eda交通燈課程設(shè)計--具有四種信號燈的交通燈控制器

1、<p><b>　　計算機硬件設(shè)計實訓(xùn)</b></p><p><b>　　報 告</b></p><p>　　題目： 具有四種信號燈的交通燈控制器 </p><p>　　班級 </p><p>　　學(xué)號

2、 </p><p>　　姓名 </p><p><b>　　2012年12月</b></p><p>　　具有四種信號燈的交通燈控制器</p><p><b>　　一、總體要求</b></p><p>　　初始條件：設(shè)計一個具有四種信號燈的交通燈控制

3、器。設(shè)計要求是：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。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40S，亮5S紅燈讓行駛中的車輛有時間停到禁行線外，左拐放行15秒，亮5S紅燈；支干道放行30S，亮5S黃燈，左拐放行15秒，亮5S紅燈……。各計時電路為倒計時顯示。</p&g

4、t;<p><b>　　二、設(shè)計原理及思想</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求和系統(tǒng)所具有的功能，并參考相關(guān)的文獻資料，經(jīng)行方案設(shè)計，可以畫出如下圖所示的交通信號燈控制器的系統(tǒng)框圖。</p><p>　　圖1、具有四種信號燈的交通燈控制器系統(tǒng)框圖</p><p>　　由交通燈控制器系統(tǒng)框圖(圖1)可知，該系統(tǒng)由4個子模塊組成

5、。其中包括：</p><p><b>　　定時模塊； </b></p><p><b>　　主控電路模塊；</b></p><p><b>　　譯碼驅(qū)動電路模塊；</b></p><p><b>　　掃描顯示模塊。</b></p>&l

6、t;p>　　以上四個電路可以分為兩大模塊，即：主控電路及計時（定時）模塊和掃描顯示譯碼模塊。</p><p>　　三、單元模塊設(shè)計與仿真</p><p>　　1、主控電路及計時（定時）模塊</p><p>　　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

7、塊提供倒計時時間。</p><p>　　控制及計時模塊采用狀態(tài)機進行設(shè)計，可以定義出8種狀態(tài)，分別為S0:主干道綠燈，支干道紅燈且禁止通行；S1:主干道黃燈亮，支干道紅燈禁止通行；S2:左拐燈亮，允許左行，支干道紅燈，禁止通行；S3:主干道黃燈，停車；支干道紅燈，禁止通行；S4:主干道紅燈，支干道綠燈。S5:主干道紅燈，支干道黃燈S6:主干道紅燈，支干道左拐燈亮，允許左拐S7:主干道紅燈，支干道黃燈。</p

8、><p><b>　　其仿真波形如下：</b></p><p>　　圖2、主控電路及計時（定時）模塊仿真圖</p><p>　　2、掃描顯示譯碼模塊</p><p>　　掃描顯示譯碼模塊可以根據(jù)控制信號，驅(qū)動交通信號燈以及倒計時數(shù)碼管的顯示，其中數(shù)碼管的顯示采用動態(tài)掃描顯示。本模塊采用數(shù)碼顯示管來完成。數(shù)碼顯示管是計數(shù)器等電

9、路的最好選擇。數(shù)碼管可以用TTL或者CMOS集成電路直接驅(qū)動完成。</p><p><b>　　仿真波形如下：</b></p><p>　　圖3、掃描顯示譯碼模塊仿真圖</p><p><b>　　3、頂層文件的編寫</b></p><p>　　將以上各個單元模塊仿真成功后，再進行頂層文件的編寫。根

10、據(jù)以上設(shè)計思路，可以得到如下的頂層文件原理圖</p><p>　　圖4、具有四種信號燈的交通燈控制器的頂層原理圖</p><p><b>　　系統(tǒng)輸入信號：</b></p><p>　　clk：1kHz的時鐘信號；</p><p><b>　　en：系統(tǒng)使能信號</b></p><

11、;p><b>　　系統(tǒng)輸出信號：</b></p><p>　　lampa1：主干道紅燈信號</p><p>　　lampa2：主干道黃燈信號</p><p>　　lampa3：主干道綠燈信號</p><p>　　lampa4：主干道左拐信號</p><p>　　lampb1：主干道紅燈信號&

12、lt;/p><p>　　lampb2：主干道黃燈信號</p><p>　　lampb3：主干道綠燈信號</p><p>　　lampb4：主干道左拐信號</p><p>　　acounth，acountl：主干道計時輸出</p><p>　　bcounth，bcountl：支干道計時輸出</p><p&

13、gt;<b>　　仿真波形如下：</b></p><p>　　圖5、具有四種信號燈的交通燈控制器的頂層文件仿真圖（1）</p><p>　　圖6、具有四種信號燈的交通燈控制器的頂層文件仿真圖（2）</p><p><b>　　四、結(jié)果及分析</b></p><p><b>　　通過仿真可以

14、看到：</b></p><p>　　當(dāng)主干道綠燈，支干道紅燈時，主干道倒計時高位置數(shù)0100，低位置數(shù)0101；支干道高位置數(shù)0101，低位置數(shù)0000；</p><p>　　當(dāng)主干道黃燈，支干道紅燈時，主干道黃燈倒計時置數(shù)0101；支干道繼續(xù)剛才的減計數(shù)；</p><p>　　當(dāng)主干道紅燈，支干道綠燈時，主干道倒計時高位置數(shù)0011，低位置數(shù)0000；

15、支干道高位置數(shù)0010，低位置數(shù)0101；</p><p>　　當(dāng)主干道紅燈，支干道黃燈時，支干道黃燈倒計時置數(shù)0101；主干道繼續(xù)剛才的減計數(shù)。</p><p>　　在S4狀態(tài)結(jié)束后，自動跳回到S0狀態(tài)，繼續(xù)判斷支干道是否有車行駛，若有車行駛，則跳轉(zhuǎn)到S1狀態(tài)，給高、低位置數(shù)，繼續(xù)進行減計時。</p><p>　　系統(tǒng)根據(jù)COUNT的變化自動在各狀態(tài)下跳變，當(dāng)co

16、unt為45時，跳變到S2狀態(tài)；當(dāng)count為50時，跳變到S3狀態(tài)；當(dāng)count為75時，跳變到S4狀態(tài)；當(dāng)count為80時，若支干道沒有車跳變到S0狀態(tài)，有車則跳變到S1狀態(tài)。</p><p>　　五、調(diào)試過程中遇到的問題及解決方法</p><p>　　設(shè)計過程中參考課本后面的附帶的設(shè)計程序，發(fā)現(xiàn)了書中的一些小瑕疵，在老師的幫助下，加以修改，最終完成了主控電路模塊的仿真。</p

17、><p><b>　　錯誤：</b></p><p><b>　　修改后：</b></p><p><b>　　六、收獲與體會</b></p><p>　　本設(shè)計采用了VHDL硬件描述語言文本輸入方式，在確立總體預(yù)期實現(xiàn)功能的前提下，分層次進行設(shè)計。實現(xiàn)了具有四種信號燈的交通燈控制

18、器，以及時間的倒計時顯示，指揮行人和車輛安全通行。程序中所用到的數(shù)據(jù)均可以根據(jù)實際情況進行設(shè)置，修改靈活方便。通過此次設(shè)計，我對于VHDL硬件描述語言有了更深入地了解，也在原來所學(xué)的理論基礎(chǔ)上得到了進一步地應(yīng)用。但由于經(jīng)驗上的不足，有些地方還需要做進一步地改善。</p><p><b>　　七、附件：程序清單</b></p><p>　　1.主控電路及計時（定時）模塊

19、</p><p>　　LIBRARY ieee;</p><p>　　USE ieee.std_logic_1164.all;</p><p>　　USE ieee.std_logic_unsigned.all;</p><p>　　ENTITY traffic IS</p><p><b>　　PORT &

20、lt;/b></p><p><b>　　(</b></p><p>　　clk,en:IN STD_LOGIC;</p><p>　　lampa1,lampa2,lampa3,lampa4,lampb1,lampb2,lampb3,lampb4:OUT STD_LOGIC;</p><p>　　acounth,a

21、count1,bcounth,bcount1:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)</p><p><b>　　);</b></p><p>　　END traffic;</p><p>　　ARCHITECTURE one OF traffic IS</p><p>　　signal tem

22、pa,tempb:std_logic;</p><p>　　signal counta,countb:std_logic_vector(2 downto 0);</p><p>　　signal numa,numb,ared,ayellow,agreen,aleft,bred,byellow,bgreen,bleft:std_logic_vector(7 downto 0);</p&

23、gt;<p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　com1:process(en)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if(en='0')then</p><p>　　ared<="01010101&qu

24、ot;;ayellow<="00000101";agreen<="01000000";aleft<="00010101";</p><p>　　bred<="01100101";byellow<="00000101";bgreen<="00110000";bl

25、eft<="00010101";</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end process com1;</p><p>　　acounth<=numa(7 DOWNTO 4);acount1<=numa(3 downto 0);</p><p>

26、　　bcounth<=numa(7 downto 4);bcount1<=numb(3 downto 0);</p><p>　　com2:process(clk,en,tempa,numa)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if(en='1')then</p>&l

27、t;p>　　if(tempa='0')then</p><p>　　tempa<='1';</p><p>　　case counta is</p><p>　　when"000"=>numa<=agreen;lampa1<='0';lampa2<='0&

28、#39;;lampa3<='1';lampa4<='0';counta<="001";</p><p>　　when"001"=>numa<=ayellow;lampa1<='0';lampa2<='1';lampa3<='0';lampa4<

29、;='0';counta<="010";</p><p>　　when"010"=>numa<=aleft;lampa1<='0';lampa2<='0';lampa3<='0';lampa4<='1';counta<="011"

30、;;</p><p>　　when"011"=>numa<=ayellow;lampa1<='0';lampa2<='1';lampa3<='0';lampa4<='0';counta<="100";</p><p>　　when"10

31、0"=>numa<=ared;lampa1<='1';lampa2<='0';lampa3<='0';lampa4<='0';counta<="000";</p><p>　　when others=>lampa1<='1';lampa2<=&#

32、39;0';lampa3<='0';lampa4<='0';</p><p><b>　　end case;</b></p><p>　　elsif(numa>1)then</p><p>　　if(numa(3 downto 0)="0000")then</p

33、><p>　　numa(3 downto 0)<="1001";numa(7 downto 4)<=numa(7 downto 4)-1;</p><p><b>　　else</b></p><p>　　numa(3 downto 0)<=numa(3 downto 0)-1;</p><

34、p>　　if(numa="00000010")then tempa<='0';end if;</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　lampa1<='1';lampa2<

35、;='0';lampa3<='0';lampa4<='0';counta<="000";tempa<='0';</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p>&

36、lt;p>　　end process com2;</p><p>　　com3:process(clk,en,tempb,numb)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if(en='1')then</p><p>　　if(tempb='0')the

37、n</p><p>　　tempb<='1';</p><p>　　case countb is</p><p>　　when"000"=>numb<=bgreen;lampb1<='1';lampb2<='0';lampb3<='0';lampb

38、4<='0';countb<="001";</p><p>　　when"001"=>numb<=byellow;lampb1<='0';lampb2<='0';lampb3<='1';lampb4<='0';countb<="01

39、0";</p><p>　　when"010"=>numb<=bleft;lampb1<='0';lampb2<='1';lampb3<='0';lampb4<='0';countb<="011";</p><p>　　when&quo

40、t;011"=>numb<=byellow;lampb1<='0';lampb2<='0';lampb3<='0';lampb4<='1';countb<="100";</p><p>　　when"100"=>numb<=bred;lampb1&

41、lt;='0';lampb2<='1';lampb3<='0';lampb4<='0';countb<="000";</p><p>　　when others=>lampb1<='1';lampb2<='0';lampb3<='0';

42、lampb4<='0';</p><p><b>　　end case;</b></p><p>　　elsif(numb>1)then</p><p>　　if(numb(3 downto 0)="0000")then</p><p>　　numb(3 downto 0)

43、<="1001";numb(7 downto 4)<=numb(7 downto 4)-1;</p><p><b>　　else</b></p><p>　　numb(3 downto 0)<=numb(3 downto 0)-1;</p><p>　　if(numb="00000010&quo

44、t;)then tempb<='0';</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　lampb1<='1';

45、lampb2<='0';lampb3<='0';lampb4<='0';countb<="000";tempb<='0';</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b><

46、/p><p>　　end process com3;</p><p><b>　　END one;</b></p><p>　　2.掃描顯示譯碼模塊</p><p>　　library ieee;</p><p>　　use ieee.std_logic_1164.all;</p>&l

47、t;p>　　entity led is</p><p>　　port(DD:in std_logic_vector(3 downto 0);</p><p>　　a,b,c,d,e,f,g:out std_logic );</p><p><b>　　end led;</b></p><p>　　architect

48、ure one of led is</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　process(DD)</p><p>　　variable tt:std_logic_vector(6 downto 0);</p><p><b>　　begin</b></p>

49、<p>　　case DD is</p><p>　　when "0000"=>tt:="0000001";</p><p>　　when "0001"=>tt:="1001111";</p><p>　　when "0010"=>tt:

50、="0010010";</p><p>　　when "0011"=>tt:="0000110";</p><p>　　when "0100"=>tt:="1001100";</p><p>　　when "0101"=>tt:=

51、"0100100";</p><p>　　when "0110"=>tt:="0100000";</p><p>　　when "0111"=>tt:="0001111";</p><p>　　when "1000"=>tt:=&

52、quot;0000000";</p><p>　　when "1001"=>tt:="0001100";</p><p>　　when others=>null;</p><p><b>　　end case;</b></p><p>　　a<=tt(6