基于EDA的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、2021級(jí)學(xué)生EDA課程設(shè)計(jì) EDA課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課題名稱 基于EDA的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名陳 勇學(xué) 號(hào) 0812201-08 院 系物理與電信工程系專 業(yè)電子信息工程指導(dǎo)教師田旺蘭 講師2011年 6月10日 一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：設(shè)計(jì)任務(wù)： 設(shè)計(jì)一個(gè)具有四種信號(hào)燈的交通燈控制器。要 求： 1由一條主干道和一條支干道集合成十字路口，在每個(gè)入口處設(shè)置紅、綠、黃、左拐允許四盞信號(hào)燈，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮那么給行駛中的車輛有時(shí)間停在禁行線外，左拐燈亮允許車輛向左拐彎。2信號(hào)燈變換次序?yàn)椋褐髦Ц傻澜惶嬖试S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(shí)間停到禁行線外，左拐

2、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(jì)時(shí)電路為倒計(jì)時(shí)顯示。指導(dǎo)教師簽名： 2021 年 月 日 二、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師簽名： 2021 年 月 日 三、成績(jī)驗(yàn)收蓋章 2021 年 月 日 基于EDA的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)目的1掌握十字路口交通燈控制的設(shè)計(jì)原理，并能夠運(yùn)用VHDL編程語(yǔ)言編寫出實(shí)驗(yàn)程序,進(jìn)一步對(duì)所學(xué)的EDA知識(shí)進(jìn)行掌握與實(shí)際應(yīng)用。2學(xué)會(huì)在quartusII軟件環(huán)境中仿真，熟悉軟件的根本操作和運(yùn)行環(huán)境。3鍛煉自己獲取信息的能力，以及能夠獨(dú)立自主的思考和解決問題的能力。2設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求設(shè)計(jì)一個(gè)基于EDA的交通燈控制系統(tǒng)，

3、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集合點(diǎn)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(shí)間不完全相同，在綠燈跳變紅燈的過程中能夠用黃燈進(jìn)行過渡，使得行駛過程中的車輛有足夠的時(shí)間停下來。還要求在主、支干道各設(shè)立一組計(jì)時(shí)顯示器，能夠顯示相應(yīng)的紅、黃、綠倒計(jì)時(shí)。可以利用VHDL語(yǔ)言合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能，使紅黃綠燈的轉(zhuǎn)換有一個(gè)準(zhǔn)確的時(shí)間間隔和轉(zhuǎn)換順序。3 整體設(shè)計(jì)方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求和系統(tǒng)所具有功能，并參考相關(guān)的文獻(xiàn)資料，經(jīng)行方案設(shè)計(jì)，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(jì)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CLK時(shí)鐘分頻模塊交通燈控制及計(jì)時(shí)模塊掃描顯示模塊LED顯示數(shù)碼管位碼數(shù)碼管段碼圖3.1 整體設(shè)計(jì)方框圖 圖3.2 系統(tǒng)狀態(tài)圖4 硬件電路的設(shè)計(jì)4.1 頂層文件原理圖 根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路，可以得到如下的頂層文件原理圖如4.1所示，具體實(shí)物模塊如圖4.2所示。 圖分頻器模塊4.2時(shí)鐘分頻器模塊設(shè)計(jì)分頻器實(shí)現(xiàn)的是將高頻時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成低頻時(shí)鐘信號(hào)，用于觸發(fā)控制器、計(jì)數(shù)器和掃描顯示電路。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)掃描需要1HZ的脈沖，而系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)時(shí)模塊

5、需要1HZ的脈沖。分頻模塊主要為系統(tǒng)提供所需的時(shí)鐘計(jì)時(shí)脈沖。該模塊將1kHZ的脈沖信號(hào)進(jìn)行分頻，產(chǎn)生1S的方波，作為系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)時(shí)信號(hào)。具體實(shí)物模塊如圖4.3所示。4.3控制及計(jì)時(shí)模塊設(shè)計(jì)控制模塊根據(jù)外部輸入信號(hào)和計(jì)時(shí)模塊產(chǎn)生的輸出信號(hào)，產(chǎn)生系統(tǒng)的狀態(tài)機(jī)，控制其他局部協(xié)調(diào)工作。計(jì)時(shí)模塊用來設(shè)定主干道和支干道計(jì)時(shí)器的初值，并為掃描顯示譯碼模塊提供倒計(jì)時(shí)時(shí)間?？刂萍坝?jì)時(shí)模塊采用狀態(tài)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，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

6、用CASE語(yǔ)句定義狀態(tài)的轉(zhuǎn)換方式及時(shí)間的變換方式，到達(dá)主干道綠燈亮45秒，支干道綠燈亮25秒，黃燈亮5秒的設(shè)計(jì)要求。具體實(shí)物模塊如圖4.4所示，其中：CAR為支干道車輛檢測(cè)開關(guān)在支干道有車的情況下，模塊可以進(jìn)行減計(jì)時(shí)CLK1S為1S的時(shí)鐘脈沖TIME1H、TIME1L、TIME2H、TIME2L分別為主干道時(shí)鐘高位、主干道時(shí)鐘低位、支干道時(shí)鐘高位、支干道時(shí)鐘低位LED為L(zhǎng)ED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(shí)間，用來改變系統(tǒng)的狀態(tài)4.4 譯碼顯示電路設(shè)計(jì)根據(jù)狀態(tài)控制器所控制的狀態(tài)和計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)時(shí)間，選擇當(dāng)前狀態(tài)下的根

7、據(jù)狀態(tài)控制器所控制的狀態(tài)和計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)時(shí)間，選擇當(dāng)前狀態(tài)下的采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。具體實(shí)物模塊如圖4.5所示。 譯碼顯示電路模塊4.5 頂層文件的編寫將以上各個(gè)單元模塊仿真成功后，再進(jìn)行頂層文件的編寫。將各個(gè)單元模塊的變量賦值給頂層文件，從而將各個(gè)單元模塊連接起來，統(tǒng)一調(diào)配。得到頂層文件的實(shí)體模塊如圖4.2所示。其中：CLK為1KHZ系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖CAR為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SEG為數(shù)碼管段碼5 軟件設(shè)計(jì)5.1 時(shí)鐘分頻模塊：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE

8、.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)BEGIN IF 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(jì)時(shí)模塊：LIBRARY IEEE;USE

9、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(cè)TIME1H,TIME1L:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);-支干道計(jì)時(shí)TIME2H,TIME2L:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);-支干道計(jì)時(shí)count:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); -系統(tǒng)總計(jì)時(shí)led:OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0); -

10、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,current_state,c)BEGINIF car ='0'THEN current_state <= s0;c<="0000000"ELSEIF CLK1S'EVENT

11、AND CLK1S ='1' THEN -支干道有車開始計(jì)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(jì)時(shí)TIME1H<="0100"TIME1L<="0101"TIME2H<="0101"TIME2L<="0000"IF car = '1'

12、 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 <= s1;END IF;WHEN s2 => LED <="010001" -主干道黃燈，支干道紅燈IF c="0110001" THEN next_state <= s3;EL

13、SE 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 => LED <="001010" -支干道黃燈，主干道紅燈IF c="0110001" THEN next_state <= s5;ELSE next_state <=s4;END IF;

14、WHEN OTHERS => LED <="100001" next_state <= s0;END CASE;IF c="0101101" THEN TIME1H<="0000"TIME1L<="0101" -系統(tǒng)時(shí)間為45，主干道黃燈計(jì)時(shí)5秒END IF;IFc="0110010" THENTIME1H<="0011"TIME1L<="0000"TIME2H<="0010"TIME2L

15、<="0101"-系統(tǒng)時(shí)間為50，主干道計(jì)時(shí)30秒,支干道計(jì)時(shí)25秒END IF;IF c="1001011" THEN TIME2H<="0000"TIME2L<="0101"-系統(tǒng)時(shí)間為75，支干道黃燈計(jì)時(shí)5秒END IF;IFc="1010000"THENTIME1H<="0100"TIME1L<="0000"TIME2H<="0101"TIME2L<="0101"-系

16、統(tǒng)時(shí)間為80，主干道計(jì)時(shí)45秒，支干道計(jì)時(shí)50秒END IF;IF c="1010000" THEN c<="0000000" -系統(tǒng)時(shí)間清零END IF;END PROCESS REG;count <=c;END one;5.3 掃描顯示譯碼器：LIBRARY IEEE;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; TIM

17、E1H,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(jì)數(shù)信號(hào) 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 xs;ARCHITECTURE one OF xs ISSIGNAL num:STD_LOGIC_VECTOR(3

18、 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:PROCESS (clk,num,numsel) -掃描BEGINIF clk'EVENT AND clK='1' THEN numsel<=numsel+1;IF numsel="011" THEN numsel<="000&

19、quot;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<=Q3;WHEN"001" =>num<=Q2;WHEN"000" =>num<=Q1;WHEN OTHERS =>NULL;END CASE;END PROCESS WX;ZS:PROCESS(CLK1S,car,Q

20、1,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<=Q2-1;ELSEIF Q1>"0000" THEN Q1<=Q1-1;Q2<="1001" -減計(jì)時(shí)END IF;END IF;IF Q4>"0000" THEN Q4<=Q4-1;EL

21、SEIF Q3>"0000" THEN Q3<=Q3-1;Q4<="1001"END IF;END IF;END IF;IF Q1="0000" AND Q2="0000" THEN Q1<=TIME1H;Q2<=TIME1L;END IF;IF Q3="0000" AND Q4="0000" THEN Q3<=TIME2H;Q4<=TIME2L;END IF;ELSE Q1<=TIME1H;Q2<=TIME1L; -支路

22、無車輛不減計(jì)時(shí) Q3<=TIME2H;Q4<=TIME2L;END IF;END PROCESS ZS;YM:PROCESS (num,numseg)BEGINCASE num ISWHEN "0000"=>numseg<="1111110"WHEN "0001"=>numseg<="0110000"WHEN "0010"=>numseg<="1101101"WHEN "0011"=>numseg<

23、;="1111001"WHEN "0100"=>numseg<="0110011"WHEN "0101"=>numseg<="1011011"WHEN "0110"=>numseg<="1011111"WHEN "0111"=>numseg<="1110000"WHEN "1000"=>numseg<="1111111"

24、;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 IEEE;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(dòng)態(tài)掃描時(shí)鐘 car:

25、IN STD_LOGIC; -支路車輛傳感信號(hào) led:OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0); -交通燈信號(hào) 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 jtd;ARCHITECTURE one OF jtd ISCOMPONENT fPPORT(clK:IN STD_LOGIC; CLK1S:OUT STD_LOGIC);END COMPONENT;COMPONENT kzPORT(CLK1S,car:IN STD_LOGI

26、C; 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 DOWNTO 0);END COMPONENT;COMPONENT xsPORT(clK,CLK1S,car:IN STD_LOGIC; TIME1H,TIME1L:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); TIME2H,TIME2L:IN S

27、TD_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_LOGIC;SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);SIGNAL TIME1H,TIME1L,TIME2H,TIME2L:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINU1:fp POR

28、T MAP(CLK=>clk,CLK1S=>CLK1S);U2:kzPORTMAP(CLK1S=>CLK1S,car=>car,count=>count,led=>led,TIME1H=>TIME1H,TIME1L=>TIME1L,TIME2H=>TIME2H,TIME2L=>TIME2L);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