基于SOPC交通灯的EDA毕业论文.docx
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基于SOPC交通灯的EDA毕业论文
信息工程学院
EDA课程设计报告书
题目:
十字路口交通灯的设计
专业:
电子信息科学与技术
班级:
学号:
学生姓名:
指导教师:
2012年5月12日
信息工程学院课程设计任务书
学生姓名
学号
成绩
设计题目
十字路口交通灯的设计
设
计
内
容
1.总体设计框图
2.系统功能说明
3.工作原理介绍
4.引脚说明
5.软件设计流程
设
计
要
求
1.东西方向红灯亮时,南北方向绿灯亮
2.东西方向红黄亮时,南北方向绿黄亮
3.东西方向红绿亮时,南北方向红灯亮
4.东西方向和南北方向的红灯亮的时间均为15s
5.东西方向和南北方向的黄灯亮5s,且在最后3s时,两个方向的黄灯每隔1s亮灭闪烁
6.当紧急情况到来时,东西和南北方向的红灯全亮,数码管停止计时,紧急情况过后,系统恢复正常
7.点阵上循环显示“交通灯”三个字,且每个字的显示时间为0.5s
参
考
资
料
2012年5月12日
学生姓名:
杨波学号:
专业(班级):
电子信息科学与技术
课程设计题目:
十字路口交通灯的设计
成绩:
指导教师:
袁海林
2012年5月12日
信息工程系课程设计成绩评定表
摘要
随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注。
人、车、路三者的协调,已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一,城市的交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通监控指挥系统的重要组成部分。
同时,生活水平的提高,汽车的普及化,给交通带来了更大的挑战,道路的负载加重,带来的是交通事故越来越多。
所以,如何采用合适的方法,最大限度的利用好交通灯的控制,缓解城市道路交通堵塞问题,降低交通事故发生率,成为人们共同关注的话题。
本设计采用FPGA技术,完成了一个简单实用的十字路口交通灯的控制系统。
关键字:
控制管理缓解
目录
1主要技术指标和方案阐述6
1.1主要技术指标6
1.2方案阐述6
1.3工作原理6
2详细电路设计7
2.1主控制器的设计7
2.2紧急情况电路设计7
2.3译码电路7
2.4蜂鸣器模块8
2.5东西方向模块8
2.5.1红黄绿灯控制模块9
2.5.2计时模块9
2.6南北方向模块9
2.6.1红黄绿灯控制模块10
2.6.2计时模块10
2.7点阵模块10
2.8蜂鸣器模块12
2.9时钟模块12
3引脚分配13
总结15
参考文献15
附录:
源程序清单16
1主要技术指标和方案阐述
1.1主要技术指标
1.东西方向红灯亮时,南北方向绿灯亮
2.东西方向红黄亮时,南北方向绿黄亮
3.东西方向红绿亮时,南北方向红灯亮
4.东西方向和南北方向的红灯亮的时间均为15s
5.东西方向和南北方向的黄灯亮5s,且在最后3s时,两个方向的黄灯每隔1s亮灭闪烁
6.当紧急情况到来时,东西和南北方向的红灯全亮,数码管停止计时,紧急情况过后,系统恢复正常
7.点阵上循环显示“交通灯”三个字,且每个字的显示时间为0.5s
1.2方案阐述
系统采用现场可编程逻辑器件作为主控制器,外加按键模块、数码管显示模块、译码器模块、点阵显示模块和蜂鸣模块构成。
计时数据在数码管上显示出来,点阵上循环显示“交通灯”三个字。
蜂鸣器作为紧急情况使用。
系统的基本框图如下:
图1-1系统原理框图
1.3工作原理
系统开始时,南北方向和东西方向正常工作,两个方向的红、黄、绿三灯交替亮灭,当紧急情况到来,即按键S1按下时,两个方向的数码管停止计时,而且两个方向的红灯全部点亮,蜂鸣器响起,表明此时南北和东西方向行人和普通车辆严禁通行。
当紧急情况过后,系统恢复正常,按照紧急情况到来之前继续工作。
两个方向的时间显示用两位数码管显示。
2详细电路设计
2.1主控制器的设计
系统采用altera公司的cyconeIII系列芯片,封装为FBGA贴片式封装,速度等级3,引脚个数780个。
由于引脚个数较其他芯片多,因此,外部硬件资源比较多,而且性能很好,稳定,易于控制。
2.2紧急情况电路设计
本设计的紧急情况用按键来模拟,当按键按下时,紧急情况到来,按键释放后,紧急情况消失。
按键与主控制器连接图如下图所示:
图2-1按键与主控器连接图
按键只有逻辑电平“0”和“1”两种状态,当按下时,为逻辑电平0,当未按下时,为逻辑电平1。
本设计中只用到了其中的一个按键S1,当S1按下时,紧急情况到来,当S1未按下时,没有紧急情况发生。
2.3译码电路
译码电路为3-8译码器,它经常用在数码管的动态扫描中,输出端接数码管种组合对应一个输出,Y0-Y7对应输入的8种输出,即当输入为000时,Y0选通,依次类推。
由于8位一体的数码管不能够在同一时间全部显示,因此,要通过译码电路对8位数码管进行译码,一次只让一个数码管亮,通过人眼的视觉暂态效应,当扫描时间在人眼视觉效应之内时,看起来就像是几个数码管同时被点亮。
这样既能够节约端口资源,又能达到很好的效果。
译码器与主控制器的连接图如下图所示:
图2-23-8译码器与控制器的接口图
74LS138为一个3-8线译码器,低电平输出,其工作原理见下表格:
表2-174LS138译码表
输入
输出
A
B
C
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
L
L
L
L
H
H
H
H
H
H
H
L
L
H
H
L
H
H
H
H
H
H
L
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L
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L
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L
L
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L
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H
L
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
从表中可以看出:
每输入一种组合,输出端只有一端响应,这样可以通过输入端的组合,选中想要选中的数码管,让其工作。
而74LS138的使能端已经接了有效电平,设计中不用再管使能端的电平。
2.4蜂鸣器模块
当输入信号的电平为高电平1时,蜂鸣器响起,当输入电平为低电平0时,蜂鸣器不响。
因此,当紧急情况到来时,让蜂鸣器的输入端的电平为高电平,那么蜂鸣器就会响起;紧急情况过后,让蜂鸣器的输入端电平为低电平时,蜂鸣器就不响。
2.5东西方向模块
东西方向包含红黄绿灯控制模块和计时模块。
2.5.1红黄绿灯控制模块
由于东西方向计时与灯的控制相同,设计中在此方向只用了三个灯,即红、黄、绿灯。
用到的是实验系统中第一、二、三个灯,即LED1、LED2、LED3,分别表示红、黄、绿三种颜色的灯。
LED灯与控制器的连接图如下图所示:
图2-3LED与控制器的连接图
2.5.2计时模块
设计中采用8段数码管显示,七段数码管是电子开发过程中常用的输出显示设备。
可以显示数字0-9,东西方向用的是第一、二个数码管,计时时间为红灯15s,黄灯5s,绿灯15s。
在实验系统中使用的是两个四位一体、共阴极型七段数码管。
其单个静态数码管如下图4-1所示。
图4-1静态七段数码管
由于七段数码管公共端连接到GND(共阴极型),当数码管的中的那一个段被输入高电平,则相应的这一段被点亮。
反之则不亮。
四位一体的七段数码管在单个静态数码管的基础上加入了用于选择哪一位数码管的位选信号端口。
工作原理都相同,八个数码管的a、b、c、d、e、f、g、_nanbei<=20-count_nanbei;
num_dongxi<=20-count_dongxi;
elseif(count_nanbei<=25)then--南北和东西方向倒计时5s
num_nanbei<=25-count_nanbei;
num_dongxi<=25-count_dongxi;
else--南北和东西方向倒计时20s
num_nanbei<=45-count_nanbei;
num_dongxi<=45-count_dongxi;
endif;
endif;
endprocess;
process(num_nanbei)--南北时间显示分位
begin
if(num_nanbei<10)then
s_n_gewei<=num_nanbei;
s_n_shiwei<=0;
elseif(num_nanbei>=10)then
s_n_shiwei<=num_nanbei10;
s_n_gewei<=num_nanbeimod10;
endif;
endif;
endprocess;
process(num_dongxi)--东西时间显示分位
begin
if(num_dongxi<10)then
e_w_gewei<=num_dongxi;
e_w_shiwei<=0;
elseif(num_dongxi>=10)then
e_w_shiwei<=num_dongxi10;
e_w_gewei<=num_dongximod10;
endif;
endif;
endprocess;
process(del)
begin
casedel+1is--位选扫描加1
when"000"=>display<=e_w_shiwei;--第一个数码管显示东西十位
when"001"=>display<=e_w_gewei;--第二个数码管显示东西个位
when"010"=>display<=10;--灭
when"011"=>display<=10;--灭
when"100"=>display<=10;--灭
when"101"=>display<=10;--灭
when"110"=>display<=s_n_shiwei;--第七个数码管显示南北十位
when"111"=>display<=s_n_gewei;--第八个数码管显示南北个位
endcase;
endprocess;
process(display)
begin
casedisplayis
endcase;
endprocess;
process(clk)--分频
begin
if(clk'eventandclk='1')then
dount<=dount+1;
if(dount=255)then
if(s=7)then
s<="000";
else
s<=s+1;
endif;
s<=s+1;
else
s<=s;
endif;
if(cdount<15)then
cdount<=cdount+1;
else
cdount<="0000";
endif;
endif;
lie<=cdount;
endprocess;
process(cdount,s)--交
be
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