基于EDA的交通灯控制系统设计Word文档下载推荐.docx
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根据设计要求和系统所具有功能,并参考相关的文献资料,经行方案设计,画出如下所示的十字路口交通灯控制器系统框图,及为设计的总体方案,框图如图3.1所示。
并且可以得出系统的状态图如图3.2所示,其中:
S0:
支干道没有车辆行驶,支干道绿灯,支干道红灯
S1:
支干道有车辆行驶,支干道绿灯,支干道红灯
S2:
主干道黄灯,支干道绿灯
S3:
主干道红灯,支干道绿灯
S4:
主干道红灯,支干道黄灯
图3.1整体设计方框图
图3.2系统状态图
4硬件电路的设计
4.1顶层文件原理图
根据以上设计思路,可以得到如下的顶层文件原理图如4.1所示,具体实物模块如图4.2所示。
图分频器模块
4.2 时钟分频器模块设计
分频器实现的是将高频时钟信号转换成低频时钟信号,用于触发控制器、计
数器和扫描显示电路。
系统的动态扫描需要1HZ的脉冲,而系统时钟计时模块需要1HZ的脉冲。
分频模块主要为系统提供所需的时钟计时脉冲。
该模块将1kHZ的脉冲信号进行分频,产生1S的方波,作为系统时钟计时信号。
具体实物模块如图4.3所示。
4.3 控制及计时模块设计
控制模块根据外部输入信号和计时模块产生的输出信号,产生系统的状态机,控制其他部分协调工作。
计时模块用来设定主干道和支干道计时器的初值,并为扫描显示译码模块提供倒计时时间。
控制及计时模块采用状态机进行设计,可以定义出5种状态,分别为S0:
主干道绿灯,支干道红灯且没有车辆行驶;
主干道绿灯,支干道红灯或支干道有车辆驶入;
主干道黄灯,支干道红灯;
主干道红灯,支干道绿灯;
主干道红灯,支干道黄灯。
利用CASE语句定义状态的转换方式及时间的变换方式,达到主干道绿灯亮45秒,支干道绿灯亮25秒,黄灯亮5秒的设计要求。
具体实物模块如图4.4所示,其中:
CAR为支干道车辆检测开关
在支干道有车的情况下,模块可以进行减计时
CLK1S为1S的时钟脉冲
TIME1H、TIME1L、TIME2H、TIME2L分别
为主干道时钟高位、主干道时钟低位、支干道
时钟高位、支干道时钟低位
LED为LED灯发光情况,分别为主干道绿灯、
主干道黄灯、主干道红灯、支干道绿灯、主干
道黄灯、主干道红灯
Count的总的系统时间,用来改变系统的状态
4.4译码显示电路设计
根据状态控制器所控制的状态和计数器
的计时时间,选择当前状态下的根据状态控
制器所控制的状态和计数器的计时时间,选
择当前状态下的采用动态扫描显示。
具体实
物模块如图4.5所示。
译码显示电路模块
4.5顶层文件的编写
将以上各个单元模块仿真成功后,再进行顶层文件的编写。
将各个单元模块的变量赋值给顶层文件,从而将各个单元模块连接起来,统一调配。
得到顶层文件的实体模块如图4.2所示。
其中:
CLK为1KHZ系统时钟脉冲
CAR为支干道车辆行驶情况,高电平为有车行驶,低电平为无车行驶
LED为交通灯发光情况
SEL为数码管位码扫描
SEG为数码管段码
5软件设计
5.1时钟分频模块:
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYfpIS
PORT(clk:
INSTD_LOGIC;
CLK1S:
OUTSTD_LOGIC);
ENDfp;
ARCHITECTUREoneOFfpIS
SIGNALN:
STD_LOGIC_VECTOR(9DOWNTO0);
BEGIN
PROCESS(clk)
BEGIN
IFclk'
EVENTANDclk='
1'
THENN<
=N+1;
ENDIF;
ENDPROCESS;
CLK1S<
=N(9);
ENDone;
5.2交通灯控制及计时模块:
ENTITYkzIS
PORT(CLK1S,car:
--1S脉冲,支干道车辆检测
TIME1H,TIME1L:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);
--支干道计时
TIME2H,TIME2L:
count:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);
--系统总计时
led:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(5DOWNTO0));
--交通灯显示
ENDKZ;
ARCHITECTUREoneOFkzIS
TYPEstatesIS(s0,s1,s2,s3,s4,s5);
--状态初始化
SIGNALcurrent_state,next_state:
states;
SIGNALc:
STD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);
BEGIN
REG:
PROCESS(CLK1S,car,current_state,c)
IFcar='
0'
THENcurrent_state<
=s0;
c<
="
0000000"
;
ELSE
IFCLK1S'
EVENTANDCLK1S='
THEN--支干道有车开始计数
c<
=c+1;
current_state<
=next_state;
ENDIF;
CASEcurrent_stateIS--状态转换
WHENs0=>
LED<
100001"
--支干道无车不减计时
TIME1H<
0100"
TIME1L<
0101"
TIME2H<
TIME2L<
0000"
IFcar='
THENnext_state<
=s1;
ELSEnext_state<
ENDIF;
WHENs1=>
--主干道绿灯,支干道红灯
IFc="
0101100"
=s2;
WHENs2=>
010001"
--主干道黄灯,支干道红灯
0110001"
=s3;
=s2;
WHENs3=>
001100"
--主干道红灯,支干道绿灯
1001010"
=s4;
WHENs4=>
001010"
--支干道黄灯,主干道红灯
=s5;
=s4;
WHENOTHERS=>
next_state<
ENDCASE;
IFc="
0101101"
THENTIME1H<
--系统时间为45,主干道黄灯计时5秒
ENDIF;
IFc="
0110010"
THEN
TIME1H<
0011"
TIME2H<
0010"
--系统时间为50,主干道计时30秒,支干道计时25秒
1001011"
THENTIME2H<
--系统时间为75,支干道黄灯计时5秒
1010000"
THEN
--系统时间为80,主干道计时45秒,支干道计时50秒
THENc<
--系统时间清零
ENDPROCESSREG;
count<
=c;
ENDone;
5.3扫描显示译码器:
USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
ENTITYxsIS
PORT(clk,CLK1S,car:
INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);
--主干道置数
--支干道置数
INSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);
--计数信号
sel:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);
--数码管位码
seg:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0));
--数码管段码
ENDxs;
ARCHITECTUREoneOFxsIS
SIGNALnum:
STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);
SIGNALnumsel:
STD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);
SIGNALnumseg:
SIGNALQ1,Q2,Q3,Q4:
SM:
PROCESS(clk,num,numsel)--扫描
IFclk'
EVENTANDclK='
THENnumsel<
=numsel+1;
IFnumsel="
011"
000"
ENDPROCESSSM;
WX:
PROCESS(numsel,Q1,Q2,Q3,Q4)--位选
CASEnumselIS
WHEN"
=>
num<
=Q4;
010"
=Q3;
001"
=Q2;
=Q1;
WHENOTHERS=>
NULL;
ENDPROCESSWX;
ZS:
PROCESS(CLK1S,car,Q1,Q2,Q3,Q4,num,TIME1H,TIME1L,TIME2H,TIME2L)
--数码管置数
IFcar='
IFCLK1S'
EVENTANDCLK1S='
IFQ2>
"
THENQ2<
=Q2-1;
ELSE
IFQ1>
THENQ1<
=Q1-1;
Q2<
1001"
--减计时
IFQ4>
THENQ4<
=Q4-1;
IFQ3>
THENQ3<
=Q3-1;
Q4<
IFQ1="
ANDQ2="
Q1<
=TIME1H;
=TIME1L;
IFQ3="
ANDQ4="
Q3<
=TIME2H;
=TIME2L;
ELSEQ1<
--支路无车辆不减计时
Q3<
ENDPROCESSZS;
YM:
PROCESS(num,numseg)
CASEnumIS
WHEN"
=>
numseg<
1111110"
0001"
0110000"
1101101"
1111001"
0110011"
1011011"
0110"
1011111"
0111"
1110000"
1000"
1111111"
1111011"
WHENOTHERS=>
ENDCASE;
ENDPROCESSYM;
sel<
=numsel;
seg<
=numseg;
5.4顶层文件:
ENTITYjtdIS
PORT(clk:
--动态扫描时钟
car:
--支路车辆传感信号
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(5DOWNTO0);
--交通灯信号
ENDjtd;
ARCHITECTUREoneOFjtdIS
COMPONENTfP
PORT(clK:
ENDCOMPONENT;
COMPONENTkz
COMPONENTxs
PORT(clK,CLK1S,car:
SIGNALCLK1S:
STD_LOGIC;
SIGNALcount:
SIGNALTIME1H,TIME1L,TIME2H,TIME2L:
U1:
fpPORTMAP(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=>
count,sel=>
sel,seg=>
seg,
TIME1H=>
TIME1H,TIME1L=>
END;
6系统仿真与分析
6.1仿真结果
利用quartusII软件对顶层实体程序进行编译,生成了可以进行仿真定时分析以及下载到可编程器件的相关文件,然后进行仿真,即可得到最后仿真结果。
仿真结果如图6.1所示:
6.2仿真结果分析
通过仿真结果可以得出:
开始时,支干道没有车辆行驶。
主干道处于常通行状态,支干道处于禁止状态;
当支干道有车来时,主干道亮绿灯,经行45秒倒计时,支干道亮红灯,经行50秒倒计时;
主干道45秒倒计时结束后跳变到黄灯,进行5秒倒计时,支干道继续亮红灯,进行倒计时;
主干道5秒倒计时结束后跳变到红灯,经行30秒倒计时,支干道跳变到绿灯,进行25秒倒计时;
支干道25秒倒计时结束后跳变到黄灯,进行5秒倒计时,主干道继续亮红灯,进行倒计时;
支干道5秒倒计时结束后,判断支干道是否有车,若有车跳变到S1状态,没有车跳变到S0状态
7设计总结
通过这次课程设计,我进一步加深了对EDA(电子设计自动化)的了解。
并进一步熟练了对QuartusII软件的操作。
在做本次课程设计的过程中,遇到了很多问题,使我发现自己以前学习上存在的不足。
并加深了对交通灯原理和设计思路的了解。
同时也掌握了做课程设计的一般流程,为以后的设计积累了一定的经验。
做课程设计时,先查阅相关知识,把原理吃透,确定一个大的设计方向,在按照这个方向分模块的把要实现的功能用流程图的形式展示。
最后参照每个模块把输入和输出引脚设定,运用我们所学的VHDL语言进行编程。
数字化时代的到来给人们的生活带来了极大的改变,有理由相信随着数字化的深入,交通灯控制器的功能将日趋完善。
而且,VHDL语言对EDA产生的影响也是深远的,它缩短了电子产品的设计周期,为设计者提供了方便。
总之,通过这次的设计,进一步了解了EDA技术,收获很大,对软件编程、排错调试、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。
参考文献
[1]江国强.EDA技术与应用(第3版).北京:
电子工业出版社,2010年4月
[2]杨恢先,黄辉先.单片机原理及应用.北京:
人民邮电出版社,2006年10月
[3]康华光.电子技术基础数字部分(第五版)[M].北京:
高等教育出版社,2006年1月
[4]康华光.电子技术基础模拟部分(第五版)[M].北京:
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- 基于 EDA 交通灯 控制系统 设计