eda課程設(shè)計交通燈帶左拐

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 設(shè)計任務(wù)和要求2</p><p>　　1.1 設(shè)計任務(wù)2</p><p>　　1.2 交通燈控制器的基本要求2</p><p>　　2 工作原理及方案設(shè)計3</p><p>　　2.1 交通燈控制器的設(shè)計原理3&

2、lt;/p><p>　　2.2交通燈控制器的基本方案3</p><p><b>　　3 系統(tǒng)設(shè)計4</b></p><p>　　3.1 計數(shù)器的設(shè)計4</p><p>　　3.2 控制器的設(shè)計4</p><p>　　3.3 分位器的設(shè)計5</p><p>　　3.4

3、 交通燈控制器的頂層原理5</p><p><b>　　4 參考程序6</b></p><p>　　4.1 計數(shù)器的程序6</p><p>　　4.2 控制器的程序7</p><p>　　4.3 分位電路程序11</p><p>　　4.4. 七段譯碼電路的程序12</p&g

4、t;<p>　　5系統(tǒng)調(diào)試與性能分析13</p><p>　　5.1 交通燈計數(shù)器波形圖13</p><p>　　5.2控制器的波形圖13</p><p>　　5.3 分位的波形圖14</p><p>　　5.4 七段譯碼電路的波形圖14</p><p>　　1 設(shè)計任務(wù)和要求</p&g

5、t;<p><b>　　1.1 設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　用FPGA實現(xiàn)一個智能交通燈系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計要求分析智能交通燈系統(tǒng)的基本原理，設(shè)計系統(tǒng)框圖，設(shè)計完成后給出FPGA占用資源分析。</p><p>　　1.2 交通燈控制器的基本要求</p><p>　　（1）道路足夠?qū)?，有雙向六通道。車輛直行不允許車輛左拐，允許右

6、拐。須另設(shè)左拐時間。針對上述通行規(guī)則，車輛控制燈有直行（↑）、左拐（←）和右拐（→）三個綠色指示燈、黃燈以及一個紅色指示燈。紅色指示燈亮，代表禁止車輛通行、一個方向燈亮的順序為綠燈、黃燈、左拐燈、紅燈，前三種燈亮?xí)r間等于另一側(cè)的紅燈亮?xí)r間。</p><p>　?。?）車輛正常通行時間為40秒，黃燈為5秒，左拐為10秒，由各方向設(shè)置的倒計時顯示器顯示時間，向司機(jī)提剩余時間。當(dāng)一個方向車流量加大時，自動調(diào)節(jié)。<

7、/p><p>　　（3）行人過馬路需提出申請，且只在車輛直行時才能響應(yīng)行人的請求，行人在申請得到響應(yīng)后方可穿越，穿越時間為60秒。</p><p>　?。?）交通警察有權(quán)隨時指定系統(tǒng)停在某個狀態(tài)，確保某個方向的車輛流通。</p><p>　　2 工作原理及方案設(shè)計</p><p>　　2.1 交通燈控制器的設(shè)計原理</p><

8、;p>　　交通燈控制器的核心范圍是一個計數(shù)范圍為0~59共（60秒）的計數(shù)器和一個根據(jù)計數(shù)值做出規(guī)定反映的控制器。另外，還需要輸入CLK時鐘信號。最后，要驅(qū)動七段數(shù)碼管，顯然還需要一個譯碼電路。 </p><p>　　圖2.1交通燈控制器原理圖</p><p>　　2.2 交通燈控制器的基本方案</p><p>　　交通燈控制器的核心范圍是一個計數(shù)范圍為0~

9、59共（60秒）的計數(shù)器和一個根據(jù)計數(shù)值做出規(guī)定反映的控制器。另外，作者所用的實驗儀配備的晶振為50MHZ,因此還需要一個分頻電路。最后，要驅(qū)動七段數(shù)碼管，顯然還需要一個譯碼電路。 </p><p>　　圖2.2 交通燈控制器系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　3 系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　3.1 計數(shù)器的設(shè)計</p&

10、gt;<p>　　這里需要的計數(shù)器的計數(shù)范圍為0~59。計到59后，下一個時鐘沿恢復(fù)到0，開始下一輪計數(shù)。此外，當(dāng)檢測到特殊情況（hold=1）發(fā)生時，計數(shù)器暫停計數(shù)，而系統(tǒng)恢復(fù)信號則使計數(shù)器異步清0。</p><p>　　3.2 控制器的設(shè)計</p><p>　　控制器的作用是根據(jù)計數(shù)器控制發(fā)光二極管的亮、滅，以及輸出倒計時數(shù)值給七段數(shù)譯管的分位譯碼電路。此外，當(dāng)檢測到特殊

11、情況時，無條件點亮紅色的發(fā)光二極管。</p><p>　　由于控制器要對于數(shù)值進(jìn)行判斷，很容易想到用IF語句來實現(xiàn)。本設(shè)計采用利用時鐘沿的下降沿讀取前級計數(shù)器的計數(shù)植，然后做出反應(yīng)。</p><p>　　圖3.2控制器符號框圖</p><p>　　3.3 分位器的設(shè)計</p><p>　　因為控制器輸出的倒計時數(shù)值可能是1位或2位十進(jìn)制數(shù)，所

12、以在七段數(shù)碼管的譯碼電路前要加上分位電路（即將其分為2個1位的十進(jìn)制數(shù)。（如25分為2和 5，7分為0和7）</p><p>　　與控制器一樣，分位電路同樣可以由時鐘驅(qū)動，也可以設(shè)計成純組合邏輯電路?？刂破髦校肓思拇嫫?。為了讓讀者開拓眼界，分位電路就用組合邏輯電路實現(xiàn)。</p><p>　　3.4 交通燈控制器的頂層原理</p><p>　　交通燈控制

13、器的核心范圍是一個計數(shù)范圍為0~59共（60秒）的計數(shù)器和一個根據(jù)計數(shù)值做出規(guī)定反映的控制器。另外，還需要輸入CLK時鐘信號。最后，要驅(qū)動七段數(shù)碼管，顯然還需要一個譯碼電路來完成交通燈控制器的設(shè)計。</p><p>　　圖3.4交通燈控制器的頂層原理圖</p><p><b>　　4 參考程序</b></p><p>　　4.1 計數(shù)器的程序

14、</p><p>　　library ieee;</p><p>　　use ieee.std_logic_1164.all;</p><p>　　use ieee.std_logic_unsigned.all;</p><p>　　entity cnt120 is</p><p>　　port(clk,rst,hol

15、d :in std_logic;</p><p>　　cq :out std_logic_vector(6 downto 0));</p><p>　　end cnt120;</p><p>　　architecture behav of cnt120 is</p><p><b>　　begin</b></p&g

16、t;<p>　　process(clk,rst,hold)</p><p>　　variable cqi:std_logic_vector(6 downto 0);</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if rst='1' then cqi:=(others=>'0&#

17、39;);</p><p>　　elsif clk'event and clk='1' then</p><p>　　if hold='1' then</p><p>　　cqi:=cqi+0; ——當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時，計數(shù)器暫停計數(shù)</p><p><b>　　else</b>&l

18、t;/p><p>　　if cqi<119 then cqi:=cqi+1;</p><p>　　else cqi:=(others=>'0');</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p>&

19、lt;p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　cq<=cqi;</b></p><p>　　end process;</p><p>　　end behav; </p><p>　　4.2 控制器的程序</p><p>　　li

20、brary ieee;</p><p>　　use ieee.std_logic_1164.all;</p><p>　　entity controller is</p><p><b>　　port</b></p><p>　　(clock:in std_logic;</p><p>　　cou

21、ntnum:in integer range 0 to 119;</p><p>　　numa,numb:out integer range 0 to 59;</p><p>　　reda,greena,yellowa,lefta,reda1,greena1,yellowa1,lefta1:out std_logic;</p><p>　　redb,greenb,y

22、ellowb,leftb,redb1,greenb1,yellowb1,leftb1:out std_logic);</p><p><b>　　end;</b></p><p>　　architecture behavior of controller is</p><p><b>　　begin</b></p&g

23、t;<p>　　process(clock)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if falling_edge (clock) then</p><p>　　if countnum<=39 then</p><p>　　numa<=40-countnum;<

24、;/p><p>　　reda<='0';</p><p>　　greena<='1';</p><p>　　yellowa<='0';</p><p>　　lefta<='0';</p><p>　　reda1<='0&#

25、39;;</p><p>　　greena1<='1';</p><p>　　yellowa1<='0';</p><p>　　lefta1<='0';</p><p>　　elsif (countnum<=44) then</p><p>　　n

26、uma<=45-countnum;</p><p>　　reda<='0';</p><p>　　greena<='0';</p><p>　　yellowa<='1';</p><p>　　lefta<='0';</p><p&

27、gt;　　reda1<='0';</p><p>　　greena1<='0';</p><p>　　yellowa1<='1';</p><p>　　lefta1<='0';</p><p>　　elsif (countnum<=59) then&

28、lt;/p><p>　　numa<=59-countnum;</p><p>　　reda<='0';</p><p>　　greena<='0';</p><p>　　yellowa<='0';</p><p>　　lefta<='1&

29、#39;; </p><p>　　reda1<='0';</p><p>　　greena1<='0';</p><p>　　yellowa1<='0';</p><p>　　lefta1<='1'; </p><p><

30、;b>　　else</b></p><p>　　numa<=119-countnum;</p><p>　　reda<='1';</p><p>　　greena<='0';</p><p>　　yellowa<='0';</p><

31、p>　　lefta<='0';</p><p>　　reda1<='1';</p><p>　　greena1<='0';</p><p>　　yellowa1<='0';</p><p>　　lefta1<='0';</

32、p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　if countnum<=59 then</p><p>　　numb<=59-countnum;</p><p>　　redb<='1';</p><p>　　greenb<='0&#

33、39;;</p><p>　　yellowb<='0';</p><p>　　leftb<='0';</p><p>　　redb1<='1';</p><p>　　greenb1<='0';</p><p>　　yellowb1&

34、lt;='0';</p><p>　　leftb1<='0';</p><p>　　elsif countnum<=99 then</p><p>　　numb<=100-countnum;</p><p>　　redb<='0';</p><p>

35、;　　greenb<='1';</p><p>　　yellowb<='0';</p><p>　　leftb<='0';</p><p>　　redb1<='0';</p><p>　　greenb1<='1';</p>

36、<p>　　yellowb1<='0';</p><p>　　leftb1<='0';</p><p>　　elsif countnum<=104 then</p><p>　　numb<=105-countnum;</p><p>　　redb<='0

37、9;;</p><p>　　greenb<='0';</p><p>　　yellowb<='1';</p><p>　　leftb<='0';</p><p>　　redb1<='0';</p><p>　　greenb1<

38、='0';</p><p>　　yellowb1<='1';</p><p>　　leftb1<='0';</p><p><b>　　else</b></p><p>　　numb<=119-countnum;</p><p>　

39、　redb<='0';</p><p>　　greenb<='0';</p><p>　　yellowb<='0';</p><p>　　leftb<='1'; </p><p>　　redb1<='0';</p>&

40、lt;p>　　greenb1<='0';</p><p>　　yellowb1<='0';</p><p>　　leftb1<='1';</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;<

41、/b></p><p>　　end process;</p><p><b>　　end;</b></p><p>　　4.3 分位電路程序</p><p>　　library ieee;</p><p>　　use ieee.std_logic_1164.all;</p>&

42、lt;p>　　entity fenwei is</p><p>　　port(numin:in integer range 0 to 60;</p><p>　　numa:out integer range 0 to 9;</p><p>　　numb:out integer range 0 to 9);</p><p><b&g

43、t;　　end;</b></p><p>　　architecture behavior of fenwei is</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　process(numin)</p><p><b>　　begin</b></p>&l

44、t;p>　　if numin>=50 then</p><p><b>　　numa<=5;</b></p><p>　　numb<=numin-50;</p><p>　　elsif numin>=40 then</p><p><b>　　numa<=4;</b&g

45、t;</p><p>　　numb<=numin-40;</p><p>　　elsif numin>=30 then</p><p><b>　　numa<=3;</b></p><p>　　numb<=numin-30;</p><p>　　elsif numin>

46、;=20 then</p><p><b>　　numa<=2;</b></p><p>　　numb<=numin-20;</p><p>　　elsif numin>=10 then</p><p><b>　　numa<=1;</b></p><p&

47、gt;　　numb<=numin-10;</p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　numa<=0;</b></p><p>　　numb<=numin;</p><p><b>　　end if;</b></p>

48、<p>　　end process;</p><p><b>　　end;</b></p><p>　　4.4 七段譯碼電路的程序</p><p>　　library ieee; </p><p>　　use ieee.std_logic_1164.all; </p><p>　　e

49、ntity ymq is </p><p>　　port(ain:in std_logic_vector(3 downto 0); </p><p>　　yout: out std_logic_vector(6 downto 0)); </p><p><b>　　end; </b></p><p>　　archit

50、ecture one of ymq is </p><p><b>　　begin </b></p><p>　　process(ain) </p><p><b>　　begin </b></p><p>　　case ain is </p><p>　　when &q

51、uot;0000"=> yout<="0111111"; </p><p>　　when "0001"=> yout<="0000110"; </p><p>　　when "0010"=> yout<="1011011"; </p>

52、<p>　　when "0011"=> yout<="1001111"; </p><p>　　when "0100"=> yout<="1101101"; </p><p>　　when "0101"=> yout<="11111

53、01"; </p><p>　　when "0110"=> yout<="0000111"; </p><p>　　when "0111"=> yout<="1111111"; </p><p>　　when "1000"=>

54、yout<="1101111"; </p><p>　　when others => yout<="0000000"; </p><p>　　end case; </p><p>　　end process; </p><p><b>　　end;</b><

55、/p><p>　　5 系統(tǒng)調(diào)試與性能分析</p><p>　　5.1 交通燈計數(shù)器波形圖</p><p>　　Clk為輸入頻率，上升沿有效。cq為輸出的計數(shù)值，最大為120。當(dāng)hold為低電平時，cq數(shù)值保持不變，當(dāng)rst為低電平時cq數(shù)值復(fù)位。</p><p>　　5.2 控制器的波形圖</p><p>　　Clock

56、為輸入頻率，當(dāng)下降沿來時有效。Greena到leftb1為東西南北的控制燈亮暗情況。Numa，numb分別為東西，南北的控制燈的倒計時。</p><p>　　5.3 分位的波形圖</p><p>　　Numin的輸入數(shù)值拆成個位numa和百位numb</p><p>　　5.4 七段譯碼電路的波形圖</p><p>　　譯碼器顧名思義，把qi