PLD交通燈控制器設計報告

1、數(shù)字系統(tǒng)設計報告交通燈控制器一 實驗目的1.基本掌握自頂向下的模塊化的電子系統(tǒng)設計方法；2.學會使用pld和硬件描述語言設計數(shù)字電路,掌握 quartus ii開發(fā)工具的使用方法；3.培養(yǎng)學生自主學習、正確分析和解決問題的能力 。二 設計要求我在本課程中所選擇的課題是用verilog hdl實現(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，在交叉路口的每個入口處設置了紅、綠、黃三色信號燈。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

2、道的優(yōu)先權控制。 （1）當鄉(xiāng)村公路無車時，始終保持鄉(xiāng)村公路紅燈亮，主干道綠燈亮。（2）當鄉(xiāng)村公路有車時，而主干道通車時間已經(jīng)超過它的最短通車時間時，禁止主干道通行，讓鄉(xiāng)村公路通行。主干道最短通車時間為25s 。（3）當鄉(xiāng)村公路和主干道都有車時，按主干道通車25s，鄉(xiāng)村公路通車16s交替進行。（4）不論主干道情況如何，鄉(xiāng)村公路通車最長時間為16s。（5）在每次由綠燈亮變成紅燈亮的轉換過程中間，要亮5s時間的黃燈作為過渡。（6）用開關代替?zhèn)鞲衅髯鳛闄z測車輛是否到來的信號。用紅、綠、黃三種顏色的發(fā)光二極管作交通燈。要求顯示時間，倒計時。 交通燈控制器框圖如下：（c表示鄉(xiāng)村道路是否有車到來，1表示有，

3、0表示無；set用來控制系統(tǒng)的開始及停止；rst是復位信號，高電平有效，當rst=1時，恢復到初始設置；clk是外加時鐘信號；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；mycr: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間到，t1=1表示5秒黃燈時間到，t2=1表示鄉(xiāng)村道路最長通車時間到。） 本交通燈控制系統(tǒng)設計利用verilog hdl語言進行設計編程，利用cyclone ep

4、1c6q240c8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燈以及數(shù)碼管顯示,看是否按設計要求正常工作。三、設計流程分頻模塊本系統(tǒng)采用自頂向下的設計，設計一個頂層文件和三個底層文件。各模塊關系如下：系統(tǒng)工作模塊交通燈控制器八段譯碼模塊設計文件如下：1. 底層模塊（1）分頻模塊： 該模塊的功能是將實驗箱提供的2mhz的時鐘信號，經(jīng)過分頻得到1hz的時鐘信號作為系統(tǒng)工作模塊的時鐘。其中set信號控制系統(tǒng)的暫停和開始。源程序如下：module clk_div(c

5、lk,set,out);input clk,set; output out;reg out;reg23:0 count; /進行計數(shù)parameter n=2000000;always (posedge clk)/clk=2mhzbeginif(!set)begincount = 0;out = 0;endelsebeginif(count n/2-1)begincount = count + 1;endelsebeginout = out;/得到1hz的方波count = 0;endendendendmodule為方便仿真把n的值改為2,仿真波形如下圖：（2）系統(tǒng)工作模塊：該模塊中ret信號

6、 為復位信號（ret=1時進行復位），c表示有無車輛（c=1表示鄉(xiāng)村公路上有車輛），lampa控制主干道信號燈的亮滅，lampb控制鄉(xiāng)村公路信號燈的亮滅，acounth輸出主干道信號倒計時的十位數(shù)，acountl輸出主干道信號倒計時的個位數(shù)，bcounth輸出鄉(xiāng)村公路信號倒計時的十位數(shù)，bcountl輸出主干道信號倒計時的個位數(shù)。當鄉(xiāng)村道路上有車時信號燈有四個狀態(tài)進行循環(huán)，圖下表所示;主干道鄉(xiāng)村公路信號狀態(tài)信號時間lampa值信號狀態(tài)信號時間lampb值綠25s1紅30s4黃5s2紅4紅21s4綠16s1紅4黃5s2當鄉(xiāng)村道路上無車時，如果當前主干道狀態(tài)為綠燈，倒計時結束之后顯示器顯示“”，表

7、示暢行無阻（若當前狀態(tài)為“”，則鄉(xiāng)道上出現(xiàn)車時，主干道黃燈5秒開始倒計時）；若當前主干道狀態(tài)為上表中第三個狀態(tài)就直接跳轉到第四個狀態(tài)，具體代碼如下：module traffic(clk,rst,c,lampa,lampb,acounth,acountl,bcounth,bcountl);output3:0acounth,acountl,bcounth,bcountl;output2:0lampa,lampb;input clk,rst,c;reg2:0lampa,lampb;reg7:0numa,numb;reg3:0acounth,acountl,bcounth,bcountl;always

8、(posedge clk or posedge rst)beginif(rst) /進行復位beginlampa=1; /主干道始為綠燈lampb=4; /鄉(xiāng)村道路為紅燈numa=8b00100101; /主干道計時25秒numb=8b00110000; /鄉(xiāng)村道路計時為30秒endelsebegin/主干道始為綠燈 鄉(xiāng)村道路為紅燈if(lampa=1&lampb=4) begin/鄉(xiāng)道無車，主干道綠燈計時結束或正處于暢行無阻狀態(tài) if(numa=1&c=0)|(&numa)=1&c=0) beginnuma=8b11111111; /顯示” 主干道處于暢行無阻狀態(tài)numb=8b1111111

9、1; lampa=1;lampb=4; end else begin/鄉(xiāng)道有車，主干道綠燈計時結束或正處于暢行無阻狀態(tài)if(numa=1&c=1)|(&numa)=1&c=1) /begin numa=8b00000101;/黃燈設置為5秒 numb=8b00000101; lampa=2; lampb=4;end/其他情況倒計時else begin if(numa3:0=0&numa7:4) beginnuma3:0=4b1001;numa7:4=numa7:4-1; end else begin numa3:0=numa3:0-1; end if(numb3:0=0&numb7:4) be

10、ginnumb3:0=4b1001;numb7:4=numb7:4-1; end else begin numb3:0=numb3:0-1; end end end end /主干道黃燈，鄉(xiāng)村道路紅燈if(lampa=2&lampb=4) begin if(numa=1) beginnuma=8b00100001;/設置主干道紅燈21秒numb=8b00010110; /設置鄉(xiāng)道綠燈16秒lampa=4;lampb=1; end elsebeginnuma3:0=numa3:0-1;numb3:0=numb3:0-1;endend/主干道紅燈，鄉(xiāng)村道路綠燈 if(lampa=4&lampb=1

11、) beginif(c=0) /跳過鄉(xiāng)道綠燈時間beginnuma=8b00000101;numb=8b00000101;lampa=4;lampb=2;endelsebeginif(numb=1&c=1) beginnuma=8b00000101;numb=8b00000101;lampa=4;lampb=2;endelse beginif(numa3:0=0&numa7:4)beginnuma3:0=4b1001;numa7:4=numa7:4-1;endelsebegin numa3:0=numa3:0-1;end if(numb3:0=0&numb7:4)beginnumb3:0=4b

12、1001;numb7:4=numb7:4-1;endelsebeginnumb3:0=numb3:0-1;endendendend/主干道紅燈，鄉(xiāng)村道路黃燈if(lampa=4&lampb=2) beginif(numa=1)beginnuma=8b00100101;/numb=8b00110000;lampa=1;lampb=4;endelsebeginnuma3:0=numa3:0-1;numb3:0=numb3:0-1;endendendacounth=numa7:4;acountl=numa3:0;bcounth=numb7:4;bcountl=numb3:0;end endmodul

13、e仿真波形：鄉(xiāng)道一直有車時：鄉(xiāng)道無車時：（3）八段譯碼模塊：該模塊的功能是將輸入的四位信號進行譯碼，輸出到八段共陽極數(shù)碼管顯示出來，用于顯示倒計時module decode4_7(decodeout,indec);output7:0 decodeout; input3:0 indec; reg7:0 decodeout;always (indec)begin case(indec) /進行譯碼 4d0:decodeout=8b00000011; 4d1:decodeout=8b10011111;4d2:decodeout=8b00100101;4d3:decodeout=8b00001101;

14、4d4:decodeout=8b10011001;4d5:decodeout=8b01001001;4d6:decodeout=8b01000001;4d7:decodeout=8b00011111;4d8:decodeout=8b00000001;4d9:decodeout=8b00001001;4d15:decodeout=8b11111101;/顯示“”default: decodeout=8bx; endcaseendendmodule仿真波形：2. 頂層文件仿真圖形：分析亮燈情況及倒計時情況，與設計要求相符合，仿真結果正確。四、管腳綁定clk綁定到晶振時鐘信號，設定管腳號為28；c,

15、rst,set分別綁定到三個乒乓開關，這里設定管腳號分別為137，138，139；lampa2 ,lampa1 ,lampa0分別綁定到紅燈，黃燈，綠燈上，這里設定管腳號分別為233，204，221；lampb2 ,lampb1 ,lampb0分別綁定到另一組紅燈，黃燈，綠燈上，這里設定管腳號分別為228,202,220；acounth，acountl,bcounth，bcountl分別綁定到四個數(shù)碼管上。五、編譯下載把程序下載到芯片中測試實際結果是否正確。實驗結果：1.ret復位之后主干道為綠燈（25），鄉(xiāng)村道路為紅燈（30）。2.主干道為綠燈，鄉(xiāng)村道路為紅燈：若此時鄉(xiāng)村道路無車，主干道綠燈

16、計時結束之后，倒計時顯示“”一直持續(xù)到鄉(xiāng)道上有車為止才變?yōu)橹鞲傻罏辄S燈，鄉(xiāng)村道路為紅燈；若鄉(xiāng)道有車主干道綠燈計時結束之后為主干道為黃燈（5），鄉(xiāng)村道路為紅燈（5）。3. 主干道為黃燈，鄉(xiāng)村道路為紅燈：計時結束后主干道為紅燈（21），鄉(xiāng)道為綠燈（16）。4. 主干道為紅燈，鄉(xiāng)村道路為綠燈：若此時鄉(xiāng)道上有車，鄉(xiāng)村道路計時結束后主干道為紅燈（5），鄉(xiāng)道為黃燈（5）；若此時鄉(xiāng)道上無車，不等計時結束狀態(tài)轉為主干道為紅燈（5），鄉(xiāng)村道路為黃燈（5）。5. 主干道為紅燈，鄉(xiāng)村道路為黃燈：計時結束后主干道為綠燈（25），鄉(xiāng)村道路為紅燈（30）。分析實驗結果可以看到該系統(tǒng)實現(xiàn)了所有設計要求，運行結果正確。六、實驗總結該設計用了3個底層模塊和一個頂層文件，總體思路比較清晰，實現(xiàn)了交通燈控制器的各種功能及主干道和鄉(xiāng)村道路的倒計時顯示。在編寫程序的過程中，我強烈的意識到模塊化設計該編程帶來很大的便利。首先你得理清思路，要是下哪些功能，把他們分模塊實現(xiàn)，作為底層，最后再把這些底層