EDA交通灯控制系统的课程设计.docx

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EDA交通灯控制系统的课程设计

EDA交通灯控制系统的课程设计

一设计目的与要求..............................................2

二设计原理.....................................................2

2.1交通灯控制的系统构成............................................3

2．2交通灯控制器的电路控制原理框图.................................3

2．3器件下载编程与硬件实现.........................................4

三设计内容......................................................4

3.1设计步骤........................................................5

3.2交通灯控制器各模块的程序..................................63.3软件仿真结果....................................................9

3.4硬件实现及调试结果.............................................10

总结与致谢...............................................11

参考文献.................................................12

附录..............................................................21

摘要

EDA是电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。

EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。

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、路三者关系的协调,已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。

交通控制系统的适用场合主要是用于交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代交通监控指挥系统中最重要的组成部分。

关键字：

EDA交通灯VerilogHDLQuartusII

一设计目的与要求

（1）主、支干道各设有一个绿、黄、红指示灯，两个显示数码管。

（2）主、支道交替允许通行，主干道每次放行45s，支干道每次放行25s，在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中，要亮5s的黄灯作为过渡，并进行减计时显示。

（3）具有清零、可预置主、支干道通行时间功能。

二设计原理

交通灯控制系统的作用主要是实现城市十字交叉路口红绿灯的控制。

在现代化的大城市中，十字交叉路口越来越多，在每个交叉路口都需要使用红绿灯进行交通指挥和管理，红、黄、绿灯的转换要有一个准确的时间间隔和转换顺序，这就需要有一个安全、自动的系统对红、黄、绿灯的转换进行管理，本系

如图3-1所示，主要包括置数器模块、定时计数器模块、主控制器模块和译码器模块。

置数器模块将交通灯的点亮时间预置到置数电路中。

计数器模块以秒为单位倒计时，当计数值减为零时，主控电路改变输出状态，电路进入下一个状态的倒计时。

核心部分是主控制模块。

具体控制情况如下

状态

主干道

支干道

时间/S

00

绿灯亮

红灯亮

45

01

黄灯亮

红灯亮

5

10

红灯亮

绿灯亮

25

11

红灯亮

黄灯亮

5

2．3器件下载编程与硬件实现

　　在进行硬件测试时，按键k1对应复位端reset，按键k2对应紧急开关urgent。

EDA实验开发系统上的时钟cp2对应计数时钟CLK，数码管M3、M4对应东西走向的时钟显示。

LED灯l16、l15、l14对应东西走向的绿灯G1、黄灯Y1、红灯R1。

数码管M1、M2对应南北走向的时钟显示。

LED灯l1、l2、l3对应南北走向的绿灯G2、黄灯Y2、红灯R2，对应的硬件结构示意图如图3-3所示。

图3-3交通灯控制系统的硬件示意图

三设计内容

3.1设计步骤

1、启动Quarrtus软件；

2、单击菜单栏中的File/New命令，打开New对话框，选择DeviceDesignFiles中的BlockDiagram/Schematic，打开图形编辑窗口；

3、右击鼠标，弹出菜单，点击“Insert/Symbol”,画一个图形保存，同时创建一个工程；

4、在同一个工程下，单击菜单栏中的File/New命令，打开New对话框，选择DeviceDesignFiles中的VHDLFiles，输入实训的源程序；

5、单击菜单栏中的Process\StartCompilation命令，启动全程编译；

6、编译后加载源程序的Symbol;

7、画出实训的原理图，通过两组交通灯来模拟控制东西、南北两条通道上的车辆通行,所有功能在实验操作平台上进行模拟通过,根据原理其主要功能如图3-4：

图3-4系统结构图

8、进行仿真，建立波形文件，单击File/New命令，打开文件选择窗口，然后单击“OtherFiles”选项卡，选择其中的“VectorWaveformFile”选项；

9、输入信号节点，单击View\UtilityWindows\NodeFinder命令，添加端口引脚名；

10、指定芯片管脚，单击菜单栏中的Assignments\Pin，打开芯片管脚对话框。

3.2交通灯控制器各模块的程序

1简介控制部分的设计

控制模块是交通控制系统的核心部分，控制模块主要用于控制系统的时钟、计数值、循环周期判别和人工控制信号输入，并将计数值做相关的运算得到数码管的倒计时值，同时控制十字路口信号灯的亮、灭火闪烁。

如图3-5所示，reset是复位引脚；clk是时钟引脚，其值为分频器的输出时钟信号；urgen是紧急状态引脚；state[1..0]是状态引脚；sub，set1，set2是状态选择引脚。

process（reset,clk）

begin

ifreset='1'then

count<="0000000";

state<="00";

elsifclk'eventandclk='1'then图3-5控制部分的图形

ifurgen='0'thencount<=count+1;subtemp<='1';elsesubtemp<='0';endif;

ifcount=0thenstate<="00";set1<='1';set2<='1';

elsifcount=20thenstate<="01";set1<='1';

elsifcount=25thenstate<="10";set1<='1';set2<='1';

elsifcount=35thenstate<="11";set2<='1';

elsifcount=40thencount<="0000000";elseset1<='0';set2<='0';endif;

endif;

endprocessstatelabel

2、显示部分的设计

显示模块包括数码管动态扫描电路和译码显示电路，动态扫描电路用于选择需要显示的数码管，译码显示电路用于将输入的二进制信息转换为数码管显示编码。

如图3-6所示，clk是时钟引脚；urgen是紧急状态引脚；state[1..0]是状态引脚；sub，set1，set2是状态选择引脚，在sub为上升沿时，可以用set1和set2来选择调整交通灯的状态；r1，g1，y1，r2，g2，y2分别是主干道方向和次干道方向的红、绿、黄灯信号引脚；led1[7..0]，led2[7..0]分别为主干道方向和次干道方向的数码管倒计时信号灯引脚。

label2:

process（sub）

begin

ifsub'eventandsub='1'then

ifset2='1'then

count2<=setstate2;图3-6显示部分的图形

elsifcount2（3downto0）="0000"thencount2<=count2-7;

elsecount2<=count2-1;

endif;

g2<=tg2;

r2<=tr2;

y2<=ty2;

endif;

endprocesslabel2;

label1:

process（sub）

begin

ifsub'eventandsub='1'then

ifset1='1'then

count1<=setstate1;

elsifcount1（3downto0）="0000"thencount1<=count1-7;

elsecount1<=count1-1;

endif;

g1<=tg1;

r1<=tr1;

y1<=ty1;

endif;

endprocesslabel1;

其中ledcontrol部分为控制器模块，ledshhow部分为译码器模块。

控制器包括指数模块、计数模块和主控制器模块。

置数模块将交通灯的点亮时间预置到置数电路中，计数模块以秒为单位倒计时，当计数值减为零时，主控电路改变输出状态，电路进入下一个状态的倒计时。

译码器模块将控制器模块的控制作用通过译码表现出来，即我们看到的交通灯。

最后上图最左边是系统输入，右边是系统输出。

3.3软件仿真结果

图3-7仿真波形

3.4硬件实现及调试结果

1、调试

在QuartusII软件中，通过对所设计的硬件描述语言代码进行波形仿真后，达到了预期效果，于是，我们在该软件上进行下载配置设置。

在Assignments菜单下选中Devices，在Family栏选择ACEX1K，选中EPF10K10LC84-4器件。

再在Assignments菜单下选中Pins按照相应要求对管脚进行锁定。

最后在Tools菜单下，选中Programmer，对配置方式进行设置，这里选择PassiveSeril（PS）被动串行模式。

选择好要下载的硬件设备后点击Start即可开始编程下载了。

2、指定芯片管脚图

图3-8指定芯片管脚图

总结与致谢

通过这次设计，我的理论知识掌握得更扎实，动手能力明显提高。

同时，通过网上搜索图书馆查阅资料等方式认识到了自己知识的局限性。

我学到许多知识，也认识到理论联系实践的重要。

在设计当中遇到了许多以前没遇到的困难。

学会了利用许多的方法去解决所遇到的问题。

编好程序后，虽然总是出错，比如说状态不能改变，绿灯不能按时闪烁等，但是经过多次研究在老师和同学的帮助下终于找到问题所在并纠正。

这次设计，让我感受最深是：

在仿真的阶段遇到很多的问题，我们一定要具备一定的检查、排除错误的能力。

我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。

而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。

在本次设计中，我们完成本系统设计的要求及功能。

在设计开始前我们对各个模块进行了详细的分析和设计准备工作，设计过程中，我们相互协调，积极参与完成各个技术实现的难点。

由于时间仓促和我们自身知识水平有限，本设计在功能上也只是完成了一些基本功能，对于电路的可靠性，稳定性等参数也还未做过详细的测试。

在交通的人性化控制方面也还未做周全的考虑，若在行驶过程中出现交通信号灯损坏或是电源断电的情况，则应有紧急状态灯来控制交通的管理，好提醒司机们或是行人注意保持车距，避免交通事故的发生。

对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。

同时，非常感谢老师对我的大力帮助。

五、参考文献

[1]黄仁欣．EDA技术实用教程．北京：

清华大学出版社，2006

[2]潘松，黄继业．EDA技术与VHDL．北京：

清华大学出版社，2009

[3]江国强编著．EDA技术与应用（第三版）．.北京：

电子工业出版社，2010

[4]夏宇闻编著．VerilogHDL数字系统设计教程．.北京：

北京航空航天大学出版社，2008

[5]周祖成，程晓军，马卓钊编著．数字电路与系统教学实验教程．北京：

科学出版社，2010

[6]周润景，苏良碧．基于QuartusII的数字系统VerilogHDL设计实例详解．北京：

电子工业出版社，2010

[7]（美国）SanirPalnitkar译者：

夏宇闻胡燕祥刁岚松．VerilogHDL数字设计与综合（第2版）．北京：

电子工业出版社，2009

[8]云创工作室．VerilogHDL程序设计与实践．北京：

人民邮电出版社，2009

[9]刘福奇，刘波．VerilogHDL应用程序设计实例精讲．北京：

电子工业出版社，2009

[10]张延伟，杨金岩，葛爱学．veriloghdl程序设计实例详解．北京：

人民邮电出版社，2008