桂林電子科技大學EDA實訓-交通燈控制電路的設計

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年交通燈控制電路的設計1系統(tǒng)設計1.1設計要求設計任務用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。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(jié)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設計思路fpq是分頻器，將EDA實訓儀主板提供的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(jié)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)〕。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：modulefpq(clk,newclk);inputclk;outputregnewclk;reg[24:0]counter;always@(posedgeclk)begincounter=counter+1;if(counter>=20000000)counter=0;if(counter<=10000000)newclk='b1;elseif(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：modulergwork(clk,clrn,ydbj,gzfs,LED,t1,t2,q1,q2);inputclk,clrn;input[7:0]q1,q2;outputregydbj;outputreg[1:0]gzfs;outputreg[7:0]LED;outputreg[7:0]t1,t2;reg[7:0]rtime,gtime,ytime,rtime1='h20,gtime1='h16;reg[1:0]z;initialbeginrtime='h20;gtime='h16;ytime='h03;ydbj=0;z=0;endalways@(posedgeclkornegedgeclrn)beginif(~clrn)ydbj=1;elsebeginif(q1==0||q2==0)ydbj=1;elsebeginydbj=0;rtime=rtime1;gtime=gtime1;endendendalways@(posedgeydbjornegedgeclrn)beginif(~clrn)begint1=rtime;t2=gtime;LED='b01100110;gzfs=2;z=0;endelsebeginz=z+1;case(z)0:begint1=rtime;t2=gtime;LED='b01100110;gzfs=2;end1:begint1=ytime;t2=ytime;LED='b00100010;gzfs=0;end2:begint1=gtime;t2=rtime;LED='b10011001;gzfs=2;end3:begint1=ytime;t2=ytime;LED='b10001000;gzfs=1;enddefault:begint1=rtime;t2=gtime;LED='b01100110;gzfs=2;endendcaseendendendmodule2.3黃燈模塊設計黃燈模塊截圖：黃燈模塊程序設計：moduleywork(gzfs,clk,clrn,q1,q2,LED_h);input[7:0]q1,q2;inputclk,clrn;input[1:0]gzfs;outputreg[3:0]LED_h;always@(posedgeclkornegedgeclrn)beginif(~clrn) LED_h='b0000; else begin if(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; end if(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; end endendendmodule2.4控制模塊的設計控制模塊截圖：控制模塊程序設計：modulecountor(ts,en,clk,ybj,t1,t2,q1,q2);inputclk,ybj,en,ts;input[7:0]t1,t2;outputreg[7:0]q1,q2;always@(posedgeclk^tsorposedgeybjorposedgeen)beginif(en)beginq1=q1;q2=q2;endelse begin if(ybj)beginq1=t1;q2=t2;end else begin if(q1==0)q1='h99; elsebeginq1=q1-1;end if(q1[3:0]>='ha)q1[3:0]=9; if(q2==0)q2='h99; elsebeginq2=q2-1;end if(q2[3:0]>='ha)q2[3:0]=9; endendendendmodule調(diào)試過程用QuartusⅡ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(jié)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?！彩鼓芏俗饔谩?。當K8按鍵按下時，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、QuartusⅡ軟件4.2性能指標測試根本實現(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，密碼錯誤時那么無法實現(xiàn)調(diào)時功能〕。兩個按鍵K8,K7分別實現(xiàn)復位與調(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(jié)構(gòu)和根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參加相應的模塊即可。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)實中去，可能由于種種因素的制約，并不能到達實際的效果，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穩(wěn)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---VerilogHDL版》西安電子科技大學出版社附錄附錄1：仿真波形圖〔局部模塊〕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：modulefpq(clk,newclk);inputclk;outputregnewclk;reg[24:0]counter;always@(posedgeclk)begincounter=counter+1;if(counter>=20000000)counter=0;if(counter<=10000000)newclk='b1;elseif(counter>10000000)newclk='b0;endendmodule紅綠燈模塊程序設計：modulergwork(clk,clrn,ydbj,gzfs,LED,t1,t2,q1,q2);inputclk,clrn;input[7:0]q1,q2;outputregydbj;outputreg[1:0]gzfs;outputreg[7:0]LED;outputreg[7:0]t1,t2;reg[7:0]rtime,gtime,ytime,rtime1='h20,gtime1='h16;reg[1:0]z;initialbeginrtime='h20;gtime='h16;ytime='h03;ydbj=0;z=0;endalways@(posedgeclkornegedgeclrn)beginif(~clrn)ydbj=1;elsebeginif(q1==0||q2==0)ydbj=1;elsebeginydbj=0;rtime=rtime1;gtime=gtime1;endendendalways@(posedgeydbjornegedgeclrn)beginif(~clrn)begint1=rtime;t2=gtime;LED='b01100110;gzfs=2;z=0;endelsebeginz=z+1;case(z)0:begint1=rtime;t2=gtime;LED='b01100110;gzfs=2;end1:begint1=ytime;t2=ytime;LED='b00100010;gzfs=0;end2:begint1=gtime;t2=rtime;LED='b10011001;gzfs=2;end3:begint1=ytime;t2=ytime;LED='b10001000;gzfs=1;enddefault:begint1=rtime;t2=gtime;LED='b01100110;gzfs=2;endendcaseendendendmodule黃燈模塊程序設計：moduleywork(gzfs,clk,clrn,q1,q2,LED_h);input[7:0]q1,q2;inputclk,clrn;input[1:0]gzfs;outputreg[3:0]LED_h;always@(posedgeclkornegedgeclrn)beginif(~clrn) LED_h='b0000; else begin if(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; end if(gzfs==1) begin