基于EDA的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

1、2008級學生 派'* EDA課程設(shè)計EDA!程設(shè)計報告書課題名稱 基于EDA的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計姓名陳勇學號0812201-08物理與電信工程系專 業(yè)電子信息工程指導教師田旺蘭講師2011年6月10日一、設(shè)計任務(wù)及要求：設(shè)計任務(wù)：設(shè)計一個具有四種信號燈的交通燈控制器。要 求：1 .由一條主干道和一條支干道匯合成十字路口，在每個入口處設(shè)置紅、綠、 黃、左拐允許四盞信號燈，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則給行駛 中的車輛有時間停在禁行線外，左拐燈亮允許車輛向左拐彎。2 .信號燈變換次序為：主支干道交替允許通行，主干道每次放行40秒，亮5秒紅燈讓行駛中的車輛有時間停到禁行線外， 左

2、拐放行15秒，亮5秒紅燈；支 干道放行30秒，亮5秒黃燈，左拐放行15秒，亮5秒紅燈。各計時電路為 倒計時顯示。指導教師簽名：2011年 月 日二、指導教師評語：指導教師簽名：2011 年月日三、成績驗收蠱章2011 年月日基于EDA的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計1設(shè)計目的(1)掌握十字路口交通燈控制的設(shè)計原理，并能夠運用VHD閭程語言編寫出實驗程序，進一步對所學的ED砍口識進行掌握與實際應(yīng)用。(2)學會在quartusII軟件環(huán)境中仿真，熟悉軟件的基本操作和運行環(huán)境。(3)鍛煉自己獲取信息的能力，以及能夠獨立自主的思考和解決問題的能力。2設(shè)計的主要內(nèi)容和要求設(shè)計一個基于EDA 勺交通燈控制系統(tǒng)，所要設(shè)

3、計的交通信號燈控制電路要能 夠適用于由一條主干道和一條支干道的匯合點形成的十字交叉路口。能夠做到 主、支干道的紅綠燈閃亮的時間不完全相同， 在綠燈跳變紅燈的過程中能夠用黃 燈進行過渡，使得行駛過程中的車輛有足夠的時間停下來。還要求在主、支干道各設(shè)立一組計時顯示器，能夠顯示相應(yīng)的紅、黃、綠倒計時。可以利用VHD印言合理設(shè)計系統(tǒng)功能，使紅黃綠燈的轉(zhuǎn)換有一個準確的時間間隔和轉(zhuǎn)換順序。3整體設(shè)計方案根據(jù)設(shè)計要求和系統(tǒng)所具有功能，并參考相關(guān)的文獻資料，經(jīng)行方案設(shè)計，畫出如下所示的十字路口交通燈控制器系統(tǒng)框圖，及為設(shè)計的總體方案，框圖如圖3.1所示。并且可以得出系統(tǒng)的狀態(tài)圖如圖 3.2所示，其中：S0:支

4、干道沒有車輛行駛，支干道綠燈，支干道紅燈S1：支干道有車輛行駛，支干道綠燈，支干道紅燈S2:主干道黃燈，支干道綠燈S3:主干道紅燈，支干道綠燈S4:主干道紅燈，支干道黃燈圖3.1整體設(shè)計方框圖17CA"0圖3.2系統(tǒng)狀態(tài)圖4硬件電路的設(shè)計4.1 頂層文件原理圖根據(jù)以上設(shè)計思路，可以得到如下的頂層文件原理圖如4.1所示，具體實物模塊如圖4.2所示。 a國 斯士 ，士士-*aClKlfil：fTmEImP TM副的iMEtp qEDLir|d 町E節(jié)切i;一.一.ek3R叫ih 15伍切LP 3TikflFii-ir nilHh£lL|MI力0呻句I I ww Lp H|”uF

5、但 l1|圖4.1頂層文件原理圖j- dktad5 0carsel2 .0s!seg6.0 insffi1i圖4.2頂層文件的實體圖4.2時鐘分頻器模塊設(shè)計 b kb hi i a 一 !» ra m nj a elk CLK1S a臥m*FitarIVir:mstIS!y M lg|>FM.I-a-* 1/E* _! U I ；/；(圖4.3時鐘分頻器模塊分頻器實現(xiàn)的是將高頻時鐘信號轉(zhuǎn)換成低頻時鐘信號，用于觸發(fā)控制器、計 數(shù)器和掃描顯示電路。系統(tǒng)的動態(tài)掃描需要1HZ的脈沖，而系統(tǒng)時鐘計時模塊需 要1HZ的脈沖。分頻模塊主要為系統(tǒng)提供所需的時鐘計時脈沖。該模塊將1kHZ的脈沖信

6、號進行分頻，產(chǎn)生1S的方波，作為系統(tǒng)時鐘計時信號。具體實物模塊 如圖4.3所示。4.3 控制及計時模塊設(shè)計控制模塊根據(jù)外部輸入信號和計時模塊產(chǎn)生的輸出信號，產(chǎn)生系統(tǒng)的狀態(tài) 機，控制其他部分協(xié)調(diào)工作。計時模塊用來設(shè)定主干道和支干道計時器的初值， 并為掃描顯示譯碼模塊提供倒計時時間?？刂萍坝嫊r模塊采用狀態(tài)機進行設(shè)計，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，支干道紅燈或支干道有車輛駛?cè)?；S2:主干道黃燈，支干道紅燈；S3:主干道紅燈，支干道綠燈；S4: 主干道紅燈，支干道黃燈。利用 CASES句定義狀態(tài)的轉(zhuǎn)換方式及時間的變換方 式，達到主干道綠燈亮

7、45秒，支干道綠燈亮25秒，黃燈亮5秒的設(shè)計要求。 具體實物模塊如圖4.4所示，其中：CAR為支干道車輛檢測開關(guān)CLK1S TIWE1H3.Ocar TlMFlLp 0TIMC2H|3 01FiMEZ |3 OJ(e>jnt6 0ledf： 0在支干道有車的情況下，模塊可以進行減計時CLK1S為1S的時鐘脈沖TIME1H、TIME1L、TIME2H、TIME2L 分別 為主干道時鐘高位、主干道時鐘低位、支干道 時鐘高位、支干道時鐘低位圖4.4控制電路模塊LED為LED燈發(fā)光情況，分別為主干道綠燈、 主干道黃燈、主干道紅燈、支干道綠燈、主干 道黃燈、主干道紅燈Count的總的系統(tǒng)時間，用來

8、改變系統(tǒng)的狀態(tài)4.4 譯碼顯示電路設(shè)計根據(jù)狀態(tài)控制器所控制的狀態(tài)和計數(shù)器 的計時時間，選擇當前狀態(tài)下的根據(jù)狀態(tài)控 制器所控制的狀態(tài)和計數(shù)器的計時時間，選 擇當前狀態(tài)下的采用動態(tài)掃描顯示。具體實 物模塊如圖4.5所示。elkCLP?e|2 0| 會犧0TlklEI Hp 0) 711/lrl ip 0 TIM訓,Uj TlMDLp 0| ccur|E Ft心圖4.5譯碼顯示電路模塊4.5 頂層文件的編寫將以上各個單元模塊仿真成功后，再進行頂層文件的編寫。將各個單元模塊 的變量賦值給頂層文件，從而將各個單元模塊連接起來，統(tǒng)一調(diào)配。得到頂層文 件的實體模塊如圖4.2所示。其中：CLK為1KHZK統(tǒng)時

9、鐘脈沖CAM支干道車輛行駛情況，高電平為有車行駛，低電平為無車行駛LED為交通燈發(fā)光情況SEL為數(shù)碼管位碼掃描SEGJ數(shù)碼管段碼5軟件設(shè)計5.1 時鐘分頻模塊：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY fp ISPORT(clk:IN STD_LOGIC;CLK1S:OUT STD_LOGIC);END fp;ARCHITECTURE one OF fp ISSIGNAL N: STD_LOGIC_VECTOR(9 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(clk)BEGI

10、NIF clk'EVENT AND clk='1' THEN N<=N+1;END IF;END PROCESS;CLK1S<=N(9);END one;5.2 交通燈控制及計時模塊：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY kz ISPORT(CLK1S,car:IN STD_LOGIC;-1S脈沖，支干道車輛檢測TIME1H,TIME1L:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTOM道計時TIME2H,TIME2L:OUT

11、 STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTOM道計時 count:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);-系統(tǒng)總計時led:OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);- 交通燈顯示END KZ;ARCHITECTURE one OF kz ISTYPE states IS (s0,s1,s2,s3,s4,s5);-狀態(tài)初始化SIGNAL current_state,next_state :states;SIGNAL c:STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);BEGINREG:PROCESS(CLK1S,car,cu

12、rrent_state,c)BEGINIF car ='0'THEN current_state <= s0;c<="0000000"ELSEIF CLK1S'EVENT AND CLK1S ='1' THEN - 支干道有車開始計數(shù)c <=c+1;current_state <=next_state;END IF;END IF;CASE current_state IS - 狀態(tài)轉(zhuǎn)換WHEN s0 => LED <="100001" - 支干道無車不減計時TIME1H<=

13、"0100"TIME1L<="0101"TIME2H<="0101"TIME2L<="0000"IF car = '1' THEN next_state <= s1;ELSE next_state <= s0;END IF;WHEN s1 => LED <="100001" - 主干道綠燈，支干道紅燈IF c="0101100" THEN next_state <= s2;ELSE next_state <

14、= s1;END IF;WHEN s2 => LED <="010001" - 主干道黃燈，支干道紅燈IF c="0110001" THEN next_state <= s3;ELSE next_state <=s2;END IF;WHEN s3 => LED <="001100" - 主干道紅燈，支干道綠燈IF c="1001010" THEN next_state <= s4;ELSE next_state <= s3;END IF;WHEN s4 => L

15、ED <="001010" - 支干道黃燈，主干道紅燈IF c="0110001" THEN next_state <= s5;ELSE next_state <=s4;END IF;WHEN OTHERS => LED <="100001" next_state <= s0;END CASE;IF c="0101101" THEN TIME1H<="0000"TIME1L<="0101"- - 系統(tǒng)時間為45，主干道黃燈計時5

16、 秒END IF;IFc="0110010" THENTIME1H<="0011"TIME1L<="0000"TIME2H<="0010"TIME2L<="0101"- - 系統(tǒng)時間為50，主干道計時30 秒 , 支干道計時25秒END IF;IF c="1001011" THEN TIME2H<="0000"TIME2L<="0101"- - 系統(tǒng)時間為75，支干道黃燈計時5 秒END IF;IFc

17、="1010000"THENTIME1H<="0100"TIME1L<="0000"TIME2H<="0101"TIME2L<="0101"- - 系統(tǒng)時間為80，主干道計時45 秒，支干道計時50 秒END IF;IF c="1010000" THEN c<="0000000" - 系統(tǒng)時間清零END IF;END PROCESS REG;count <=c;END one;5.3 掃描顯示譯碼器：LIBRARY IE

18、EE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY xs ISPORT(clk,CLK1S,car:IN STD_LOGIC;TIME1H,TIME1L:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); 主干道置數(shù)- TIME2H,TIME2L:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); 支干道置數(shù)- count:IN STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); -計數(shù)信號 sel:OUT STD

19、_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); -數(shù)碼管位碼- seg:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); -數(shù)碼管段碼-END xs;ARCHITECTURE one OF xs ISSIGNAL num:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);SIGNAL numsel:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);SIGNAL numseg:STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);SIGNAL Q1,Q2,Q3,Q4:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINSM:PROCES

20、S (clk,num,numsel) - 掃描BEGINIF clk'EVENT AND clK='1' THEN numsel<=numsel+1;IF numsel="011" THEN numsel<="000"END IF;END IF;END PROCESS SM;WX:PROCESS (numsel,Q1,Q2,Q3,Q4) -位選BEGINCASE numsel ISWHEN"011" =>num<=Q4;WHEN"010" =>num<=Q

21、3;WHEN"001" =>num<=Q2;WHEN"000" =>num<=Q1;WHEN OTHERS =>NULL;END CASE;END PROCESS WX;ZS:PROCESS(CLK1S,car,Q1,Q2,Q3,Q4,num,TIME1H,TIME1L,TIME2H,TIME2L)- 數(shù)碼管置數(shù)BEGINIF car ='1' THENIF CLK1S'EVENT AND CLK1S='1' THENIF Q2>"0000" THEN Q2&

22、lt;=Q2-1;ELSEIF Q1>"0000" THEN Q1<=Q1-1;Q2<="1001" - 減計時END IF;END IF;IF Q4>"0000" THEN Q4<=Q4-1;ELSEIF Q3>"0000" THEN Q3<=Q3-1;Q4<="1001"END IF;END IF;END IF;IF Q1="0000" AND Q2="0000" THENQ1<=TIME1H;Q2

23、<=TIME1L;END IF;IF Q3="0000" AND Q4="0000" THENQ3<=TIME2H;Q4<=TIME2L;END IF;ELSE Q1<=TIME1H;Q2<=TIME1L; -支路無車輛不減計時Q3<=TIME2H;Q4<=TIME2L;END IF;END PROCESS ZS;YM:PROCESS (num,numseg)BEGINCASE num ISWHEN "0000"=>numseg<="1111110"WHEN &

24、quot;0001"=>numseg<="0110000"WHEN "0010"=>numseg<="1101101"WHEN "0011"=>numseg<="1111001"WHEN "0100"=>numseg<="0110011"WHEN "0101"=>numseg<="1011011"WHEN "0110"=>

25、numseg<="1011111"WHEN "0111"=>numseg<="1110000"WHEN "1000"=>numseg<="1111111"WHEN "1001"=>numseg<="1111011"WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;END PROCESS YM;sel<=numsel;seg<=numseg;END one;5.4 頂層文件：LIBRARY IE

26、EE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY jtd ISPORT (clk:IN STD_LOGIC;-動態(tài)掃描時鐘car:IN STD_LOGIC;-支路車輛傳感信號led:OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0); -交通燈信號sel:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); -數(shù)碼管位碼seg:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); -數(shù)碼管段碼-END jt

27、d;ARCHITECTURE one OF jtd ISCOMPONENT fPPORT(clK:IN STD_LOGIC;CLK1S:OUT STD_LOGIC);END COMPONENT;COMPONENT kzPORT(CLK1S,car:IN STD_LOGIC;TIME1H,TIME1L:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);TIME2H,TIME2L:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);count:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);led:OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOW

28、NTO 0);END COMPONENT;COMPONENT xsPORT(clK,CLK1S,car:IN STD_LOGIC;TIME1H,TIME1L:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);TIME2H,TIME2L:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);count:IN STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);sel:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);seg:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);END COMPONENT;SIGNAL CLK1S:STD_

29、LOGIC;SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);SIGNAL TIME1H,TIME1L,TIME2H,TIME2L:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); BEGINU1:fp PORT MAP(CLK=>clk,CLK1S=>CLK1S);U2:kzPORTMAP(CLK1S=>CLK1S,car=>car,count=>count,led=>led,TIME1H=>TIME1H, TIME1L=>TIME1L,TIME2H=>TIME2H,TIME2L=>TIM

30、E2L);U3:xsPORTMAP(clk=>clk,CLK1S=>CLK1S,car=>car,count=>count,sel=>sel,seg=>seg, TIME1H=>TIME1H,TIME1L=>TIME1L,TIME2H=>TIME2H,TIME2L=>TIME2L); END;6系統(tǒng)仿真與分析6.1 仿真結(jié)果利用quartusII軟件對頂層實體程序進行編譯，生成了可以進行仿真定時分 析以及下載到可編程器件的相關(guān)文件，然后進行仿真，即可得到最后仿真結(jié)果。 仿真結(jié)果如圖6.1所示：Vaue at20.25 ncznrft?

31、B 1ctrQ 1ckE led ledLtf ledtLD 0B KDC01忙10 USp10DD01led：4： I 戶國sagseqO 制國 xq【£JB C110011B 1 0 0 R n0 1LJLIE12K1LJ1LHULU0LLX1J£ LJ2K1-Value 就 2CL25 nccarR 1dkeoE rrle 1'XnoiIE：。£ 1i«l.UCOledt,2£013BQledl.41eoled國B 1S 5egE C110011segfoiE 1整1B 1E0力引60seg4C 1w 1-1當班OY二11 ,仁/, 11廣倏I_IYmlq三審MO.,dm 4.0 ns MO.,0 ns鴕0.。七10 US 4的 此以J20 25 m*caielk9 1b a1_1 L_1 _1|_|11111 1_ 1 1 l_t國3B 1OKC1WWQlWicoa iMUBC百E田00蟲引BO互kd(480LF14d1可E 1國xg3 QUQGL1二二wn工匚:jou工口mip工camn工-up二工加1工二工