EDA交通灯控制电路设计说课材料.doc

设计课题二：交通灯控制电路设计一、问题描述：交通灯的显示有很多方式， 如十字路口、 丁字路口等， 而对于同一个路口又 有很多不同的显示要求， 比如十字路口， 车辆如果只要东西和南北方向通行就很 简单，而如果车子可以左右转弯的通行就比较复杂， 本实验仅针对最简单的南北 和东西直行的情况。二、功能要求：要完成本实验，首先必须了解交通路灯的燃灭规律。 依人们的交通常规，“红 灯停，绿灯行，黄灯提醒”。其交通灯的燃灭规律为：初始态是两个路口的红灯 全亮，之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西方向通车，延时一段 时间后，东西路口绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而 同时南北路口的绿灯亮， 南北方向开始通车， 延时一段时间后， 南北路口的绿灯 灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，重复上述过程。系统要求实现对 2 组交通灯控制信号的模拟输出，其控制规律为如上所述， 同时要完成等待时间模拟的输出， 即红绿灯的持续时间倒数输出。 系统时钟输入 为一个1KHz的系统时钟。目录一、交通灯控制电路设计的主要功能 2二、课题的功能模块的划分 2三、主要功能的实现 31.1 倒计时模块 31.2 交通灯控制转换模块 . 3四、系统调试与仿真 6五、总结与体会 6六、附件 7七、评分表 错误 ! 未定义书签一、交通灯控制电路设计的主要功能交通灯控制电路设计遵循“红灯停，绿灯行，黄灯提醒”原则。其初始态是 两个路口的红灯全亮，之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西方向 通车，延时一段时间后，东西路口绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，东西 路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北方向开始通车，延时一段时间后， 南北路口的绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，重 复上述过程。系统要求实现对2组交通灯控制信号的模拟输出，其控制规律为如 上所述，同时要完成等待时间模拟的输出，即红绿灯的持续时间倒数输出。系统 时钟输入为一个1KHz的系统时钟。本实验中主要应用了状态机以及减法器的设计原理。在状态连续变化的数字 系统设计中，采用状态机的设计思想有利于提高设计效率，增加程序的可读性， 减少错误的发生几率。同时，状态机的设计方法也是数字系统中一种最常用的设 计方法。、课题的功能模块的划分三、主要功能的实现1.1倒计时模块倒计时模块采用减法计数器设计，等到时钟的上升沿来到时，对计数器进行计数。其中减法计数器的代码如下：process(lock,clk)beginif lock='1' thencnt<=init;else if clk'event and clk='1' thencnt<=cnt-1;if cnt=0 thenov<='1'end if;end if;time<=cnt;end if;end process;1.2 交通灯控制转换模块在设计交通灯控制电路转换模块时， 采用状态机来实行这个功能模块， 其中 状态机共有五个状态，如：两个路口的红灯全亮；东西路口的绿灯亮，而南北路 口的红灯亮；在延时后，东西路口绿灯灭，黄灯开始闪烁；在闪烁若干次后，东 西路口的红灯亮，同时南北路口的绿灯亮；在延时后，南北路口的绿灯灭，黄灯 开始闪烁；在闪烁若干次后，在切换到东西路口方向。library ieee;时钟信号，复位信号时间信号port (clk,rst:in std_logic; time:out integer range 0 to 59; r1,r2,y1,y2,g1,g2:out std_logic);architecture rt1 of trafic_light istype state is(r1r2,r1g2,r1y2,r2g1,r2y1);signal n_state ,c_state:state;signal cnt ,init:integer range 0 to 49; signal lock,ov:std_logic;beginstate_reg:process(clk,rst)beginif rst='1'then c_state<=r1r2;elsif clk'event and clk='1'thenc_state <=n_state;end if;end process;state_com:process(c_state,ov) - 交通灯控制转换 begincase c_state iswhen r1g2=>r1<='1'g2<='1' y1<='0' r2<='0'g2<= '0'y2<='0' init<=9;lock<='1'n_state<=r1g12;when r1g12=>r1<='1'g2<='1' y1<='0' r2<='0'g2<= '0'y2<='0'init<=0;lock<='0'if ov='1' then n_state<=r1y2;else n_state<=r1g21; end if;when r1y2=>r1<='1'y2<='1'g1<='0' r2<='0'y1<='0'g2<='0' init<=49;lock<='1'n_state<=r1y21;when r1y21=>r1<='1'y2<='1'g1<='0' r2<='0'y1<='0'g2<='0'init<=0;lock<='0' if ov='1' then n_state<=r2g1; else n_state<=r1y21; end if;when r2g1=>r2<='1'g1<='1'y1<='0' r1<='0'g2<='0'y2<='0' init<=9;lock<='1'n_state<=r2g11;when r2g11=>r2<='1'g1<='1'y1<='0' r1<='0'g2<='0'y2<='0' init<=0;lock<='0'if ov='1' then n_state<=r2y1;else n_state<=r2g11; end if;when r2y1=>r2<='1'y1<='1'g1<='0' r1<='0'y2<='0'g2<='0' init<=49;lock<='1'n_state<=r2y11;when r2y11=>r2<='1'y1<='1'g1<='0' r1<='0'y2<='0'g2<='0' init<=0;lock<='0'if ov='1' then n_state<=r1g2; else n_state<=r2y11; end if;when others=>n_state<=r1r2;end case;end process;四、系统调试与仿真SimulMion rnotfr TminqJd罰顷Tima R耳佃陌* *| J Forfarln*4rl7 5Gti«.o :1T525H?H 亂仍« m小 MJ®皿和 2i灯* “、 師矜匕里屈1初始态是两个路口的红灯全亮，之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯 亮，东西方向通车，延时一段时间后，东西路口绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若 干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北方向开始通车，延时 一段时间后，南北路口的绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，再切换到东西 路口方向，重复上述过程。五、总结与体会通过这次EDA课程设计，我不仅熟悉了 Quartus U软件的使用方法，而且学 习了 VHDL基本逻辑电路和状态机电路的综合设计应用。理论结合实际，很好地 实现了学以致用。除此之外，还加强了我思考和解决问题的能力.现在设计已经做好了，自己感觉还是比较好的，虽然花了很多的时间，但学到了很多东西.做课 程设计的时候，自己把整个书本都看了几遍，还在网上查阅了很多的有关交通灯 控制电路设计的资料，大大增强了自己对知识的理解 ，很多以前不是很懂的问题 现在都已经一一得以解决了。EDA设计我感觉程序调试、试验软件、硬件熟悉最重要。在编完各模块程序 之后，编译查错最初有三十几个错误，有输入错误、语法错误。一遍一遍的变异 查错，直到没有错误。必须注意工程名和实体名一致，不然一般会出错。在没有错误之后可以进行波型仿真。 若与理想的不同， 再查看程序， 有无原理上的编辑 错误或没有查出的输入错误这次课程设计之后 ,使我明白了 , 做任何事情都要认真仔细 ,不然的话 , 你会 花更多的时间才会做好 .课程设计有利于提高我们的动手能力 , 能把我们所学的 书本知识运用到实际生活中去 .同时也丰富了我们的业余生活 , 提高我们对知识 的理解能力。六、附件library ieee;entity trafic_light isport (clk,rst:in std_logic; 时钟信号，复位信号time:out integer range 0 to 59; 时间信号r1,r2,y1,y2,g1,g2:out std_logic); - 交通灯控制信号architecture rt1 of trafic_light is type state is(r1r2,r1g2,r1y2,r2g1,r2y1);signal n_state ,c_state:state;signal cnt ,init:integer range 0 to 49; signal lock,ov:std_logic;beginstate_reg:process(clk,rst)beginif rst='1'then c_state<=r1r2;elsif clk'event and clk='1'thenc_state <=n_state; end if;end process;state_com:process(c_state,ov) -begincase c_state iswhen r1g2=>r1<='1'g2<='1' y1<='0' r2<='0'g2<= '0'y2<='0' init<=9;lock<='1'n_state<=r1g12;when r1g12=>r1<='1'g2<='1' y1<='0' r2<='0'g2<= '0'y2<='0' init<=0;lock<='0'if ov='1' then n_state<=r1y2;else n_state<=r1g21;end if;when r1y2=>r1<='1'y2<='1'g1<='0'r2<='0'y1<='0'g2<='0' init<=49;lock<='1'n_state<=r1y21;when r1y21=>r1<='1'y2<='1'g1<='0' r2<='0'y1<='0'g2<='0' init<=0;lock<='0'If ov='1' then n_state<=r2g1;else n_state<=r1y21;end if;when r2g1=>r2<='1'g1<='1'y1<='0'r1<='0'g2<='0'y2<='0' init<=9;lock<='1'n_state<=r2g11;when r2g11=>r2<='1'g1<='1'y1<='0' r1<='0'g2<='0'y2<='0' init<=0;lock<='0'if ov='1' then n_state<=r2y1;交通灯控制转换else n_state<=r2g11;end if;when r2y1=>r2<='1'y1<='1'g1<='0' r1<='0'y2<='0'g2<='0'init<=49;lock<='1'n_state<=r2y11;when r2y11=>r2<='1'y1<='1'g1<='0'r1<='0'y2<='0'g2<='0'init<=0;lock<='0'if ov='1' then n_state<=r1g2;else n_state<=r2y11;end if;when others=>n_state<=r1r2;end case;end process;process(lock,clk)beginif lock='1' thencnt<=init;else if clk'event and clk='1' thencnt<=cnt-1;if cnt=0 thenov<='1'end if;end if;time<=cnt;end if;end process;end rtl;