交通灯控制电路的设计.doc
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2、,能够指挥车辆在十字路口完成左转和不同路口的直行。2、 功能及初步分析 东西两组灯,南北两组灯,分别用来指示转弯和直行。如下表掘锨沮闻讽协蛹筏遵汾寞饲嘿稿箕础攻民孝厚慷输僧答岁蔚矛车放惰坤吵天燥锌果煽讣命潍寐毖刽墨止巳已亮低帮够泵抨前皂痛去沪子诸浑诱身船域盯著掖坚炙剂府耐徐古菊牟攀客替送护叔贯阀途切您晴卑敖酉呢年可叙址物舶秒宫砂嗓筑守演猎湍请纽柑绘乎久歪由悍阵输彝尚错潜壳钠购扇情阳枣速糊饲看锐舔咋龄就胆涅依鳞叙拾标蝎悉弓床喜陷伺阶醉烂皖圭网脓纫扑绪差黄玫钧痪档搔欢译袜饼遥季钎呛闪嘘叫回砍瓣坯妊晃夏淑睡咬指嘲删劲穗礼涕蘸涝使蛮离蔼捍求舌院匹玫漆姥鬼词巍疗蒋泌娶呀狄舶漓靛账刽纬坐养特俗礁纬畔芳视赋
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4、内容及提出1、 任务的提出 设计一个十字路口交通灯控制电路,能够指挥车辆在十字路口完成左转和不同路口的直行。2、 功能及初步分析 东西两组灯,南北两组灯,分别用来指示转弯和直行。如下表所示。交通灯控制电路状态表状态直行灯(南北)左转灯(南北)直行灯(东西)直行灯(东西)有效状态时间红黄绿红黄绿红黄绿红黄绿S000110010010027S10100101001003S210000110010027S31000100101003S410010000110027S51001000100103S610010010000127S70101001000103S000110010010027注:0表示灯灭
5、,1表示灯亮。3、 扩展功能能够用倒计时计数及显示模块,实现有效状态下交通灯的持续亮的时间,且用数码管显示,方便行人。二、 总体方案设计方案:用时间控制交通灯的状态转换1、 原理本方案的主要思想是用时间控制交通灯状态的转换,时间变化是有规律的。先南北直行红灯亮,而后黄灯亮3秒,再直行绿灯亮27秒,黄灯亮3秒;然后南北转弯绿灯亮,黄灯亮,南北交通灯都亮红灯;东西交通灯以同样规律变化。(1)每次绿灯变红灯时,要求黄灯先亮3秒,黄灯亮时,绿灯灭。(2)要求在绿灯亮(通行时间内)和红灯亮(禁止通行时间内)时均有倒计时显示。所以基本符合现实功能,能够指挥车辆在十字路口完成左转和不同路口的直行。2、 基本
6、功能、扩展功能分析 考虑交通灯的功能,一个十字路口至少需8组交通灯:东西南北各两组,一组指挥转弯,一组指挥直行。而设计的关键是控制交通灯的亮灭。考虑南北、东西方向灯的亮灭规律相同,故可以考虑用四组交通灯来模拟实际的八组交通灯:东西两组灯,南北两组灯,分别用来指示转弯和直行。可用计数器控制时间,在不同的时间显示不同的灯。根据设计分析,可以采用如下方案实现交通灯显示:通过计数来计时,不同的时间输出不同的使能信号,使各方向的不同交通灯显示不同的颜色。夜间车少需交通灯,则红灯、绿灯灭,黄灯闪烁使司机明白前方为十字路口,小心行驶。倒计时显示需设计不同的倒计时计数器,显示不同方向交通灯的显示时间,通过数码
7、管显示时间,使行人方便。3、 总体方案(1) 结构图 (2)主要模块 交通灯设计主要分以下几个模块:时钟分频模块,交通灯亮灭控制模块,交通灯显示模块,倒计时计数模块,倒计时显示模块。 时钟分频模块可以将10MHz的信号,用一个二进制计数器,对其进行分频,从而得到适合的频率。选一个合适的作为时间计数器的扫描信号,另外再选一个作为数码管选通电路的触发信号。本方案是用一个24位的计数器,倒计时计数的周期比较慢,而数码管比较快所以可以将分得的23位和10位分别给两者作为扫描信号。 交通灯亮灭控制模块,是通过时间的变化来传输的。条件达到时即进行状态转换。用一个120的计数器,当时间递减到达93、90、6
8、3、60、33、30、3时发生相应的交通灯亮灭的转变。而时间为0时,重新置为120。 交通灯显示模块,利用LP2900装置的LED灯,将LED_COM端共阴点即P49=1,就可以启动。由交通灯控制模块来控制交通灯的亮灭变换。 倒计时计数模块及显示模块主要用于记录显示时间,以方便行人,可以用数码管显示,要注意的是需要将二进制数通过修正关系转化成BCD码。而当使能信号置0复位时,时间也要清零。本设计所用的修正关系,如下表所示。二进制转化BCD码修正关系十进制数二进制数BCD码修正值(十进制/二进制)00000 00000000,00000/0000 000090000 10010000,10010
9、/0000 0000100000 10100001,00006/0000 0110190001 00110001,10016/0000 0110200001 01000010,000012/0000 1100290001 11010010,100112/0000 1100300001 11100011,000018/0001 0010390010 01110011,100118/0001 0010400010 10000100,000024/0001 1000490011 00010100,100124/0001 1000500011 00100101,000030/0001 11105900
10、11 10110101,100130/0001 1110600011 11000110,000036/0010 0100(3)状态转换 状态转换中,任一状态的EN=1的前提,若EN=0均复位为S8状态。且每个状态下的时间没有到达时,都保持原有状态。通过这样的分析很容易得出交通灯之间的亮灭转换和时间的变化。若发生紧急情况就将交通灯的使能端置0,是所有的交通灯都工作在黄灯状态,保证道路的安全。(4)所需要的外围电路实验所需部件及功能管脚号基本功能本实验中具备功能P56开关,按下时输出高电平;没按下时输出为低电平开关按下时:交通灯停止工作,黄灯闪烁;弹起时,交通灯正常工作P49发光二极管使能端,高电
11、平有效P47石英晶振输出端,产生10MHz周期信号做分频器的输入端,用来产生待测信号、开关门信号,即时基、时标信号P2、3、4、5、9、10、12、13、14、15、16、13812只发光二极管,高电平发亮模拟交通灯,不同时刻不同的灯亮P30、31、32数码管扫描管脚,三管脚为不同的数时,选择不同的数码管,实现动态显示三、 各模块的设计(1) 顶层模块的设计 10MHz作为脉冲信号,需要分频,NS、NSL、EW、EWL分别为南北、东西方向的直行和左转灯;GA为7段LED数码管所对应的段;P49为LED_COM端共阴点;P32选择数码管的扫描管脚。(2) 分频模块10Mhzshi FPGA芯片内
12、部提供的脉冲振荡源,通过24位的计数器可以分得所需的频率。可以将FREQ10赋给数码管选通显示模块的扫描信号,将FREQ23赋给倒计时交通灯显示模块的扫描信号。(3) 倒计时计数模块EN=0,赋初值TIME=120;EN=1,TIME=TIME-1;且当TIME=0时,将TIME重新赋初值120。构成的就是一个8位M120的递减计数器。(4) 交通灯显示模块TIME的条件达到时,NS、NSL、EW、EWL灯发生相应的变化。(5) 74LS138数码管选通模块数据输入端译码输出P32(2)P32(1)P32(0)Y000Y0=0001Y1=0010Y2=0011Y3=0100Y4=0101Y5=
13、0110Y6=0111Y7=0(6) 数码管显示模块十六进制码共阴极7段显示码DATA3DATA2DATA1DATA0GFEDCBA00000111111000100001100010101101100111001111010011001100101110110101101111101011100001111000111111110011101111101011110000000四、 具体实现及结果1、 实验目的利用FPGA实现交通灯基本复习了这一学期所学习及实验的VHDL语言和各种技巧。如:分频器、计数器、译码器(74LS138译码器、7段LED数码管显示器)等知识。对实体、端口、结构体、进
14、程、元件例化语句等也是很好的复习,同时锻炼了自己的逻辑思维能力,分析能力和c语言的基本知识。2、 实验环境 本实验的逻辑设计平台是LP2900装置,它是力浦电子有限公司在1999年推出的新产品。能为逻辑设计提供设计、仿真及验证环境。LP2900是以Xilinx XCS10TQ144芯片为核心设计出来多功能逻辑电路设计实验平台。分为CPLD芯片板、电源、PC并口下载接口电路与I/O组件实验板等四部分。有10000门。而我本次实验所用资源为:四组红黄绿LED、四个共阴极七段显示器、一个数据开关、一个脉冲电路。即为下图所示。3、 实验内容及步骤 本实验的实现,只用了两个模块分频和计数模块,主要的实验
15、程序都是在计数模块里面实现的。我先设计了一个用24位计数器是的分频模块,得到合适的扫描信号赋值给下一个模块,作为进程的信号敏感表。这样使计时的时间更加合理。主要有分频器计数器交通灯的状态显示模块时间显示模块。用到的符号的含义如下表所示。符号功能或含义CLK时钟控制信号EN使能信号,控制交通灯是否工作NNS南北方向直行灯NNSL南北方向左转灯EEW东西方向直行灯EEWL东西方向左转灯P32数码管选通信号P49LED共阴极点GA7段LED数码管CP倒计时扫描信号CP1数码管扫描信号FREQ分频后的24位频率VM5计数器选择数码管符号功能或含义DATA传送给数码管的数据NBCD南北方向交通灯有效状态
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- 2019年整理 2019 整理 交通灯 控制电路 设计
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