桂林電子科技大學(xué)EDA實(shí)訓(xùn)——交通燈控制電路的設(shè)計(jì)

1、 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院EDA技術(shù)及應(yīng)用實(shí)訓(xùn)報(bào)告學(xué) 號(hào) 1252310106 姓 名 陳 力 指導(dǎo)教師：李德明2014 年 4 月 29 日交通燈控制電路的設(shè)計(jì)1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)要求1.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 用EDA實(shí)訓(xùn)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(jì)時(shí)時(shí)間。1.1.2 性能指標(biāo)要求 能設(shè)置道路東西和南北兩側(cè)通行和禁止的倒計(jì)時(shí)時(shí)間，最大設(shè)置時(shí)間為99秒，最小設(shè)置時(shí)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(yīng)符合實(shí)際交通道路控制的要求。1.2 設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)框圖1.2.1設(shè)計(jì)思路fpq是分頻器，將EDA實(shí)訓(xùn)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(shí)鐘。Rgwork和ywork是減法計(jì)數(shù)器，產(chǎn)生道路東西和南北通行和禁止的倒計(jì)時(shí)時(shí)間。Counter是控制電路，控制整個(gè)系統(tǒng)的工作?？刂破鹘邮盏褂?jì)時(shí)的結(jié)果，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)歸0時(shí)，改變電路的控制模式，輸出倒計(jì)時(shí)的初始時(shí)間和交通燈亮滅控制信號(hào)。6輸入或非門和2輸入與非門組成了簡(jiǎn)易密碼鎖的功能（通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)）。1.2.2總體設(shè)計(jì)框圖 分頻器交通燈控制電路 數(shù)碼管及LED燈2 各個(gè)模塊程序的設(shè)計(jì)2.1分頻器模塊的設(shè)計(jì)分頻器模塊截圖：分頻器模塊程序設(shè)計(jì)：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(shè)計(jì)紅綠燈模塊截圖：紅綠燈模塊程序設(shè)計(jì)：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(shè)計(jì)黃燈模塊截圖：黃燈模塊程序設(shè)計(jì)：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(shè)計(jì)控制模塊截圖：控制模塊程序設(shè)計(jì)：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(guò)程用Quartus 軟件對(duì)程序編譯成功后下載到EDA試驗(yàn)箱。LED開(kāi)始亮，四個(gè)數(shù)碼管顯示3s倒計(jì)時(shí)，即黃燈開(kāi)始進(jìn)入閃爍狀態(tài)，然后開(kāi)始實(shí)現(xiàn)東西方綠燈，南北方紅燈狀態(tài)。綠燈倒計(jì)時(shí)結(jié)束以后黃燈再次閃爍，隨后進(jìn)入南北方綠燈，東西方紅燈狀態(tài)。并不斷自動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)S15撥到上方時(shí)，實(shí)現(xiàn)交通燈暫停（使能端作用）。當(dāng)K8按鍵按下

11、時(shí)，交通燈自動(dòng)恢復(fù)到初始化狀態(tài)。當(dāng)將S3，S2,S1,S0撥為1010并按下K7按鍵能實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)調(diào)時(shí)。4 功能測(cè)試4.1 測(cè)試儀器與設(shè)備 EDA實(shí)訓(xùn)箱、 計(jì)算機(jī)一臺(tái)、Quartus 軟件4.2 性能指標(biāo)測(cè)試 基本實(shí)現(xiàn)要求，初始化南北方向?yàn)榧t燈，東西方向?yàn)榫G燈，倒計(jì)時(shí)20s，東西方向開(kāi)始黃燈閃爍3秒，同時(shí)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(jì)時(shí)的同時(shí)數(shù)碼管交替顯示不同亮燈的倒計(jì)時(shí)時(shí)間。實(shí)現(xiàn)4位數(shù)碼管顯示。撥碼開(kāi)關(guān)S15實(shí)現(xiàn)暫停功能，S3到S0四個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易密碼鎖功能（當(dāng)撥“1010”時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)時(shí)功能，密碼錯(cuò)誤時(shí)則無(wú)法實(shí)現(xiàn)調(diào)時(shí)功能）。兩個(gè)按鍵K8,K7分別實(shí)現(xiàn)復(fù)

12、位與調(diào)時(shí)功能（調(diào)時(shí)功能在密碼正確情況下實(shí)現(xiàn)）。5 實(shí)訓(xùn)心得體會(huì)這次實(shí)驗(yàn)使我更進(jìn)一步地熟悉了VHDL硬件描述語(yǔ)言的設(shè)計(jì)思想，同時(shí)通過(guò)對(duì)程序的調(diào)試也使自己對(duì)VHDL語(yǔ)言的語(yǔ)法，結(jié)構(gòu)和基本語(yǔ)句有了更深刻的了解。在設(shè)計(jì)較復(fù)雜數(shù)字電路系統(tǒng)時(shí)最好采用分層設(shè)計(jì)的方法，分為各個(gè)功能模塊，逐個(gè)進(jìn)行仿真，最后通過(guò)頂層文件調(diào)用各個(gè)底層文件完成設(shè)計(jì)，程序也便于修改如程序要增加一些功能也只需加入相應(yīng)的模塊即可。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還應(yīng)該多聯(lián)系下實(shí)際情況，要了解實(shí)際情況下交通信號(hào)燈的工作情況，才能更好的完成此次的課程設(shè)計(jì)。在今后的工作和學(xué)習(xí)中，我們不能僅僅把目光停留在課本上，要多理論聯(lián)系實(shí)際。有的時(shí)候，理論上是正確的東西放到現(xiàn)

13、實(shí)中去，可能由于種種因素的制約，并不能達(dá)到實(shí)際的效果，還需要我們進(jìn)行相應(yīng)的修改才能完成要求。這次的課程設(shè)計(jì)使我鞏固了以前學(xué)習(xí)到的知識(shí)，還使我掌握了以前沒(méi)有掌握的知識(shí)，同時(shí)鍛煉了自己的能力。6 參考文獻(xiàn)【1】江國(guó)強(qiáng).新編數(shù)字邏輯電路 北京郵電大學(xué)出版社 2006年12月【2】江國(guó)強(qiáng). EDA技術(shù)與應(yīng)用 電子工業(yè)出版社 2010年4月【3】王金明、冷自強(qiáng).EDA技術(shù)與Verilog設(shè)計(jì)科學(xué)出版社 2008年8月【4】謝自美.電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試（第二版）武漢華中科技大學(xué)出版社2000【5】譚會(huì)生、張昌凡 EDA技術(shù)與應(yīng)用-Verilog HDL版西安電子科技大學(xué)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(shè)計(jì)：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(shè)計(jì)：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(shè)計(jì)：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=