EDA課程設(shè)計-交通燈控制器

1.設(shè)計任務(wù)要求： 32.背景分析 32.1分析： 32.2系統(tǒng)總體組成框圖： 43.設(shè)計方案： 53.1分頻器的設(shè)計： 53.2控制器的設(shè)計: 63.3計數(shù)器的設(shè)計: 83.4分位譯碼電路設(shè)計： 83.5數(shù)碼管驅(qū)動的設(shè)計——綠燈和紅燈驅(qū)動： 93.6數(shù)碼管驅(qū)動的設(shè)計——黃燈驅(qū)動： 114.頂層文件的設(shè)計： 125.設(shè)計總結(jié)： 13摘要：根據(jù)數(shù)字邏輯電路與系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行實踐，利用QuartusⅡ軟件設(shè)計一個基于EDA技術(shù)的由東西車道和南北車道的匯合點形成的十字交叉路口的交通燈控制器，通過分頻器模塊、控制器模塊、計數(shù)器模塊、分位譯碼電路模塊、驅(qū)動模塊的實現(xiàn)，經(jīng)過整體組裝、測試及程序來實現(xiàn)交通燈的控制功能。關(guān)鍵詞：QuartusⅡ，交通燈控制器，模塊，程序1.設(shè)計任務(wù)要求：1、功能：實現(xiàn)交通燈控制邏輯，控制紅綠燈的亮和滅，并顯示紅綠燈的倒計時，東西車道和南北車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，每次通行時間都設(shè)為25秒；要求黃燈先亮5秒，才能變換運(yùn)行車道2、輸入信號：時鐘信號clk為1kHz3、輸出信號：紅、綠、黃燈控制信號（高電平時亮），兩位倒計時LED數(shù)碼管（共陰極）顯示碼（靜態(tài)顯示方式）4、要求：系統(tǒng)由分頻器（將1kHz時鐘變?yōu)?Hz）、計數(shù)器（實現(xiàn)25秒和5秒的倒計時）、狀態(tài)機(jī)（控制紅綠燈的變換）、顯示碼譯碼器（將時間的BCD碼轉(zhuǎn)換成LED顯示碼）。5、要求給出系統(tǒng)總體組成框圖，設(shè)計思路，完成以上模塊的VHDL實現(xiàn)及功能仿真，狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)圖、頂層文件及整體仿真。2.背景分析2.1分析：交通燈的功能是實現(xiàn)一個交叉口的通車控制，交通燈顯示有以下4種狀態(tài)：1.東西車道綠燈（20s），南北車道紅燈(20s)；2.東西車道黃燈(5s)，南北車道紅燈(5s)；3.東西車道紅燈(20s)，南北車道綠燈(20s)；4.東西車道紅燈(5s)，南北車道黃燈(5s)。綜上：東西向綠燈每次亮20S，接著黃燈亮5S，最后紅燈亮25S；南北向紅燈每次亮25S，接著綠燈亮20S，最后黃燈亮5S。依此循環(huán)。2.2系統(tǒng)總體組成框圖：通電通電復(fù)位Yes復(fù)位No南北為紅，東西為綠，計時開始南北為紅，東西為綠，計時開始計時到20sNo計時到20sYes南北為紅，東西為黃南北為紅，東西為黃計時到5s計時到5sNoYes南北為綠，東西為紅南北為綠，東西為紅計時到20s計時到20sNoYes南北為黃，東西為紅南北為黃，東西為紅計時到5sNo計時到5sYes3.設(shè)計方案：3.1分頻器的設(shè)計：程序設(shè)計：仿真波形圖：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;entityfenpinqiisport(clkin:instd_logic;clkout:outstd_logic);end;architecturedevideroffenpinqiisconstantn:integer:=999;signalcounter:integerrange0to999;signalclk:std_logic;beginprocess(clkin)beginifclkin'eventandclkin='1'thenifcounter=999thencounter<=0;clk<=notclk;elsecounter<=counter+1;endif;endif;endprocess;clkout<=clk;end;3.2控制器的設(shè)計:控制器的作用是根據(jù)計數(shù)器的計數(shù)值控制發(fā)光二極管的亮、滅，以及輸出倒計時數(shù)值給七段譯管的分譯碼電路。LIBRARYIEEE;仿真波形圖：USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYkongzhiqiISPORT(clock:INSTD_LOGIC;countNum:inINTEGERRANGE0TONumA,NumB:outINTEGERRANGE0TORedA,GreenA,YellowA:outstd_logic;RedB,GreenB,YellowB:outstd_logic);END;ARCHITECTUREbehaviorOFkongzhiqiISBEGINprocess(clock)BEGINIFrising_edge(clock)THENIFCountNum<=19THEN--前20s東西方向綠燈亮NumA<=20-CountNum;RedA<='0';GreenA<='1';YellowA<='0';ELSIFCountNum<=24THEN--21到25s東西方向黃燈亮NumA<=25-CountNum;RedA<='0';GreenA<='0';YellowA<='1';ELSENumA<=50-CountNum;--26到50s東西方向紅燈亮RedA<='1';GreenA<='0';YellowA<='0';ENDIF;

IFCountNum<=24THEN--前25s南北方向紅燈亮，東西通行NumB<=29-CountNum;RedB<='1';GreenB<='0';YellowB<='0';ELSIFCountNum<=44THEN--26到45s南北方向綠燈亮NumB<=45-CountNum;RedB<='0';GreenB<='1';YellowB<='0';ELSeNumB<=50-CountNum;--46到50s南北方向黃燈亮RedB<='0';GreenB<='0';YellowB<='1';ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;END;3.3計數(shù)器的設(shè)計:程序如下：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYjishuqiISPORT(clock:INSTD_LOGIC;countNum:BuFFeRINTEGERRANGEEND;ARCHITECTUREbehaviorOFjishuqiISBEGINprocess(clock)BEGINIFrising_edge(clock)THEN仿真波形圖：IFcountNum=49THENcountNum<=0;ELSEcountNum<=countNum+1;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;END;3.4分位譯碼電路設(shè)計：將倒計時時間表示為兩位十進(jìn)制數(shù)分別顯示LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYfenweiISPORT(Numin:INintegerNumA,NumB:OUTEND;ARCHITECTUREbehaviorOFfenweiISBEGINprocess(Numin)BEGINIFNumin>=20THENNumA<=2;NumB<=Numin-20;ELSIFNumin>=10THENNumA<=1;仿真波形圖：NumB<=Numin-10;ELSENumA<=0;NumB<=Numin;ENDIF;ENDPROCESS;END;上面的分位譯碼電路設(shè)計為東西方向倒計時顯示，南北方向同理，只需將NumA和NumB替換為NumC，NumD即可，這里不再重復(fù)。3.5數(shù)碼管驅(qū)動的設(shè)計——綠燈和紅燈驅(qū)動：本模塊設(shè)計為時序邏輯電路，采用下降沿觸發(fā)。實體模塊如圖2-14和仿真波形。程序設(shè)計：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYqudongISPORT(clk:inSTD_LOGIC;enable:instd_logic;data:INintegersegout:outSTD_LOGIC_VECTOR(7downto0));END;ARCHITECTUREbehaviorOFqudongISBEGINprocess(Clk,data)BEGINIFfalling_edge(Clk)andenable='1'thencasedataiswhen0=>segout<="00111111";when1=>segout<="00000110";when2=>segout<="01011011";when3=>segout<="01001111";when4=>segout<="01100110";when5=>segout<="01101101";when6=>segout<="01111101";when7=>segout<="00000111";when8=>segout<="01111111";when9=>segout<="01101111";whenothers=>null;ENDCASE;ENDIF;ENDPROCESS;END;3.6數(shù)碼管驅(qū)動的設(shè)計——黃燈驅(qū)動：由于黃燈固定時間是5秒，因此變化范圍是0至5秒，七段數(shù)碼管只要能顯示0-5的數(shù)就行了，所以單獨用一個數(shù)碼管驅(qū)動。程序設(shè)計:LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYHDqudongISPORT(clk:inSTD_LOGIC;enable:instd_logic;data:INintegersegout:outSTD_LOGIC_VECTOR(7downto0));END;ARCHITECTUREbehaviorOFHDqudongISBEGINprocess(Clk,data)BEGINIFfalling_edge(Clk)andenable='1'thencasedataiswhen0=>segout<="00111111";when1=>segout<="00000110";when2=>segout<="01011011";when3=>segout<="01001111";when4=>segout<="01100110";when5=>segout<="01101101";whenothers=>null;ENDCASE;ENDIF;ENDPROCESS;END;4.頂層文件的設(shè)計：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_unsigned.ALL;ENTITYdtsmISPORT(clk:inSTD_LOGIC;NumA,NumB,NumC,NumD:inSTD_LOGIC_VECTOR(3downto0);segout1:outSTD_LOGIC_VECTOR(7downto0);led_sel:outSTD_LOGIC_VECTOR(3downto0));ENDdtsm;architecturebhvofdtsmiscomponentqudongisport(qudong:inSTD_LOGIC_VECTOR(3downto0);segout:outSTD_LOGIC_VECTOR(7downto0));endcomponent;signalx:STD_LOGIC_VECTOR(3downto0);signalq:STD_LOGIC_VECTOR(1downto0);beginp1:process(clk)beginifclk'eventandclk='