EDA交通灯控制电路设计.doc

设计课题二：交通灯控制电路设计一、问题描述：交通灯的显示有很多方式，如十字路口、丁字路口等，而对于同一个路口又有很多不同的显示要求，比如十字路口，车辆如果只要东西和南北方向通行就很简单，而如果车子可以左右转弯的通行就比较复杂，本实验仅针对最简单的南北和东西直行的情况。二、功能要求：要完成本实验，首先必须了解交通路灯的燃灭规律。依人们的交通常规，“红灯停，绿灯行，黄灯提醒”。其交通灯的燃灭规律为：初始态是两个路口的红灯全亮，之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西方向通车，延时一段时间后，东西路口绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北方向开始通车，延时一段时间后，南北路口的绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，重复上述过程。系统要求实现对2组交通灯控制信号的模拟输出，其控制规律为如上所述，同时要完成等待时间模拟的输出，即红绿灯的持续时间倒数输出。系统时钟输入为一个1KHz的系统时钟。目录一、交通灯控制电路设计的主要功能3二、课题的功能模块的划分4三、主要功能的实现41.1倒计时模块41.2交通灯控制转换模块5四、系统调试与仿真7五、总结与体会8六、附件8七、评分表11一、交通灯控制电路设计的主要功能交通灯控制电路设计遵循“红灯停，绿灯行，黄灯提醒”原则。其初始态是两个路口的红灯全亮，之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西方向通车，延时一段时间后，东西路口绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北方向开始通车，延时一段时间后，南北路口的绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，重复上述过程。系统要求实现对2组交通灯控制信号的模拟输出，其控制规律为如上所述，同时要完成等待时间模拟的输出，即红绿灯的持续时间倒数输出。系统时钟输入为一个1KHz的系统时钟。本实验中主要应用了状态机以及减法器的设计原理。在状态连续变化的数字系统设计中，采用状态机的设计思想有利于提高设计效率，增加程序的可读性，减少错误的发生几率。同时，状态机的设计方法也是数字系统中一种最常用的设计方法。二、课题的功能模块的划分 CLK倒计时模块交通灯控制转换模块三、主要功能的实现 1.1倒计时模块倒计时模块采用减法计数器设计，等到时钟的上升沿来到时，对计数器进行计数。其中减法计数器的代码如下： process(lock,clk) begin if lock=1 then cnt=init; else if clkevent and clk=1 then cnt=cnt-1;if cnt=0 thenov=1; end if; end if;time=cnt;end if; end process;1.2交通灯控制转换模块在设计交通灯控制电路转换模块时，采用状态机来实行这个功能模块，其中状态机共有五个状态，如：两个路口的红灯全亮；东西路口的绿灯亮，而南北路口的红灯亮；在延时后，东西路口绿灯灭，黄灯开始闪烁；在闪烁若干次后，东西路口的红灯亮，同时南北路口的绿灯亮；在延时后，南北路口的绿灯灭，黄灯开始闪烁；在闪烁若干次后，在切换到东西路口方向。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity trafic_light isport (clk,rst:in std_logic; -时钟信号，复位信号 time:out integer range 0 to 59; -时间信号 r1,r2,y1,y2,g1,g2:out std_logic);end trafic_light ;architecture rt1 of trafic_light is type state is(r1r2,r1g2,r1y2,r2g1,r2y1); signal n_state ,c_state:state; signal cnt ,init:integer range 0 to 49; signal lock,ov:std_logic;begin state_reg:process(clk,rst) begin if rst=1then c_state=r1r2; elsif clkevent and clk=1then c_state r1=1;g2=1; y1=0; r2=0;g2= 0;y2=0; init=9;lock=1;n_stater1=1;g2=1; y1=0; r2=0;g2= 0;y2=0; init=0;lock=0;if ov=1 then n_state=r1y2; else n_stater1=1;y2=1;g1=0; r2=0;y1=0;g2=0; init=49;lock=1;n_stater1=1;y2=1;g1=0; r2=0;y1=0;g2=0; init=0;lock=0; if ov=1 then n_state=r2g1; else n_stater2=1;g1=1;y1=0; r1=0;g2=0;y2=0; init=9;lock=1;n_stater2=1;g1=1;y1=0; r1=0;g2=0;y2=0; init=0;lock=0; if ov=1 then n_state=r2y1; else n_stater2=1;y1=1;g1=0; r1=0;y2=0;g2=0; init=49;lock=1;n_stater2=1;y1=1;g1=0; r1=0;y2=0;g2=0; init=0;lock=0; if ov=1 then n_state=r1g2; else n_staten_state=r1r2; end case; end process;四、系统调试与仿真初始态是两个路口的红灯全亮，之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西方向通车，延时一段时间后，东西路口绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北方向开始通车，延时一段时间后，南北路口的绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，重复上述过程。五、总结与体会通过这次EDA课程设计，我不仅熟悉了Quartus软件的使用方法，而且学习了VHDL 基本逻辑电路和状态机电路的综合设计应用。理论结合实际，很好地实现了学以致用。除此之外，还加强了我思考和解决问题的能力.现在设计已经做好了,自己感觉还是比较好的,虽然花了很多的时间,但学到了很多东西.做课程设计的时候,自己把整个书本都看了几遍,还在网上查阅了很多的有关交通灯控制电路设计的资料，大大增强了自己对知识的理解,很多以前不是很懂的问题现在都已经一一得以解决了。EDA设计我感觉程序调试、试验软件、硬件熟悉最重要。在编完各模块程序之后，编译查错最初有三十几个错误，有输入错误、语法错误。一遍一遍的变异查错，直到没有错误。必须注意工程名和实体名一致，不然一般会出错。在没有错误之后可以进行波型仿真。若与理想的不同，再查看程序，有无原理上的编辑错误或没有查出的输入错误。这次课程设计之后,使我明白了,做任何事情都要认真仔细,不然的话,你会花更多的时间才会做好.课程设计有利于提高我们的动手能力,能把我们所学的书本知识运用到实际生活中去.同时也丰富了我们的业余生活,提高我们对知识的理解能力。六、附件 library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity trafic_light isport (clk,rst:in std_logic; -时钟信号，复位信号 time:out integer range 0 to 59; -时间信号r1,r2,y1,y2,g1,g2:out std_logic); -交通灯控制信号end trafic_light ; architecture rt1 of trafic_light istype state is(r1r2,r1g2,r1y2,r2g1,r2y1);signal n_state ,c_state:state;signal cnt ,init:integer range 0 to 49;signal lock,ov:std_logic;beginstate_reg:process(clk,rst)beginif rst=1then c_state=r1r2;elsif clkevent and clk=1thenc_state r1=1;g2=1; y1=0;r2=0;g2= 0;y2=0;init=9;lock=1;n_stater1=1;g2=1; y1=0;r2=0;g2= 0;y2=0;init=0;lock=0;if ov=1 then n_state=r1y2;else n_stater1=1;y2=1;g1=0;r2=0;y1=0;g2=0;init=49;lock=1;n_stater1=1;y2=1;g1=0;r2=0;y1=0;g2=0;init=0;lock=0;If ov=1 then n_state=r2g1;else n_stater2=1;g1=1;y1=0;r1=0;g2=0;y2=0;init=9;lock=1;n_stater2=1;g1=1;y1=0;r1=0;g2=0;y2=0;init=0;lock=0;if ov=1 then n_state=r2y1;else n_stater2=1;y1=1;g1=0;r1=0;y2=0;g2=0;init=49;lock=1;n_stater2=1;y1=1;g1=0;r1=0;y2=0;g2=0;init=0;lock=0;if ov=1 then n_state=r1g2;else n_staten_state=r1r2;end case;end process;process(lock,clk)beginif lock=1 thencnt=init;else if clkevent and clk=1 thencnt=cnt-1;if cnt=0 thenov=1;end if;end if;time=cnt;end if;end process;end rtl;