eda交通灯课程设计new.doc

1、湖南工程学院课 程 设 计课程名称 嵌入式系统 课题名称 十字路口的交通信号灯的控制电路设计 专 业 电子信息工程 班 级 电子信息 0703 学 号 200701030309 姓 名 李 海 指导教师 贺 攀 峰 2010 年 12 月 20 日湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称： 嵌入式系统 题 目：十字路口的交通信号灯的控制电路设计专业班级： 电信 0703 班 学生姓名： 李海 指导老师： 贺攀峰审 批： 任务书下达日期 2010 年 12 月 20 日设 计 完成日期 2010 年 12 月 31 日设计内容与设计要求CPLD 为复杂可编程逻辑器件，通过 EDA 技术对其

2、进行编程，可将一个较复杂的数字系统集成于一个芯片中，制成专用集成电路芯片，并可随时在系统修改其逻辑功能。有关知识可参见相关教材或参考书。一设计内容1. 设计制作一块十字路口的交通信号灯的控制电路的专用芯片。2. A 方向和 B 方向各设置红（R） 、黄（Y） 、绿（G）三盏灯，三盏灯按合理的顺序亮灭，并能将灯亮的时间以倒计时的方式显示出来。3. 两个方向各灯的时间可方便地进行设置和修改。假设 A 方向为主干道，车流量大，A 方向通行时间比 B 方向长。设 A 方向每次至少通行 t1 秒,B方向每次至多通行 t2 秒,黄灯亮 t 秒。二、设计要求：1、 设计思路清晰，给出整体设计框图；2、 在

3、QUARTUS中设计各单元电路，完成其功能仿真和编译并生成低层模块；3、 在 QUARTUS中完成顶层设计并编译通过；4、 在 QUARTUS中完成设计下载并调试电路；5、写出设计报告；主要设计条件1. 提供 EDA 实验室；2. 提供 EL 实验箱和 CPLD 芯片;3. 提供 ALTERA 公司的 QUARTUS II 设计软件说明书格式1. 课程设计封面；2. 任务书；3. 说明书目录；4. 设计总体思路，基本原理和框图（顶层电路图） ；5. 单元电路设计（各次级模块电路图） ；6. 设计仿真；7. 编程下载；8. 总结与体会；9. 附录；10. 参考文献。进度安排星期一、二：下达设计任

4、务书，介绍课题内容与要求；介绍 QUARTUS软件的使用；查找资料，确定总体设计方案和单元电路设计；星期三第二周星期一：单元电路设计与仿真，硬件下载；第二周星期二、三：硬件下载；第二星期四、五：书写设计报告，打印相关图纸；答辩参考文献1. 康华光主编.电子技术基础（数字部分） ，高等教育出版社。2. 阎石主编. 电子技术基础（数字部分） ，清华大学出版社。3. 陈大钦主编，电子技术基础实验，高等教育出版社。4. 彭介华主编，电子技术课程设计指导，高等教育出版社。5. 张 原编著，可编程逻辑器件设计及应用，机械工业出版社。6.荀殿栋，徐志军编著，数字电路设计实用手册，电子工业出版社。7. QUA

5、RTUS入门8.刘洪喜，陆颖编著. VHDL 电路设计实用教程 清华大学出版社 目 录1 .总体设计 11.1 设计总体思路 11.2 总体框图 22.单元电路设计 .22.1 控制模块 22.2 计数模块 .52.2.1 25 进制递减计数器的 VHDL 源文件 .62.2.2 3 进制递减计数器的 VHDL 源文件 .82.2.3 35 进制递减计数器的 VHDL 源文件 .102.2.4 30 进制递减计数器的 VHDL 源文件 .122.2.5 45 进制递减计数器的 VHDL 源文件 .142.3 显示模块 163. 总电路设计 .203.1 仿真结果 203.2 仿真结果分析 21

6、4.总结与体会 .225.参考文献 .2301 .总体设计1.1 设计总体思路用 FPGA 为核心器件,用 VHDL 为设计手段设计制作一个十字路口交通管理器。该管理器控制甲、乙两道（乙道为主干道）的左转灯、直行灯和等待黄灯，用以指挥车辆有序安全通过。交通管理器示意图如图所示:图 1-1 交通管理示意图图中 R1、G1、 Y1 分别表示甲道左转、直行、等待灯（灭表示通行，亮表示禁止） ；R2、Y2、G2 分别表示乙道左转、直行、等待灯（灭表示通行，亮表示禁止） 。定时器分别确定甲道和乙道左转及直行的通行时间和等待黄灯亮的时间。具体设计要求如下：用四位数码显示器分别显示甲乙两道左转、直行、等待时

7、间（每边两位） ；其计时间隔为 1S。交通灯控制器工作流程如下：甲道左转通行（甲道直行禁止，乙道全禁止）25S等待（甲黄灯亮）3S甲道直行通行（甲道左转禁止，乙道全禁止）35S-等待（甲黄灯亮）3S乙道左转通行（乙道直行禁止，甲道全禁止）30S等待（乙黄灯亮）3S乙道直行通行（乙道左转禁止，甲道1全禁止）45S-等待（乙黄灯亮）3S重复因此，我设置 7 个状态，用w0 到 w4 控制状态的转换。c1 到 c5、b1 到 b5 控制计数器计数。同时，c1 到c5 控制数码管显示方式。1.2 总体框图交通灯控 制模 块计 数模 块显示模 块图 1-2 总体框图2.单元电路设计2.1 控制模块控制模

8、块是整个模块的核心。控制着各种状态之间的转换，从而实现设计2要求实现的功能。控制模块的 VHDL 源文件如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY jiaotong ISPORT(clk :IN STD_LOGIC;c1,c2,c3,c4,c5,b1,b2,b3,b4,b5:OUT STD_LOGIC;w0,w1,w2,w3,w4 :IN STD_LOGIC; R1,R2 :OUT STD_LOGIC;Y1,Y2 :OUT STD_LOGIC;G1,G2 :OUT STD_LOGIC;reset :IN STD_LOGIC);END j

9、iaotong;ARCHITECTURE a OF jiaotong ISTYPE STATE_SPACE IS(S0,S1,S2,S3,s4,s5,s6,s7);SIGNAL state:STATE_SPACE;BEGINPROCESS(clk)BEGINIF (reset=1) THENstate IF (w0=1) THEN stateIF (w1=1)THEN stateIF (w2=1)THEN stateIF (w1=1)THEN stateIF (w3=1)THEN stateIF w1=1THEN stateIF (w4=1)THEN stateIF (w1=1)THEN st

10、ate CASE CNT2 ISWHEN “00“ =BT BT NULL ;END CASE;WHEN 1= BT CASE CNT2 ISWHEN “00“ =BT BT NULL ;END CASE; WHEN 3=CASE CNT2 ISWHEN “00“ =BT BT NULL ;END CASE; WHEN 4=CASE CNT2 ISWHEN “00“ =BT BT NULL ;END CASE; WHEN OTHERS = NULL ;18END CASE ;END PROCESS P1; P2:PROCESS( A ) BEGINCASE A ISWHEN “0000“ =

11、SG SG SG SG SG SG SG SG SG SG NULL ;END CASE ;END PROCESS P2; P3:PROCESS(CLK) BEGINIF (clkEVENT AND clk = 1) THENCNT2=CNT2+1;END IF;END PROCESS P3;END; 193. 总电路设计3.1 仿真结果总电路作为顶层模块，将计数模块、控制模块和显示模块(sm1)连接起来，加入输入输出，构成顶层文件。电路图如下：图 3-1 总体电路图仿真波形如下：20图 3-2 电路总体仿真如图 3-1 和图 3-2 所示，在 clk 端输入 2ns 的信号，在 clk1 端

12、输入 1ns 的扫描频率，在 reset 端输入按钮低电平信号，仿真得到图 3-2 波形，计时器开始计时，指示灯轮流变换。3.2 仿真结果分析通过设定 clk 值以及 start 和 EMI 的初值，就可以得到如上所示的仿真波形图。由仿真波形图可以看出波形是由 start 初值信号触发而显示出各个状态的。EMI 高电平信号输入时，所有交通灯都变为红灯状态（符合任务书的要求） 。由仿真波形图还可以清楚的看出各时间段每个交通灯的状态。要得到正确的仿真波形图就不许设定合适的时间信号 clk 值。如果 clk 值设置的太小则交通灯状态变化得太快无法分辨，如果 clk 值设置得太大则交通灯状态转换缓慢，

13、效果不明显。其次，要设定 start 初值，如果没有设定 start 初值就不可能触发而得到仿真图。最后，就是要设置一 EMI 高电平信号来检测紧急情况下的交通灯的状态。214.总结与体会经过这两周 EDA 课程设计以后，我发现我们在课本里学到的知识是很少的，若想学到很多的知识必须自己去查阅大量的书籍。虽然这次课程设计中我们要用到自己以前熟悉的软件，但是时间较久，自己必须重新了解和学习软件的用法。这次课程设计的目的，就是用所学的知识设计一个实用的系统，熟悉QUARTUS II 软件使用，提高 EDA 技术的实际应用能力。它培养学生综合运用所学知识 ,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力

14、的具体训练和考察过程。通过这次课程设计，不仅让我了解怎么去设计程序，更重要的还让我学会了怎么样和别人合作。课程设计虽然很难做，其实最重要的是你去不去做的问题，再难做的事情只要你努力了就会有结果，开始，我没有查找资料，对软件也不熟悉，也没有和同学一起讨论。而是一下子就开始去设计，单打独斗。每一天自己打开软件弄个半天，然而总是得不出想要的结果，也不知道接下来要干什么。后来，和同学一起讨论，找资料。终于我自己的思路也慢慢清晰了。最后经过不断努力，终于完成了任务，也许做得不是很完美，但我觉得经过这两周，我得到了很大的收获。225.参考文献1. 康华光主编.电子技术基础（数字部分） ，高等教育出版社。2

15、. 阎石主编. 电子技术基础（数字部分） ，清华大学出版社。3. 陈大钦主编，电子技术基础实验，高等教育出版社。4. 彭介华主编，电子技术课程设计指导，高等教育出版社。5. 张 原编著，可编程逻辑器件设计及应用，机械工业出版社。6.荀殿栋，徐志军编著，数字电路设计实用手册，电子工业出版社。7. QUARTUS入门8.刘洪喜，陆颖编著. VHDL 电路设计实用教程 清华大学出版社电气与信息工程系课程设计评分表项 目 评 价设计方案的合理性与创造性硬件制作或软件编程完成情况 *硬件制作测试或软件调试结果 *设计说明书质量设计图纸质量答辩汇报的条理性和独特见解答辩中对所提问题的回答情况完成任务情况独立工作能力组织纪律性（出勤率）综合评分指导教师签名：_日 期：_ 注：表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非 16K 大小的图纸及程序清单） 。