EDA課程設(shè)計(jì)-交通燈控制器

1.設(shè)計(jì)任務(wù)要求： 32.背景分析 32.1分析： 32.2系統(tǒng)總體組成框圖： 43.設(shè)計(jì)方案： 53.1分頻器的設(shè)計(jì)： 53.2控制器的設(shè)計(jì): 63.3計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì): 83.4分位譯碼電路設(shè)計(jì)： 83.5數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)——綠燈和紅燈驅(qū)動(dòng)： 93.6數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)——黃燈驅(qū)動(dòng)： 114.頂層文件的設(shè)計(jì)： 125.設(shè)計(jì)總結(jié)： 13摘要：根據(jù)數(shù)字邏輯電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)踐，利用QuartusⅡ軟件設(shè)計(jì)一個(gè)基于EDA技術(shù)的由東西車道和南北車道的匯合點(diǎn)形成的十字交叉路口的交通燈控制器，通過(guò)分頻器模塊、控制器模塊、計(jì)數(shù)器模塊、分位譯碼電路模塊、驅(qū)動(dòng)模塊的實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)整體組裝、測(cè)試及程序來(lái)實(shí)現(xiàn)交通燈的控制功能。關(guān)鍵詞：QuartusⅡ，交通燈控制器，模塊，程序1.設(shè)計(jì)任務(wù)要求：1、功能：實(shí)現(xiàn)交通燈控制邏輯，控制紅綠燈的亮和滅，并顯示紅綠燈的倒計(jì)時(shí)，東西車道和南北車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間都設(shè)為25秒；要求黃燈先亮5秒，才能變換運(yùn)行車道2、輸入信號(hào)：時(shí)鐘信號(hào)clk為1kHz3、輸出信號(hào)：紅、綠、黃燈控制信號(hào)（高電平時(shí)亮），兩位倒計(jì)時(shí)LED數(shù)碼管（共陰極）顯示碼（靜態(tài)顯示方式）4、要求：系統(tǒng)由分頻器（將1kHz時(shí)鐘變?yōu)?Hz）、計(jì)數(shù)器（實(shí)現(xiàn)25秒和5秒的倒計(jì)時(shí)）、狀態(tài)機(jī)（控制紅綠燈的變換）、顯示碼譯碼器（將時(shí)間的BCD碼轉(zhuǎn)換成LED顯示碼）。5、要求給出系統(tǒng)總體組成框圖，設(shè)計(jì)思路，完成以上模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)及功能仿真，狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)圖、頂層文件及整體仿真。2.背景分析2.1分析：交通燈的功能是實(shí)現(xiàn)一個(gè)交叉口的通車控制，交通燈顯示有以下4種狀態(tài)：1.東西車道綠燈（20s），南北車道紅燈(20s)；2.東西車道黃燈(5s)，南北車道紅燈(5s)；3.東西車道紅燈(20s)，南北車道綠燈(20s)；4.東西車道紅燈(5s)，南北車道黃燈(5s)。綜上：東西向綠燈每次亮20S，接著黃燈亮5S，最后紅燈亮25S；南北向紅燈每次亮25S，接著綠燈亮20S，最后黃燈亮5S。依此循環(huán)。2.2系統(tǒng)總體組成框圖：通電通電復(fù)位Yes復(fù)位No南北為紅，東西為綠，計(jì)時(shí)開(kāi)始南北為紅，東西為綠，計(jì)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)到20sNo計(jì)時(shí)到20sYes南北為紅，東西為黃南北為紅，東西為黃計(jì)時(shí)到5s計(jì)時(shí)到5sNoYes南北為綠，東西為紅南北為綠，東西為紅計(jì)時(shí)到20s計(jì)時(shí)到20sNoYes南北為黃，東西為紅南北為黃，東西為紅計(jì)時(shí)到5sNo計(jì)時(shí)到5sYes3.設(shè)計(jì)方案：3.1分頻器的設(shè)計(jì)：程序設(shè)計(jì)：仿真波形圖：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;entityfenpinqiisport(clkin:instd_logic;clkout:outstd_logic);end;architecturedevideroffenpinqiisconstantn:integer:=999;signalcounter:integerrange0to999;signalclk:std_logic;beginprocess(clkin)beginifclkin'eventandclkin='1'thenifcounter=999thencounter<=0;clk<=notclk;elsecounter<=counter+1;endif;endif;endprocess;clkout<=clk;end;3.2控制器的設(shè)計(jì):控制器的作用是根據(jù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值控制發(fā)光二極管的亮、滅，以及輸出倒計(jì)時(shí)數(shù)值給七段譯管的分譯碼電路。LIBRARYIEEE;仿真波形圖：USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYkongzhiqiISPORT(clock:INSTD_LOGIC;countNum:inINTEGERRANGE0TONumA,NumB:outINTEGERRANGE0TORedA,GreenA,YellowA:outstd_logic;RedB,GreenB,YellowB:outstd_logic);END;ARCHITECTUREbehaviorOFkongzhiqiISBEGINprocess(clock)BEGINIFrising_edge(clock)THENIFCountNum<=19THEN--前20s東西方向綠燈亮NumA<=20-CountNum;RedA<='0';GreenA<='1';YellowA<='0';ELSIFCountNum<=24THEN--21到25s東西方向黃燈亮NumA<=25-CountNum;RedA<='0';GreenA<='0';YellowA<='1';ELSENumA<=50-CountNum;--26到50s東西方向紅燈亮RedA<='1';GreenA<='0';YellowA<='0';ENDIF;

IFCountNum<=24THEN--前25s南北方向紅燈亮，東西通行NumB<=29-CountNum;RedB<='1';GreenB<='0';YellowB<='0';ELSIFCountNum<=44THEN--26到45s南北方向綠燈亮NumB<=45-CountNum;RedB<='0';GreenB<='1';YellowB<='0';ELSeNumB<=50-CountNum;--46到50s南北方向黃燈亮RedB<='0';GreenB<='0';YellowB<='1';ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;END;3.3計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì):程序如下：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYjishuqiISPORT(clock:INSTD_LOGIC;countNum:BuFFeRINTEGERRANGEEND;ARCHITECTUREbehaviorOFjishuqiISBEGINprocess(clock)BEGINIFrising_edge(clock)THEN仿真波形圖：IFcountNum=49THENcountNum<=0;ELSEcountNum<=countNum+1;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;END;3.4分位譯碼電路設(shè)計(jì)：將倒計(jì)時(shí)時(shí)間表示為兩位十進(jìn)制數(shù)分別顯示LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYfenweiISPORT(Numin:INintegerNumA,NumB:OUTEND;ARCHITECTUREbehaviorOFfenweiISBEGINprocess(Numin)BEGINIFNumin>=20THENNumA<=2;NumB<=Numin-20;ELSIFNumin>=10THENNumA<=1;仿真波形圖：NumB<=Numin-10;ELSENumA<=0;NumB<=Numin;ENDIF;ENDPROCESS;END;上面的分位譯碼電路設(shè)計(jì)為東西方向倒計(jì)時(shí)顯示，南北方向同理，只需將NumA和NumB替換為NumC，NumD即可，這里不再重復(fù)。3.5數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)——綠燈和紅燈驅(qū)動(dòng)：本模塊設(shè)計(jì)為時(shí)序邏輯電路，采用下降沿觸發(fā)。實(shí)體模塊如圖2-14和仿真波形。程序設(shè)計(jì)：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYqudongISPORT(clk:inSTD_LOGIC;enable:instd_logic;data:INintegersegout:outSTD_LOGIC_VECTOR(7downto0));END;ARCHITECTUREbehaviorOFqudongISBEGINprocess(Clk,data)BEGINIFfalling_edge(Clk)andenable='1'thencasedataiswhen0=>segout<="00111111";when1=>segout<="00000110";when2=>segout<="01011011";when3=>segout<="01001111";when4=>segout<="01100110";when5=>segout<="01101101";when6=>segout<="01111101";when7=>segout<="00000111";when8=>segout<="01111111";when9=>segout<="01101111";whenothers=>null;ENDCASE;ENDIF;ENDPROCESS;END;3.6數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)——黃燈驅(qū)動(dòng)：由于黃燈固定時(shí)間是5秒，因此變化范圍是0至5秒，七段數(shù)碼管只要能顯示0-5的數(shù)就行了，所以單獨(dú)用一個(gè)數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)。程序設(shè)計(jì):LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYHDqudongISPORT(clk:inSTD_LOGIC;enable:instd_logic;data:INintegersegout:outSTD_LOGIC_VECTOR(7downto0));END;ARCHITECTUREbehaviorOFHDqudongISBEGINprocess(Clk,data)BEGINIFfalling_edge(Clk)andenable='1'thencasedataiswhen0=>segout<="00111111";when1=>segout<="00000110";when2=>segout<="01011011";when3=>segout<="01001111";when4=>segout<="01100110";when5=>segout<="01101101";whenothers=>null;ENDCASE;ENDIF;ENDPROCESS;END;4.頂層文件的設(shè)計(jì)：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_unsigned.ALL;ENTITYdtsmISPORT(clk:inSTD_LOGIC;NumA,NumB,NumC,NumD:inSTD_LOGIC_VECTOR(3downto0);segout1:outSTD_LOGIC_VECTOR(7downto0);led_sel:outSTD_LOGIC_VECTOR(3downto0));ENDdtsm;architecturebhvofdtsmiscomponentqudongisport(qudong:inSTD_LOGIC_VECTOR(3downto0);segout:outSTD_LOGIC_VECTOR(7downto0));endcomponent;signalx:STD_LOGIC_VECTOR(3downto0);signalq:STD_LOGIC_VECTOR(1downto0);beginp1:process(clk)beginifclk'eventandclk='