十位，支干 道倒計(jì)時(shí)的個(gè)位和十位。 r_a 、g_a、y_a、r_b 、g_b、y_b 分別是主干道和支 干道的紅、綠、黃燈控制信號(hào)。掃描顯示譯碼模塊此模塊中含有七段數(shù)碼管譯碼和掃描顯示兩個(gè)部分。七段譯碼可以使用case語(yǔ)句，將數(shù)碼管要顯示的數(shù)譯成對(duì)應(yīng)的七位二進(jìn)制數(shù)，用來(lái)控制數(shù)碼管的 a、b、c、d、e、f、g的導(dǎo)通。主干道和支干道倒計(jì)時(shí)要用到 4個(gè)數(shù)碼管，且 是四位一體的，則要使用掃描顯示的方法：設(shè)計(jì)一個(gè)00到11循環(huán)計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù) 器，而且計(jì)數(shù)的時(shí)鐘要比較大，選用輸入的2KHz的時(shí)鐘信號(hào)；當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為00時(shí)，選通第一個(gè)數(shù)碼管，給它主干道倒計(jì)時(shí)個(gè)位的七段譯碼，當(dāng)計(jì)數(shù)器 計(jì)

14、數(shù)為01時(shí)，選通第二個(gè)數(shù)碼管，給它主干道倒計(jì)時(shí)十位的七段譯碼，當(dāng)計(jì) 數(shù)器計(jì)數(shù)為10時(shí)，選通第三個(gè)數(shù)碼管，給它支干道倒計(jì)時(shí)個(gè)位的七段譯碼， 當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為11時(shí)，選通第四個(gè)數(shù)碼管，給它支干道倒計(jì)時(shí)十位的七段譯 碼，并以此循環(huán)掃描顯示，達(dá)到人眼看上去四個(gè)數(shù)碼管全顯示的效果。此模塊生成的元件符號(hào)如下圖4.3所示：. "T *b t r e k -rimr dii splaysr»-r? : ?« ! e-re»«T" , rwE ra t -s t e s1Iscan1.O|1jseg_76 0i-tenip O|iIor>e23.0

15、3iterflp 一期r = r5-j insif?圖4.3掃描顯示譯碼模塊元件符號(hào)其中clk2khz是輸入的掃描時(shí)鐘信號(hào)。one1、ten1分別是主干道倒計(jì)時(shí) 的個(gè)位和十位，one2、ten2分別是支干道倒計(jì)時(shí)的個(gè)位和十位，這四個(gè)信號(hào) 都是有交通燈控制及倒計(jì)時(shí)模塊輸出的。Scan是四個(gè)數(shù)碼管的片選信號(hào)，seg_7是七段譯碼輸出信號(hào)。頂層文件的編寫頂層文件就是將上述的三個(gè)模塊進(jìn)行例化，把它們連接起來(lái)組成一個(gè)整體元件例化語(yǔ)句由兩部分組成，第一部分是將一個(gè)現(xiàn)成的設(shè)計(jì)實(shí)體定義為一個(gè)元件，它的最簡(jiǎn)單表達(dá)式如下：component 元件名 isport （端口名表）;end component 文件名;

16、元件例化語(yǔ)句的第二部分是此元件與當(dāng)前設(shè)計(jì)實(shí)體中元件間及端口的連接 說(shuō)明，語(yǔ)句的表達(dá)式如下：例化名：元件名 port map（端口名=連接端口名，）；由頂層文件生成的元件符號(hào)如下圖 4.4所示：oik 2ik.O1o-a. r呂曰呂產(chǎn)石ra.日口沖4ybI11ii-卡1" 口Fr圖4.4頂層文件生成元件符號(hào)clk_2k是外部輸入的頻率為2khz的時(shí)鐘信號(hào)，car是判斷支干道是否有 車的輸入信號(hào)。scan 1.0是四位一體數(shù)碼管的片選輸出信號(hào)，seg_76.O是 數(shù)碼管的七段譯碼輸出信號(hào)，ra、ga、ya、rb、gb、yb分別是主干道和支干 道紅、綠、黃燈的輸出控制信號(hào)。4.2頂層原理圖

17、系統(tǒng)原理圖如下圖4.5所示:ctin:one13.1ter13 Ojtnlpi.pCSfT，<可醪0：ten2r mnstTscarl C；s«_7K<CLITJ|一）scn1J_->.f 琵g平 JJ I v v -sr -11 -=ni sgr -ije vrtfr*OTFT|r_lIIIWkA >*imiHT fN FWR I MkljCL TP亍|、； gytG JTPIiT ；丁5弋.；亍圖4.5頂層原理圖系統(tǒng)工作原理：把car置為低電平，系統(tǒng)處于 stO狀態(tài)，即表示支干道沒 有車來(lái)時(shí)，主干道亮綠燈，支干道亮紅燈，四個(gè)倒計(jì)時(shí)數(shù)碼管都是滅的。當(dāng)把 ca

18、r置為高電平并不變后，主干道和支干道分別進(jìn)入狀態(tài) st1，st2，st3，st4， 并分別正常顯示四個(gè)狀態(tài)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)主干道每次放行45秒，支干道每次放行 25秒,從而正確實(shí)現(xiàn)交叉路口交通燈的控制。5系統(tǒng)仿真5.1時(shí)鐘分頻模塊仿真仿真波形圖如下圖5.1所示:波形分析：開始時(shí)clklhz為低電平，當(dāng)計(jì)數(shù)器第一次計(jì)滿時(shí)，clklhz由 低電平轉(zhuǎn)為高電平，當(dāng)計(jì)數(shù)器第二次計(jì)滿時(shí)，clklhz轉(zhuǎn)為低電平。在這一過程 中，clklhz先后經(jīng)歷了 500ms的低電平和高電平，恰好為一個(gè)周期 1s,之后 依次高低交替，得到頻率為1Hz的方波。5.2交通燈控制及計(jì)時(shí)模塊仿真仿真波形如下圖5.2所示：設(shè)置的end

19、 time為100ms ，clk1hz為周期是1ms的方波（把周期縮小 為的是可以縮小仿真的時(shí)間，方便波形的仿真）。放大之后(4 t3X2*1 ''i !j ; i ! 4 i ; i i ! ! ! i ! J ； iX ；01l lj J圖5.2交通燈控制及倒計(jì)時(shí)模塊仿真波形圖波形分析：當(dāng)car為0時(shí)，狀態(tài)為stO,此狀態(tài)中主干道亮綠燈，支干道亮紅燈，當(dāng)car為1不變時(shí)，變?yōu)闋顟B(tài)st1，之后進(jìn)入st1-st2-st3-st4-st1 的循環(huán)狀態(tài)，在相應(yīng)的狀態(tài)里面也能正確地控制紅黃綠燈點(diǎn)亮。將上圖中下面太 密的地方放大一段后，可以清楚地看到，在狀態(tài) st1中，主干道進(jìn)行著45

20、秒 的倒計(jì)時(shí)，而支干道進(jìn)行著 50秒的倒計(jì)時(shí)，兩個(gè)倒計(jì)時(shí)在 st0的狀態(tài)中始終 相差5秒。5.3掃描顯示譯碼模塊仿真仿真波形如下圖5.3所示：方便仿真設(shè)設(shè)置的end time 為6ms， clk2khz 周期為500us 。D-oX.L.-Ild-I3 3 s a H >3丘"一回rI *jJ0:y azc0/ T YD十. 一。： ?. x.cc北；.0.p X i r 2 Xis t )L i :ur i： jJim j in'mit ii；1 - HIM Jn：ini X O'on ii "Iin；1腳11:當(dāng)one和ten為10時(shí)對(duì)應(yīng)的七段譯碼

21、是 0000000 ,使數(shù)碼管不顯示，用于支干道沒有車的情況!-P-粥 3& 03l.X BS11.9T iiIt2.52 ls自滋耐1 115 .24 HIHiicL3. L is1_1 1 1|J1J1_-_11 1圖5.3掃描顯示譯碼模塊的波形仿真圖波形仿真說(shuō)明：為方便觀祭 on el、tenl、one2、ten2及scan用的是無(wú) 符號(hào)十進(jìn)制數(shù)，當(dāng)sean=0 時(shí)顯示onel ,當(dāng)sean=1時(shí)顯示tenl ,當(dāng)scan=2 時(shí)顯示one2，當(dāng)scan=3時(shí)顯示ten2。Seg_7的從高到低七位分別對(duì)應(yīng)數(shù)碼 管gfedeba七段。5.4頂層文件的仿真頂層文件的波形仿真圖如下圖

22、5.4 所示：為了方便波形仿真，設(shè)置 end time 為 1.2s ， clk_2k 是周期為 5us 的方 波。圖5.4頂層文件波形仿真圖虹甲屛卩口因?qū)Э谶\(yùn)令中細(xì)申“呵* 賦2巾甲”愀卩“暨爭(zhēng)Rl.CSiI L17 11、st=stO時(shí)放大的波形如下圖5.5所示:WffI 1riHt VIML . HO段iir«1 0艸10竊 10lb 11w 10Q ICDL T 3S Mfr i waam仿真波形分析：當(dāng)car為0時(shí)，為狀態(tài)stO , ga、rb為高電平，即主干道 亮綠燈，支干道亮紅燈；當(dāng)car由0變?yōu)?且不變時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)為st1，ga、rb 為高電平，即主干道亮綠燈，支干道亮

23、紅燈；當(dāng) st1倒計(jì)時(shí)結(jié)束，則轉(zhuǎn)為st2， ya、rb為高電平，即主干道亮黃燈，支干道亮紅燈；當(dāng) st2倒計(jì)時(shí)結(jié)束，則轉(zhuǎn) 為st3,ra、gb為高電平，即主干道亮紅燈，支干道亮綠燈；當(dāng)st3倒計(jì)時(shí)結(jié)束， 則轉(zhuǎn)為st4，ra、yb為高電平，即主干道亮紅燈，支干道亮黃燈；當(dāng) st4倒計(jì) 時(shí)結(jié)束，貝U轉(zhuǎn)為st1 o當(dāng)在狀態(tài)st1，大約在1s處car由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)， 狀態(tài)則會(huì)轉(zhuǎn)為stO o鑒于圖5.4中的scan和seg7太密而看不出其中的變化，所以要把其中幾 段放大才能便于觀察。圖5.5 st=stO時(shí)放大的一段波形圖5.5波形分析：通過圖5.5可以清晰地觀察到當(dāng)st=st0時(shí)，主干道和支干道

24、的數(shù)碼管都是滅的，即 seg7= ” 0000000fflal-tflCTCTm一沖M&&TdutC29.S.2L.5& is甲 HElL.sa !£ Jfli! >nr1g 3 SL £SLillBO JQ BOS3BOV3JxX13T:*i koiL10DL10KDinl伽】Ll、aiociio2、st=st1時(shí)放大的一段波形如下圖5.6所示:SLlLeS9 bduS «cT圖5.6 st=st1 時(shí)放大的一段波形圖5.6波形分析：由于要經(jīng)過clk_2k兩千分頻后才能得到1hz的倒計(jì)時(shí) 時(shí)鐘信號(hào)，則要經(jīng)過 clk_2k兩千個(gè)周期后

25、主干道和支干道的數(shù)碼管秒倒計(jì)時(shí)才減一秒，所以在頂層文件波形仿真時(shí)不好看到倒計(jì)時(shí)的變化。在圖5-6中可以看到在st為st1時(shí)主干道的數(shù)碼管顯示為44，支干道的數(shù)碼管顯示為49，即 scan 為 0 時(shí)，seg7 是 “1100110 ”，scan 為 1 時(shí)，seg7 是“ 1100110 ”,scan 為 2 時(shí)，seg7 是“ 1101111 ”，scan 為 3 時(shí)，seg7 是“ 1100110 ”。而st2、st3、st4放大后的波形和圖5.6相似。實(shí)驗(yàn)結(jié)果開始時(shí)把car置為低電平，即表示支干道沒有車來(lái)時(shí)，主干道亮綠燈，支 干道亮紅燈，四個(gè)倒計(jì)時(shí)數(shù)碼管都是滅的。當(dāng)把car置為高電平并不

26、變后，主干道和支干道分別繼續(xù)亮綠燈和紅燈，同時(shí)主干道的數(shù)碼管從44開始一秒一秒地倒計(jì)時(shí)顯示直至倒計(jì)時(shí)到 00 ,而支 干道的數(shù)碼管從49開始一秒一秒地倒計(jì)時(shí)顯示，并且主、支干道的數(shù)碼管顯 示值始終相差 5。當(dāng)主干道的倒計(jì)時(shí)到 00（支干道倒計(jì)時(shí)到 05 ）后的下一秒， 主干道的綠燈滅，亮起了黃燈，而且主干道的數(shù)碼管從 04 開始秒倒計(jì)時(shí)直至 00 ，支干道的紅燈在這一過程中始終是亮的，而且數(shù)碼管正常倒計(jì)時(shí)，和主干 道的數(shù)碼管顯示。當(dāng)主、支干道數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)到 00 后的下一秒，主干道的黃 燈滅，紅燈亮，數(shù)碼管從 29 開始一秒一秒地倒計(jì)時(shí)，而支干道的紅燈滅，綠 燈亮，數(shù)碼管開始從 24 一秒一秒

27、地倒計(jì)時(shí)，始終和主干道的數(shù)碼管少 5, 直至 倒計(jì)時(shí)到 00 。當(dāng)支干道數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)到 00 （主干道為 05 ）的下一秒后，支干 道的綠燈滅，黃燈亮，數(shù)碼管開始從 04 一秒一秒地倒計(jì)時(shí)直至 00 ，而主干道 在這一過程中繼續(xù)亮紅燈，數(shù)碼管繼續(xù)正常地倒計(jì)時(shí)，而和支干道數(shù)碼管顯示 相同。當(dāng)主、支干道倒計(jì)時(shí)到 00 的下一秒，則進(jìn)入到主干道亮綠燈，支干道 亮紅燈的狀態(tài)，只要 car 依然維持在高電平，就會(huì)不斷循環(huán)支干道有車通信的 四個(gè)狀態(tài)。當(dāng) car 從高電平變?yōu)榈碗娖胶螅?不管之前處于 st1 、 st2 、 st3 、st4 中的任 何一個(gè)狀態(tài)都會(huì)進(jìn)入到 st0 狀態(tài)，即主干道亮綠燈，支干道

28、亮紅燈，四個(gè)數(shù)碼 管都不會(huì)顯示。6 使用說(shuō)明把 car 置為低電平， 系統(tǒng)處于 st0 狀態(tài) ，即表示支干道沒有車來(lái)時(shí)， 主干 道亮綠燈，支干道亮紅燈，四個(gè)倒計(jì)時(shí)數(shù)碼管都是滅的。當(dāng)把 car 置為高電平 并不變后，主干道和支干道分別進(jìn)入狀態(tài) st1 ，st2 ， st3 ，st4 ，并分別正常顯 示四個(gè)狀態(tài)的內(nèi)容。 實(shí)現(xiàn)主干道每次放行 45 秒，支干道每次放行 25 秒。從而 正確實(shí)現(xiàn)交叉路口交通燈的控制。7 設(shè)計(jì)總結(jié)通過的緊張工作，完成了我的設(shè)計(jì)任務(wù)交通燈控制器設(shè)計(jì)。通過本次 課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，我深深的體會(huì)到設(shè)計(jì)課的重要性和目的性。本次設(shè)計(jì)課不僅 僅培養(yǎng)了我們實(shí)際操作能力， 也培養(yǎng)了我們靈活運(yùn)

29、用課本知識(shí)， 理論聯(lián)系實(shí)際， 獨(dú)立自主的進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力。它不僅僅是一個(gè)學(xué)習(xí)新知識(shí)新方法的好機(jī)會(huì)，同 時(shí)也是對(duì)我所學(xué)知識(shí)的一次綜合的檢驗(yàn)和復(fù)習(xí)，使我明白了自己的缺陷所在， 從而查漏補(bǔ)缺。 希望學(xué)校以后多安排一些類似的實(shí)踐環(huán)節(jié)， 讓同學(xué)們學(xué)以致用。在設(shè)計(jì)中要求我要有耐心和毅力，還要細(xì)心，稍有不慎，一個(gè)小小的錯(cuò)誤 就會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的不正確，而對(duì)錯(cuò)誤的檢查要求我要有足夠的耐心，通過這次設(shè) 計(jì)和設(shè)計(jì)中遇到的問題，也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以后從事集成電路設(shè)計(jì)工作 會(huì)有一定的幫助。 在應(yīng)用 VHDL 的過程中讓我真正領(lǐng)會(huì)到了其并行運(yùn)行與其他 軟件順序執(zhí)行的差別及其在電路設(shè)計(jì)上的優(yōu)越性。 用 VHDL 硬件描述語(yǔ)言

30、的形 式來(lái)進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方便靈活，利用 EDA 軟件進(jìn)行編譯優(yōu)化仿真極大地 減少了電路設(shè)計(jì)時(shí)間和可能發(fā)生的錯(cuò)誤，降低了開發(fā)成本，這種設(shè)計(jì)方法必將 在未來(lái)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。參考文獻(xiàn)1 潘松，黃繼業(yè) .EDA 技術(shù)使用教程 M. 北京：科學(xué)出版社 ,2006:320-332.2 黃任 .VHDL 入門 . 解惑 . 經(jīng)典實(shí)例 . 經(jīng)驗(yàn)總結(jié) M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版 社,2005:64-88.3 徐 志 軍 ， 徐 光 輝 .CPLD/FPGA 的 開 發(fā) 與 應(yīng) 用 M. 北 京 ： 電 子 工 業(yè) 出 版 社,2002:208-218.4 褚振勇 .FPGA 設(shè)計(jì)

31、與應(yīng)用 M. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社 ,2003:218-230. 夏宇聞.Verilog 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008:302-325.6 夏宇聞 . 復(fù)雜數(shù)字電路與系統(tǒng)的Verilog HDL 設(shè)計(jì)技術(shù) D. 北京清華大學(xué)出版社，1998:28-56.附錄1 、時(shí)鐘分頻模塊library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity div isport(clk2khz:in std_logic;-2khz的輸入時(shí)鐘clk1hz:out std_logic)

32、;-經(jīng) 2000 分頻后的 1hz 時(shí)鐘輸出信號(hào)end;architecture one of div isbeginprocess(clk2khz)2KHz to 1Hzvariable count:integer range 0 to 999;-0到 999 計(jì)數(shù)器variable clk1:std_logic;beginif clk2khz'event and clk2khz='1' thenif count=999 then clk1:=not clk1;count:=0;else count:=count+1;end if;end if;clk1hz<=

33、clk1;end process;end;2 、掃描顯示譯碼模塊library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity display isport(clk2khz:in std_logic;-掃描時(shí)鐘信號(hào)one1,ten1,one2,ten2:in integer range 0 to 10; scan:out std_logic_vector(1 downto 0);- seg_7:out std_logic_vector(6 downto 0);- end entity display

34、;architecture three of display issignal data:integer range 0 to 10;signal seg77:std_logic_vector(6 downto 0); signal cnt:std_logic_vector(1 downto 0);beginprocess(data) 七段譯碼begincase data iswhen 0=>seg77<="0111111"when 1=>seg77<="0000110"when 2=>seg77<="101

35、1011"when 3=>seg77<="1001111"when 4=>seg77<="1100110"when 5=>seg77<="1101101"when 6=>seg77<="1111101"when 7=>seg77<="0000111"when 8=>seg77<="1111111"when 9=>seg77<="1101111"when 10=&g

36、t;seg77<="0000000"end case;end process;片選輸出信號(hào)七段譯碼輸出數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描計(jì)數(shù)seg_7<=seg77; process(clk2khz,one1,ten1,one2,ten2) beginif clk2khz'event and clk2khz='1' then -00到 11 循環(huán)計(jì)數(shù)器if cnt="11" then cnt<="00"else cnt<=cnt+1;end if;end if;end process;process(cnt

37、,one1,ten1,one2,ten2) 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示begincase cnt iswhen "00"=>data<=one1;scan<="00"when "01"=>data<=ten1;scan<="01"when "10"=>data<=one2;scan<="10"when "11"=>data<=ten2;scan<="11"when othe

38、rs=>null;end case;end process;end three;3 、交通燈控制及計(jì)時(shí)模塊library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity state5 isport(clk1hz,car:in std_logic;-1hz倒計(jì)時(shí)時(shí)鐘信號(hào)one1,ten1,one2,ten2:out integer range 0 to 10;-倒計(jì)時(shí)數(shù)r_a,g_a,y_a,r_b,g_b,y_b:out std_logic);-主支干道紅黃綠燈end;architecture

39、 two of state5 issignal st:std_logic_vector(2 downto 0);signal r1,g1,y1,r2,g2,y2:std_logic;beginprocess(clk1hz)5 statesvariable eoc:std_logic;-倒計(jì)時(shí)結(jié)束標(biāo)志位variable h1,l1,h2,l2:integer range 0 to 10;beginif clk1hz'event and clk1hz='1' thencase st iswhen "000"=>if car='0'

40、then 支干道沒車經(jīng)過g1<='1'r1<='0'y1<='0'g2<='0'r2<='1'y2<='0' h1:=10;l1:=10;h2:=10;l2:=10;st<="000"else st<="001"h1:=4;l1:=4;h2:=4;l2:=9;end if;when "001"=>if car='0' then st<="000"

41、 主干道綠燈亮 45 秒elseif eoc='0' thenh1:=4;l1:=4;h2:=4;l2:=9;eoc:='1' g1<='1'r1<='0'y1<='0'g2<='0'r2<='1'y2<='0'elseif h1=0 and l1=1 then st<="010"eoc:='0'h1:=0;l1:=0;h2:=0;l2:=5;elsif l1=0 then l1:=9;h1

42、:=h1-1;l2:=l2-1;elsif l2=0 thenl2:=9;h2:=h2-1;l1:=l1-1;else l1:=l1-1;l2:=l2-1;end if;end if;end if;when "010"=>if car='0' then st<="000" 主干道黃燈亮 5 秒elseif eoc='0' then h1:=0;l1:=4; h2:=0;l2:=4;eoc:='1' g1<='0'r1<='0'y1<='1

43、'g2<='0'r2<='1'y2<='0'elseif l1=1 then st<="011"eoc:='0'h1:=0;l1:=0;h2:=0;l2:=0;else l1:=l1-1;l2:=l2-1;end if;end if;end if;when "011"=>if car='0' then st<="000" 支干道綠燈亮 25 秒elseif eoc='0' then h1:=2;l

44、1:=9; h2:=2;l2:=4;eoc:='1' g1<='0'r1<='1'y1<='0'g2<='1'r2<='0'y2<='0'else if h2=0 and l2=1 then st<="100"eoc:='0'h2:=0;l2:=0;h1:=0;l1:=5;elsif l2=0 thenl2:=9;h2:=h2-1;l1:=l1-1;elsif l1=0 thenl1:=9;h1:=h1-1;l2:=l2-1;else l2:=l2-1;l1:=l1-1;end if;end if;end if;when "100"=>if car='0' then st<="000" 支干道黃燈亮 5 秒elseif eoc='0' then h1:=0;l1:=4; h2:=0;l2:=4;eoc:='1' g1<='0'r1<='1'y1<='0'g2<='0'r2<='