數(shù)電課程設(shè)計(jì)報(bào)告

2011—2012學(xué)年第二學(xué)期《數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)》（適用專業(yè)：電氣10級(jí)）設(shè)計(jì)題目：交通燈控制電路設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)開課系室電工電子學(xué)教學(xué)中心設(shè)計(jì)日期2012年7月5日～9日指導(dǎo)老師目錄設(shè)計(jì)目的……………1設(shè)計(jì)任務(wù)……………1具體要求……………1設(shè)計(jì)原理……………2實(shí)驗(yàn)電路圖…………5verilogHDL程序?qū)崿F(xiàn)……………^5波形仿真……………15實(shí)驗(yàn)總結(jié)……………20附錄…………………21數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目：交通燈控制電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的1、按照現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的Top-Down模塊化設(shè)計(jì)方法，提出交通燈控制電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行正確的功能劃分，分別提出并實(shí)現(xiàn)控制器、計(jì)數(shù)器、輸出譯碼、點(diǎn)陣顯示等模塊化子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。2、在QuartusⅡ的EDA設(shè)計(jì)環(huán)境中，完成系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)、各子系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)。分別完成各個(gè)基于Verilog語言實(shí)現(xiàn)的子模塊（包括控制器電路、計(jì)數(shù)器電路、輸出譯碼電路、點(diǎn)陣顯示電路）的邏輯功能仿真。最后對(duì)頂層設(shè)計(jì)進(jìn)行功能仿真。3、在2步的基礎(chǔ)上，用下載電纜通過JTAG口將對(duì)應(yīng)的sof文件加載到FPGA中。觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與自己的編程思想一致。二、設(shè)計(jì)任務(wù)1、交通燈的顯示有很多方式，如十字路口、丁字路口等，而對(duì)于同一個(gè)路口又有很多不同的顯示要求，比如十字路口，車輛如果只要東西和南北方向通行就很簡單，而如果車子可以左右轉(zhuǎn)彎的通行就比較復(fù)雜，本實(shí)驗(yàn)僅針對(duì)最簡單的南北和東西直行的情況。完成本實(shí)驗(yàn)，首先必須了解交通路燈的燃滅規(guī)律。本實(shí)驗(yàn)需要用到實(shí)驗(yàn)箱上交通燈模塊中的發(fā)光二極管，即紅、黃、綠各四個(gè)。依人們的交通常規(guī)，“紅燈停，綠燈行，黃燈提醒”。其交通燈的燃滅規(guī)律為：東西路口的綠燈亮，南北路口的紅燈亮，東西方向通車，延時(shí)一段時(shí)間后，東西路口綠燈滅，黃燈開始閃爍。閃爍若干次后，東西路口紅燈亮，而同時(shí)南北路口的綠燈亮，南北方向開始通車，延時(shí)一段時(shí)間后，南北路口的綠燈滅，黃燈開始閃爍。閃爍若干次后，再切換到東西路口方向，重復(fù)上述過程。在實(shí)驗(yàn)中使用4個(gè)七段碼管中的任意一個(gè)或兩個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)間。東西路和南北路的通車時(shí)間均設(shè)定為9s。數(shù)碼管的時(shí)間總是顯示為9、8、7……2、1、0、9、8……。在顯示時(shí)間小于等于3秒的時(shí)候，通車方向的黃燈閃爍。在東西向綠燈期間，點(diǎn)陣顯示自己的姓名；在南北向綠燈期間，點(diǎn)陣顯示自己的學(xué)號(hào)后3位。擴(kuò)展要求：將0-9s擴(kuò)展為0-30s。三、具體要求：本實(shí)驗(yàn)要完成任務(wù)就是設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的交通燈控制器，交通燈顯示用實(shí)驗(yàn)箱的交通燈模塊和七段碼管中的任意一個(gè)或兩個(gè)來顯示。系統(tǒng)時(shí)鐘選擇時(shí)鐘模塊的50MHz時(shí)鐘，黃燈閃爍時(shí)鐘要求為2Hz，七段碼管的時(shí)間顯示為1Hz脈沖，即每1s中遞減一次，在顯示時(shí)間小于等于3秒的時(shí)候，通車方向的黃燈以2Hz的頻率閃爍。在東西向綠燈期間，點(diǎn)陣顯示自己的姓名；在南北向綠燈期間，點(diǎn)陣顯示自己的學(xué)號(hào)后3位。顯示方式：1秒顯示一個(gè)漢字或者一個(gè)數(shù)字（漢字和數(shù)字均靜止不動(dòng)，即不循環(huán)），然后全暗1秒，然后再顯示一個(gè)漢字或者一個(gè)數(shù)字，以此類推。擴(kuò)展要求：利用撥動(dòng)開關(guān)K1擴(kuò)展時(shí)間0-9至0-30s。實(shí)驗(yàn)箱中用到的數(shù)字時(shí)鐘模塊、按鍵開關(guān)、數(shù)碼管、點(diǎn)陣與FPGA的接口電路，以及數(shù)字時(shí)鐘源、按鍵開關(guān)、數(shù)碼管、點(diǎn)陣與FPGA的管腳連接在以前的實(shí)驗(yàn)中都做了詳細(xì)說明，這里不再贅述。交通燈模塊原理與LED燈模塊的電路原理一致，當(dāng)有高電平輸入時(shí)LED燈就會(huì)被點(diǎn)亮，反之不亮。只是LED發(fā)出的光有顏色之分。四、設(shè)計(jì)原理1、外部輸入脈沖信號(hào)時(shí)鐘源CP（50MHz），經(jīng)適當(dāng)分頻后供計(jì)數(shù)器使用。2、輸出1組顯示譯碼信號(hào)（每組7個(gè)輸出端），接到外部的兩個(gè)七段數(shù)碼管上，顯示倒計(jì)時(shí)；（擴(kuò)展要求）或輸出2組顯示譯碼信號(hào)（每組7個(gè)輸出端），分別接到外部的兩個(gè)七段數(shù)碼管M1、M2上，M1和M2分別顯示30秒倒計(jì)時(shí)的十位和個(gè)位。3、輸出6個(gè)高低電平信號(hào)，分別接到外部的6個(gè)指示縱向、橫向的LED燈。（輸出高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的LED燈亮）4、擴(kuò)展要求：利用撥動(dòng)開關(guān)K1將時(shí)間0-9s擴(kuò)展為0-30s（黃燈仍然只在0-3s內(nèi)閃爍）原理圖如下：1Hz1Hz縱向指示燈LED1控制器計(jì)數(shù)器（9s倒計(jì)時(shí)；通車時(shí)間倒計(jì)時(shí)）七段LED數(shù)碼管顯示（1個(gè)）50MHz縱向指示燈LED3橫停指示燈LED6縱向指示燈LED2橫向指示燈LED5橫向指示燈LED4CLK3-9s內(nèi)顯示姓名或者學(xué)號(hào)圖1交通燈控制電路結(jié)構(gòu)框圖實(shí)驗(yàn)電路圖六、verilogHDL程序?qū)崿F(xiàn)1.分頻器1hz,2hz,1000hzmodulediv_1(clk_in,clk_out_1hz,clk_out_2hz,clk_out_1khz);inputclk_in;outputregclk_out_1hz;outputregclk_out_2hz;outputregclk_out_1khz;reg[25:0]q1;reg[24:0]q2;reg[15:0]q3;always@(negedgeclk_in)beginif(q1<26'd50000000)beginq1=q1+1;if(q1<26'd24999999)clk_out_1hz=1;elseclk_out_1hz=0;endelseq1=26'd0;if(q2<25'd25000000)beginq2=q2+1;if(q2<25'd12499999)clk_out_2hz=1;elseclk_out_2hz=0;endelseq2=25'd0;if(q3<16'd50000)beginq3=q3+1;if(q3<16'd25000)clk_out_1khz=1;elseclk_out_1khz=0;endelseq3=16'd0;endEndmodule2、控制電路紅綠黃燈轉(zhuǎn)換modulekongzhi(k,clk,q,led,greena,greenb,yellowa,yellowb,reda,redb);inputclk;inputk;//9s-30s轉(zhuǎn)換開關(guān)rega;outputreggreena,greenb,yellowa,yellowb,reda,redb;outputreg[4:0]led;outputreg[4:0]q;initialbegina=1;q=9;led=9;greena=1;redb=1;endalways@(posedgeclk)beginif(k==0)beginif(q==0)beginq=9;led=9;end elsebeginq=q-1;led=led-1;if(q==2)a=~a;endif(q>3)beginreda=!a;yellowa=0;greena=a;redb=a;yellowb=0;greenb=!a;endelsebeginreda=0;yellowa=1;greena=0;redb=0;yellowb=1;greenb=0;endendelsebeginif(q==0)beginq=30;led=30;end elsebeginq=q-1;led=led-1;if(q==2)a=~a;endif(q>3)beginreda=!a;yellowa=0;greena=a;redb=a;yellowb=0;greenb=!a;endelsebeginreda=0;yellowa=1;greena=0;redb=0;yellowb=1;greenb=0;endendendEndmodule3、控制黃燈閃爍moduleshan(clk,en,yellow);inputclk;inputen;outputyellow;regyellow;always@(clk)if(en==1)yellow=clk;Endmodule4、數(shù)碼管moduledaojishi(q,a1,b1,c1,d1,e1,f1,g1,a2,b2,c2,d2,e2,f2,g2);input[4:0]q;outputrega1,b1,c1,d1,e1,f1,g1,a2,b2,c2,d2,e2,f2,g2;always@(q)begincase(q)0:begina1=0;b1=0;c1=0;d1=0;e1=0;f1=0;g1=1;a2=0;b2=0;c2=0;d2=0;e2=0;f2=0;g2=1;end1:begina1=1;b1=0;c1=0;d1=1;e1=1;f1=1;g1=1;a2=0;b2=0;c2=0;d2=0;e2=0;f2=0;g2=1;end2:begina1=0;b1=0;c1=1;d1=0;e1=0;f1=1;g1=0;a2=0;b2=0;c2=0;d2=0;e2=0;f2=0;g2=1;end3:begina1=0;b1=0;c1=0;d1=0;e1=1;f1=1;g1=0;a2=0;b2=0;c2=0;d2=0;e2=0;f2=0;g2=1;end4:begina1=1;b1=0;c1=0;d1=1;e1=1;f1=0;g1=0;a2=0;b2=0;c2=0;d2=0;e2=0;f2=0;g2=1;end5:begina1=0;b1=1;c1=0;d1=0;e1=1;f1=0;g1=0;a2=0;b2=0;c2=0;d2=0;e2=0;f2=0;g2=1;end6:begina1=1;b1=1;c1=0;d1=0;e1=0;f1=0;g1=0;a2=0;b2=0;c2=0;d2=0;e2=0;f2=0;g2=1;end7:begina1=0;b1=0;c1=0;d1=1;e1=1;f1=1;g1=1;a2=0;b2=0;c2=0;d2=0;e2=0;f2=0;g2=1;end8:begina1=0;b1=0;c1=0;d1=0;e1=0;f1=0;g1=0;a2=0;b2=0;c2=0;d2=0;e2=0;f2=0;g2=1;end9:begina1=0;b1=0;c1=0;d1=1;e1=1;f1=0;g1=0;a2=0;b2=0;c2=0;d2=0;e2=0;f2=0;g2=1;end10:begina1=0;b1=0;c1=0;d1=0;e1=0;f1=0;g1=1;a2=1;b2=0;c2=0;d2=1;e2=1;f2=1;g2=1;end11:begina1=1;b1=0;c1=0;d1=1;e1=1;f1=1;g1=1;a2=1;b2=0;c2=0;d2=1;e2=1;f2=1;g2=1;end12:begina1=0;b1=0;c1=1;d1=0;e1=0;f1=1;g1=0;a2=1;b2=0;c2=0;d2=1;e2=1;f2=1;g2=1;end13:begina1=0;b1=0;c1=0;d1=0;e1=1;f1=1;g1=0;a2=1;b2=0;c2=0;d2=1;e2=1;f2=1;g2=1;end14:begina1=1;b1=0;c1=0;d1=1;e1=1;f1=0;g1=0;a2=1;b2=0;c2=0;d2=1;e2=1;f2=1;g2=1;end15:begina1=0;b1=1;c1=0;d1=0;e1=1;f1=0;g1=0;a2=1;b2=0;c2=0;d2=1;e2=1;f2=1;g2=1;end16:begina1=1;b1=1;c1=0;d1=0;e1=0;f1=0;g1=0;a2=1;b2=0;c2=0;d2=1;e2=1;f2=1;g2=1;end17:begina1=0;b1=0;c1=0;d1=1;e1=1;f1=1;g1=1;a2=1;b2=0;c2=0;d2=1;e2=1;f2=1;g2=1;end18:begina1=0;b1=0;c1=0;d1=0;e1=0;f1=0;g1=0;a2=1;b2=0;c2=0;d2=1;e2=1;f2=1;g2=1;end19:begina1=0;b1=0;c1=0;d1=1;e1=1;f1=0;g1=0;a2=1;b2=0;c2=0;d2=1;e2=1;f2=1;g2=1;end20:begina1=0;b1=0;c1=0;d1=0;e1=0;f1=0;g1=1;a2=0;b2=0;c2=1;d2=0;e2=0;f2=1;g2=0;end21:begina1=1;b1=0;c1=0;d1=1;e1=1;f1=1;g1=1;a2=0;b2=0;c2=1;d2=0;e2=0;f2=1;g2=0;end22:begina1=0;b1=0;c1=1;d1=0;e1=0;f1=1;g1=0;a2=0;b2=0;c2=1;d2=0;e2=0;f2=1;g2=0;end23:begina1=0;b1=0;c1=0;d1=0;e1=1;f1=1;g1=0;a2=0;b2=0;c2=1;d2=0;e2=0;f2=1;g2=0;end24:begina1=1;b1=0;c1=0;d1=1;e1=1;f1=0;g1=0;a2=0;b2=0;c2=1;d2=0;e2=0;f2=1;g2=0;end25:begina1=0;b1=1;c1=0;d1=0;e1=1;f1=0;g1=0;a2=0;b2=0;c2=1;d2=0;e2=0;f2=1;g2=0;end26:begina1=1;b1=1;c1=0;d1=0;e1=0;f1=0;g1=0;a2=0;b2=0;c2=1;d2=0;e2=0;f2=1;g2=0;end27:begina1=0;b1=0;c1=0;d1=1;e1=1;f1=1;g1=1;a2=0;b2=0;c2=1;d2=0;e2=0;f2=1;g2=0;end28:begina1=0;b1=0;c1=0;d1=0;e1=0;f1=0;g1=0;a2=0;b2=0;c2=1;d2=0;e2=0;f2=1;g2=0;end29:begina1=0;b1=0;c1=0;d1=1;e1=1;f1=0;g1=0;a2=0;b2=0;c2=1;d2=0;e2=0;f2=1;g2=0;end30:begina1=0;b1=0;c1=0;d1=0;e1=0;f1=0;g1=1;a2=0;b2=0;c2=0;d2=0;e2=1;f2=1;g2=0;endendcaseendEndmodule5、點(diǎn)陣顯示名字學(xué)號(hào)moduledianzhen(count,en1,en2,clk,r,c);inputclk;inputen1;inputen2;input[4:0]count;outputreg[15:0]r;outputreg[15:0]c;reg[3:0]q;initialq=0;initialc=16'b0000000000000000;initialr=16'b1111111111111111;always@(posedgeclk)beginif(en1==1)beginif(count==30||count==27||count==24||count==21||count==18||count==15||count==12||count==9||count==6)begincase(q)0:beginr=16'b0111111111111111;c=16'b0000000000000000;q=1;end1:beginr=16'b1011111111111111;c=16'b0000000000000000;q=2;end2:beginr=16'b1101111111111111;c=16'b0011111111111000;q=3;end3:beginr=16'b1110111111111111;c=16'b0000000100000000;q=4;end4:beginr=16'b1111011111111111;c=16'b0000000100000000;q=5;end5:beginr=16'b1111101111111111;c=16'b0000000100000000;q=6;end6:beginr=16'b1111110111111111;c=16'b0000000100000000;q=7;end7:beginr=16'b1111111011111111;c=16'b0001111111110000;q=8;end8:beginr=16'b1111111101111111;c=16'b0000000100000000;q=9;end9:beginr=16'b1111111110111111;c=16'b0000000100000000;q=10;end10:beginr=16'b1111111111011111;c=16'b0000000100000000;q=11;end11:beginr=16'b1111111111101111;c=16'b0000000100000000;q=12;end12:beginr=16'b1111111111110111;c=16'b0000000100000000;q=13;end13:beginr=16'b1111111111111011;c=16'b0111111111111100;q=14;end14:beginr=16'b1111111111111101;c=16'b0000000000000000;q=15;end15:beginr=16'b1111111111111110;c=16'b0000000000000000;q=0;endendcaseendif(count==29||count==26||count==23||count==20||count==17||count==14||count==11||count==8||count==5)begincase(q)0:beginr=16'b0111111111111111;c=16'b0000000000000000;q=1;end1:beginr=16'b1011111111111111;c=16'b0000000000000000;q=2;end2:beginr=16'b1101111111111111;c=16'b0011111111111000;q=3;end3:beginr=16'b1110111111111111;c=16'b0000000100000000;q=4;end4:beginr=16'b1111011111111111;c=16'b0000000100000000;q=5;end5:beginr=16'b1111101111111111;c=16'b0000000100000000;q=6;end6:beginr=16'b1111110111111111;c=16'b0000000100000000;q=7;end7:beginr=16'b1111111011111111;c=16'b0001111111110000;q=8;end8:beginr=16'b1111111101111111;c=16'b0000000100000000;q=9;end9:beginr=16'b111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