數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)-交通燈控制器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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文檔簡介

1、　　交通燈控制器　　——數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告　　姓名： 　　學(xué)號(hào)：　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b>&l

2、t;p>　　1.基本掌握自頂向下的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法　　2.學(xué)會(huì)使用PLD和硬件描述語言設(shè)計(jì)數(shù)字電路,掌握 Quartus II等開發(fā)工具的使用方法　　3.培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、正確分析和解決問題的能力 　　二．設(shè)計(jì)要求　　我所選擇

3、的課題是用Verilog HDL實(shí)現(xiàn)交通燈控制器。該課題的具體內(nèi)容及要求如下：　　主干道與鄉(xiāng)村公路十字交叉路口在現(xiàn)代化的農(nóng)村星羅棋布，為確保車輛安全、迅速地通過，在交叉路口的每個(gè)入口處設(shè)置了紅、綠、黃三色信號(hào)燈。紅燈禁止通行；綠燈允許通行；黃燈亮則給行駛中的車輛有時(shí)間行駛到禁行線之外。主干道和鄉(xiāng)村公路都安裝了傳感器，檢測車輛通行情況，用于主干道的優(yōu)先權(quán)控制。 <

4、p>　?。?）當(dāng)鄉(xiāng)村公路無車時(shí)，始終保持鄉(xiāng)村公路紅燈亮，主干道綠燈亮。　?。?）當(dāng)鄉(xiāng)村公路有車時(shí)，而主干道通車時(shí)間已經(jīng)超過它的最短通車時(shí)間時(shí)，禁止主干道通行，讓鄉(xiāng)村公路通行。主干道最短通車時(shí)間為25s 。　　（3）當(dāng)鄉(xiāng)村公路和主干道都有車時(shí)，按主干道通車25s，鄉(xiāng)村公路通車16s交替進(jìn)行。　?。?）不論主干

5、道情況如何，鄉(xiāng)村公路通車最長時(shí)間為16s。　?。?）在每次由綠燈亮變成紅燈亮的轉(zhuǎn)換過程中間，要亮5s時(shí)間的黃燈作為過渡。　?。?）用開關(guān)代替?zhèn)鞲衅髯鳛闄z測車輛是否到來的信號(hào)。用紅、綠、黃三種顏色的發(fā)光二極管作交通燈。　?。?）要求顯示時(shí)間，倒計(jì)時(shí)。 　　交通燈控制器框圖如

6、下：　?。–表示鄉(xiāng)村道路是否有車到來，1表示有，0表示無；SET用來控制系統(tǒng)的開始及停止；RST是復(fù)位信號(hào)，高電平有效，當(dāng)RST=1時(shí)，恢復(fù)到初始設(shè)置；CLK是外加時(shí)鐘信號(hào)；MR、MY、MG分別表示主干道的紅燈、黃燈和綠燈；CR、CY、CG分別表示鄉(xiāng)村道路的紅燈、黃燈和綠燈，1表示亮，0表示滅）　　系統(tǒng)流程圖如下：（MGCR:主干道綠燈，鄉(xiāng)村道路紅燈；M

7、YCR:主干道黃燈，鄉(xiāng)村道路紅燈；MRCG:主干道紅燈，鄉(xiāng)村道路綠燈；MRCY:主干道紅燈，鄉(xiāng)村道路黃燈；T0=1表示主干道最短通車時(shí)間到，T1=1表示5秒黃燈時(shí)間到，T2=1表示鄉(xiāng)村道路最長通車時(shí)間到。）　　三．設(shè)計(jì)方案　　本交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用Verilog HDL語言進(jìn)行設(shè)計(jì)編程，利用Cyclone EP1C

8、6Q240C8芯片和一些外圍器件組成硬件電路,利用QUARTUS II軟件將編寫好的程序進(jìn)行編譯、仿真,并將調(diào)試完成的程序下載到Cyclone EP1C6Q240C8芯片上,觀測電路板上的紅綠信號(hào)燈以及數(shù)碼管顯示,看是否按設(shè)計(jì)要求正常工作.　　四、設(shè)計(jì)流程　　本系統(tǒng)采用自頂向下的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)一個(gè)頂層文件和三個(gè)底層文件。

9、各模塊關(guān)系如下：　　設(shè)計(jì)文件如下：　　低層文件　?。?）系統(tǒng)工作模塊（traffic1）如下：　　功能：該模塊完成對輸入信號(hào)CLK,rst,c的處理，實(shí)現(xiàn)交通燈控制的主要功能。

10、　　源程序：　　module traffic1(CLK,rst,c,LAMPA,LAMPB,TAH,TAL,TBH,TBL);　　output[3:0] TAH,TAL,TBH,TBL;//TAH,TAL分別表示主干道倒計(jì)時(shí)的高位和低位，TBH,TBL表示鄉(xiāng)村道路倒計(jì)時(shí)的高位和低位</p&

11、gt;　　output[2:0] LAMPA,LAMPB;//從高位到低位分別表示紅，黃，綠　　input CLK,rst,c;　　reg[7:0] numa,numb,s1,s2;//numa,numb分別表示主干道和鄉(xiāng)村道路的倒計(jì)時(shí)；s1用來表示主干道最短通車時(shí)間是否已到，到了s1=1；s2用來表示鄉(xiāng)村道路最長通車時(shí)間是否已到，

12、到了s2=1　　reg[3:0] TAH,TAL,TBH,TBL;　　reg[2:0] LAMPA,LAMPB;　　always @(posedge CLK or posedge rst ) //該進(jìn)程控制主道方向的四種燈　　begin

13、;　　if(rst)//重置　　begin 　　LAMPA =1;LAMPB =4; //重置情況視鄉(xiāng)村道路無車，主干道一直通行　　numa = 8'b00100000;//主干道計(jì)時(shí)20秒<p

14、>　　numb = 8'b00100101; //鄉(xiāng)村道路計(jì)時(shí)25秒　　end 　　else　　begin　　if(LAMPA==1)

15、 //主干道綠燈亮　　begin 　　if(numa==1&&c==0&&s1) //主干道最短通車時(shí)間已到，但鄉(xiāng)村道路沒車　　begin 　　num

16、a=1;//倒計(jì)時(shí)停在1秒　　LAMPA=1;//保持在主干道綠燈　　end　　else if(numa==1&&c==1&&s1)//主干道最短通車時(shí)間沒到，并且鄉(xiāng)村道路有車　　begin //主干

17、道變黃燈倒計(jì)時(shí)變成5秒　　s1=0;　　LAMPA =2;　　numa = 8'b00000110;//為了配合時(shí)鐘設(shè)置為6秒　　end</p&

18、gt;　　else　　begin　　if(numa[3:0] == 0 && numa[7:4]) //逢十時(shí)　　begin<p

19、>　　numa[3:0] = 9; 　　numa[7:4] = numa[7:4] - 1;　　end　　else　　if(numa[7:0] && numa[3:0])&l

20、t;/p>　　begin　　numa[3:0] = numa[3:0] - 1;　　end　　if (numa==0) 　　begin //主干道

21、變黃燈倒計(jì)時(shí)變成5秒　　LAMPA =2;　　numa = 8'b00000110;//為了配合時(shí)鐘設(shè)置為6秒　　end　　end

22、　　end　　if(LAMPA==2) //假如主干道是黃燈　　begin　　if(numa[3:0] == 0 && numa[7:4]) //開始主干道黃燈的倒計(jì)時(shí)&l

23、t;p>　　begin　　numa[3:0] = 9; 　　numa[7:4] = numa[7:4] - 1;　　end　　else

24、;　　if(numa[7:0] && numa[3:0])　　begin　　numa[3:0] = numa[3:0] - 1;　　end　　if(numa[

25、7:0]==0) //黃燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間到　　begin　　if(c) //鄉(xiāng)村道路有車　　begin //主干道變紅燈，倒計(jì)時(shí)變成16秒　　LAMPA =4;&

26、lt;p>　　numa =8'b00010111; //為了配合時(shí)鐘設(shè)置為17秒 　　end　　else if(!c)　　begin　　s1=1;</b&

27、gt;　　LAMPA =1; 　　numa = 8'b00000001;//主干道計(jì)時(shí)1秒　　end　　end　　end<

28、/b>　　if(LAMPA==4&&c)//假如主干道是紅燈并且鄉(xiāng)村道路有車　　begin　　if(numa[3:0] == 0 && numa[7:4]) //開始主干道紅燈的倒計(jì)時(shí)<

29、b>　　begin　　numa[3:0] = 9; 　　numa[7:4] = numa[7:4] - 1;　　end　　else

30、;　　if(numa[7:0] && numa[3:0])　　begin　　numa[3:0] = numa[3:0] - 1;　　end　　if(numa==0)//紅燈倒計(jì)時(shí)到

31、　　begin //主干道變綠燈，倒計(jì)時(shí)變成20秒　　LAMPA =1;　　numa =8'b00100000; 　　end<b

32、>　　end　　if(LAMPA==4&&!c&& numa>5)//假如主干道是紅燈并且鄉(xiāng)村道路無車并且倒計(jì)時(shí)時(shí)間大于5米秒，使主干道倒計(jì)時(shí)變成5秒　　begin //主干道仍是紅燈，倒計(jì)時(shí)變成5秒　　numa =8'b00000110;

33、　　end　　if(LAMPA==4&&!c&& numa<7) 　　begin 　　if(numa[3:0] == 0 && numa

34、[7:4]) //開始主干道5秒的倒計(jì)時(shí)　　begin　　numa[3:0] = 9; 　　numa[7:4] = numa[7:4] - 1;　　end<p&g

35、t;　　else　　if(numa[7:0] && numa[3:0])　　begin　　numa[3:0] = numa[3:0] - 1;　　end</

36、b>　　if(numa==0)//5秒倒計(jì)時(shí)到　　begin //主干道變綠燈，倒計(jì)時(shí)變成20秒　　LAMPA =1;　　numa =8'b00100000;<

37、b>　　end 　　end　　if(LAMPB==4) //鄉(xiāng)村道路紅燈亮　　begin //開始鄉(xiāng)村道路紅燈的倒計(jì)時(shí)　　if(c==0&&numb==1) numb=1;<

38、;/p>　　if(c==1&&numb==1&&s2==1)　　begin 　　numb=5;　　s2=0;&l

39、t;b>　　end　　else　　begin　　if(numb[3:0] == 0 && numb[7:4]) //逢十時(shí)　　beg

40、in　　numb[3:0] = 9; 　　numb[7:4] = numb[7:4] - 1;　　end　　else　　if(numb

41、 && numb[3:0])　　begin　　numb[3:0] = numb[3:0] - 1;　　end　　if(numb==0) //紅燈時(shí)間到&

42、lt;p>　　begin 　　if(c)　　begin //鄉(xiāng)村道路變綠燈，倒計(jì)時(shí)變11秒　　LAMPB =1;　　numb =8'b00

43、010010;　　end　　else if(!c)　　begin　　LAMPB =4; 　　numb = 8'b00000001; //鄉(xiāng)村道路計(jì)

44、時(shí)1　　s2=1;//s置為1；　　end 　　end　　end　　end&l

45、t;/p>　　if(LAMPB==1&&c) //假如鄉(xiāng)村道路是綠燈并且鄉(xiāng)村道路有車并且倒計(jì)時(shí)大于五秒　　begin　　if(numb[3:0] == 0 && numb[7:4]) //開始鄉(xiāng)村道路綠燈的倒計(jì)時(shí)

46、　　begin　　numb[3:0] = 9; 　　numb[7:4] = numb[7:4] - 1;　　end　　else<

47、p>　　if(numb && numb[3:0])　　begin　　numb[3:0] = numb[3:0] - 1;　　end　　if(numb==0) //綠燈倒計(jì)

48、時(shí)時(shí)間到　　begin //鄉(xiāng)村道路變黃燈，倒計(jì)時(shí)變成5秒　　LAMPB =2;　　numb =8'b00000110;　　end<b

49、>　　end　　if(LAMPB==1&&!c) //假如鄉(xiāng)村道路是綠燈并且鄉(xiāng)村道路無車　　begin //綠燈變黃燈，倒計(jì)時(shí)變成5秒　　LAMPB =2;　　numb =8&#

50、39;b00000110;　　end　　if(LAMPB==2) //假如鄉(xiāng)村道路是黃燈　　begin　　if(numb[3:0] == 0 && numb[7:4]) //開

51、始鄉(xiāng)村道路黃燈的倒計(jì)時(shí)　　begin　　numb[3:0] = 9; 　　numb[7:4] = numb[7:4] - 1;　　end

52、　　else　　if(numb && numb[3:0])　　begin　　numb[3:0] = numb[3:0] - 1;　　end

53、　　if(numb==0) //黃燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間到　　begin //鄉(xiāng)村道路變紅燈，倒計(jì)時(shí)變成25秒　　LAMPB =4;　　numb =8'b00100101; 　　end&l

54、t;/b>　　end　　end　　TAH=numa[7:4];　　TAL=numa[3:0];　　TBH=numb[7:4];

55、　　TBL=numb[3:0];　　end　　endmodule　　仿真結(jié)果：　　對該模塊進(jìn)行仿真，考慮各種情況，結(jié)果如下：</p&

56、gt;　　鄉(xiāng)村道路一直沒車，即c=0：　　可以看到主干道是綠燈20秒，黃燈5秒，然后變成綠燈，倒計(jì)時(shí)停在1秒，鄉(xiāng)村道路一直是紅燈，倒計(jì)時(shí)從25一直到1停止。　　鄉(xiāng)村道路開始沒車，T時(shí)間后（T<25秒）有車來：　　從圖中可以看出主干道綠燈20秒后變成黃燈，5秒后變成紅燈，16秒后又變成綠

57、燈，鄉(xiāng)村道路紅燈25秒后變成綠燈，11秒后變成黃燈，5秒后又變成紅燈。符合設(shè)計(jì)要求。　　3）鄉(xiāng)村道路開始沒車，T時(shí)間后（T>25秒）有車來：　　從圖中可以看到開始時(shí)c=0，主干道綠燈20秒后變成黃燈，5秒后由于沒車又變成綠燈，倒計(jì)時(shí)停在1，鄉(xiāng)村道路紅燈25秒后變成綠燈，倒計(jì)時(shí)停在1。c變成1后，主干道變成黃燈倒計(jì)時(shí)5秒，之后變成紅燈，鄉(xiāng)村道路紅燈倒

58、計(jì)時(shí)5秒后變成綠燈，再后面的變化同情況2。　　4）當(dāng)鄉(xiāng)村道路為綠燈時(shí)c變成0：　　可以看到，當(dāng)鄉(xiāng)村道路為綠燈，c變成0時(shí)，鄉(xiāng)村道路立刻變成黃燈，倒計(jì)時(shí)5秒后變成紅燈，而主干道紅燈倒計(jì)時(shí)5秒后變成綠燈。　?。?）八段譯碼模塊（decode4_7）如下：　　功能：將輸入的四位

59、信號(hào)進(jìn)行譯碼，輸出到八段共陽極數(shù)碼管顯示出來。用于顯示倒計(jì)時(shí)。　　源程序：　　module decode4_7(decodeout,indec);　　output[7:0] decodeout;　　input[3:0] indec;&

60、lt;/p>　　reg[7:0] decodeout;　　always @(indec)　　begin　　case(indec) //用case 語句進(jìn)行譯碼，小數(shù)點(diǎn)始終不亮　　4'd0:decod

61、eout=8'b00000011;　　4'd1:decodeout=8'b10011111;　　4'd2:decodeout=8'b00100101;　　4'd3:decodeout=8'b00001101;　　4&

62、#39;d4:decodeout=8'b10011001;　　4'd5:decodeout=8'b01001001;　　4'd6:decodeout=8'b01000001;　　4'd7:decodeout=8'b00011111;&

63、lt;p>　　4'd8:decodeout=8'b00000001;　　4'd9:decodeout=8'b00001001;　　default: decodeout=8'bx;　　endcase<p

64、>　　end　　endmodule　　仿真結(jié)果：　　從圖中可以看到輸入0~9，輸出與之對應(yīng)的八段碼，結(jié)果正確。　?。?）分頻模塊（blk1）如下：<

65、;/p>　　功能：由于實(shí)驗(yàn)箱提供的是2MHZ的時(shí)鐘信號(hào)，為了得到1HZ的時(shí)鐘信號(hào)，要對輸入時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行2000000分頻。得到合適的時(shí)鐘信號(hào)。set信號(hào)可以控制系統(tǒng)的起始及終止。　　源程序：　　module blk1(clk,set,out);

66、input clk,set; //基頻與使能　　output out; //分頻后的輸出　　reg out;　　reg[23:0] count1,count2;//count1用于記錄時(shí)鐘總數(shù),count2用于記錄經(jīng)過了多少個(gè)時(shí)鐘周期

67、;　　always @ (posedge clk)　　begin　　if(set)　　begin　　count1 = 1000000;//實(shí)際下載時(shí)改成500

68、000，方便看到結(jié)果 count1 = count1 - 1;　　count2 = 0;　　out = 0;　　end　　else</p&g

69、t;　　begin　　if(count2 < count1)　　begin　　count2 = count2 + 1;　　end&

70、lt;/p>　　else　　begin　　out = ~out;　　count2 = 0;　　end<

71、;p>　　end　　end　　endmodule　　仿真結(jié)果：　　由于2000000分頻看不出仿真結(jié)果，這里改成4

72、分頻。如圖，當(dāng)set信號(hào)有一個(gè)正跳變之后，out才開始有輸出。而之后set為高電平時(shí)，out停止產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，相當(dāng)于起到暫停的作用。另外，可以看出out的頻率是clk的1/4，實(shí)現(xiàn)了4分頻。　　2．頂層文件　　交通燈控制器（jiaotongdeng）：由三個(gè)底層模塊構(gòu)成，結(jié)構(gòu)圖如下：<p

73、>　　仿真結(jié)果：　　分析亮燈情況及倒計(jì)時(shí)情況，與設(shè)計(jì)要求相符合，仿真結(jié)果正確。　　五、管腳綁定　　clk綁定到晶振時(shí)鐘信號(hào)，設(shè)定管腳號(hào)為28；　　rst,c,set分別綁定到三個(gè)乒乓開關(guān)，這

74、里設(shè)定管腳號(hào)分別為139，138，137；　　LAMPA[0],LAMPA[1],LAMPA[2]分別綁定到綠燈，黃燈，紅燈上，這里設(shè)定管腳號(hào)分別為221，204，233；　　LAMPB[0],LAMPB[1],LAMPB[2]分別綁定到綠燈，黃燈，紅燈上，這里設(shè)定管腳號(hào)分別為206,186,222;　　TAH[

75、0]~TAH[7], TAL[0]~TAL[7],TBH[0]~TBH[7] ,TBL[0]~TBL[7]分別綁定到四個(gè)數(shù)碼管上，管腳號(hào)這里就不一一贅述。　　六、編譯下載，驗(yàn)證結(jié)果。　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：c為鄉(xiāng)村道路信號(hào)，當(dāng)c=0時(shí)，即鄉(xiāng)村道路無車，主干道經(jīng)過綠燈20秒，黃燈5秒，此時(shí)若c=1，則變成紅燈，倒計(jì)時(shí)變成16秒，否則，又回到綠燈，倒計(jì)時(shí)停在1；鄉(xiāng)

76、村道路經(jīng)過紅燈25秒，此時(shí)若c=1，則變成綠燈，倒計(jì)時(shí)變成11秒，否則仍為紅燈，倒計(jì)時(shí)停在1秒。如果開始時(shí)c=0，經(jīng)過一段時(shí)間后有車來，假設(shè)此時(shí)主干道通行時(shí)間已經(jīng)超過最短通行時(shí)間25秒，則主干道變黃燈，倒計(jì)時(shí)5秒后變紅燈，鄉(xiāng)村道路紅燈倒計(jì)時(shí)5秒后變綠燈。假設(shè)鄉(xiāng)村道路綠燈時(shí)，c=0，則不管鄉(xiāng)村道路倒計(jì)時(shí)有沒有到1都變黃燈，5秒后變紅燈，主干道倒計(jì)時(shí)5秒后變綠燈。　　分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了

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