1、信 息 工 程 学 院EDA 课 程 设 计 报 告 书题目: 十字路口交通灯的设计 专 业： 电子信息科学与技术 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2012 年 5 月 12 日 EDA 课程设计论文2信息工程学院课程设计任务书学生姓名 学 号 成 绩设计题目 十字路口交通灯的设计设计内容1.总体设计框图2.系统功能说明3.工作原理介绍4.引脚说明5.软件设计流程设计要求1.东西方向红灯亮时，南北方向绿灯亮2.东西方向红黄亮时，南北方向绿黄亮3.东西方向红绿亮时，南北方向红灯亮4.东西方向和南北方向的红灯亮的时间均为 15s5.东西方向和南北方向的黄灯亮 5s，且在最后 3s 时，
2、两个方向的黄灯每隔 1s亮灭闪烁6.当紧急情况到来时，东西和南北方向的红灯全亮，数码管停止计时，紧急情况过后，系统恢复正常7.点阵上循环显示“交通灯”三个字，且每个字的显示时间为 0.5s参考资料2012 年 5 月 12 日EDA 课程设计论文3信息工程系课程设计成绩评定表学生姓名： 杨波 学号： 030940910 专业（班级）：电子信息科学与技术课程设计题目： 十字路口交通灯的设计 成绩： 指导教师： 袁海林 2012 年 5 月 12 日EDA 课程设计论文4摘要随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一，城市的
3、交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统的重要组成部分。同时，生活水平的提高，汽车的普及化，给交通带来了更大的挑战，道路的负载加重，带来的是交通事故越来越多。所以，如何采用合适的方法，最大限度的利用好交通灯的控制，缓解城市道路交通堵塞问题，降低交通事故发生率，成为人们共同关注的话题。本设计采用 FPGA 技术，完成了一个简单实用的十字路口交通灯的控制系统。关键字： 控制 管理 缓解 EDA 课程设计论文5目录1 主要技术指标和方案阐述 .61.1 主要技术指标 .61.2 方案阐述 .61.3 工作原理 .62 详细电路设计
4、.72.1 主控制器的设计 .72.2 紧急情况电路设计 .72.3 译码电路 .72.4 蜂鸣器模块 .82.5 东西方向模块 .82.5.1 红黄绿灯控制模块 .92.5.2 计时模块 .92.6 南北方向模块 .92.6.1 红黄绿灯控制模块 .102.6.2 计时模块 .102.7 点阵模块 .102.8 蜂鸣器模块 .122.9 时钟模块 .123 引脚分配 .13总结 .15参考文献 .15附录：源程序清单 .16EDA 课程设计论文61 主要技术指标和方案阐述1.1 主要技术指标1.东西方向红灯亮时，南北方向绿灯亮2.东西方向红黄亮时，南北方向绿黄亮3.东西方向红绿亮时，南北方向
5、红灯亮4.东西方向和南北方向的红灯亮的时间均为 15s5.东西方向和南北方向的黄灯亮 5s，且在最后 3s 时，两个方向的黄灯每隔1s 亮灭闪烁6.当紧急情况到来时，东西和南北方向的红灯全亮，数码管停止计时，紧急情况过后，系统恢复正常7.点阵上循环显示“交通灯”三个字，且每个字的显示时间为 0.5s1.2 方案阐述系统采用现场可编程逻辑器件作为主控制器，外加按键模块、数码管显示模块、译码器模块、点阵显示模块和蜂鸣模块构成。计时数据在数码管上显示出来，点阵上循环显示“交通灯”三个字。蜂鸣器作为紧急情况使用。系统的基本框图如下：图 1-1 系统原理框图1.3 工作原理系统开始时，南北方向和东西方向
6、正常工作，两个方向的红、黄、绿三灯EDA 课程设计论文7交替亮灭，当紧急情况到来，即按键 S1 按下时，两个方向的数码管停止计时，而且两个方向的红灯全部点亮，蜂鸣器响起，表明此时南北和东西方向行人和普通车辆严禁通行。当紧急情况过后，系统恢复正常，按照紧急情况到来之前继续工作。两个方向的时间显示用两位数码管显示。2 详细电路设计2.1 主控制器的设计系统采用 altera 公司的 cyconeIII 系列芯片，封装为 FBGA 贴片式封装，速度等级 3，引脚个数 780 个。由于引脚个数较其他芯片多，因此，外部硬件资源比较多，而且性能很好，稳定，易于控制。2.2 紧急情况电路设计本设计的紧急情况
7、用按键来模拟，当按键按下时，紧急情况到来，按键释放后，紧急情况消失。按键与主控制器连接图如下图所示：图 2-1 按键与主控器连接图按键只有逻辑电平“0”和“1”两种状态，当按下时，为逻辑电平 0，当未按下时，为逻辑电平 1。本设计中只用到了其中的一个按键 S1，当 S1 按下时，紧急情况到来，当 S1 未按下时，没有紧急情况发生。2.3 译码电路译码电路为 3-8 译码器，它经常用在数码管的动态扫描中，输出端接数码管的 8 个位选，每次可以选中一个数码管，而输入端为 000-111 的 8 种组合，每一种组合对应一个输出，Y0-Y7 对应输入的 8 种输出，即当输入为 000 时，EDA 课程
8、设计论文8Y0 选通，依次类推。由于 8 位一体的数码管不能够在同一时间全部显示，因此，要通过译码电路对 8 位数码管进行译码，一次只让一个数码管亮，通过人眼的视觉暂态效应，当扫描时间在人眼视觉效应之内时，看起来就像是几个数码管同时被点亮。这样既能够节约端口资源，又能达到很好的效果。译码器与主控制器的连接图如下图所示：图 2-2 3-8 译码器与控制器的接口图74LS138 为一个 3-8 线译码器，低电平输出，其工作原理见下表格：表 2-1 74LS138 译码表输入 输出A B C Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7L L L L H H H H H H HL L H H L
9、H H H H H HL H L H H L H H H H HL H H H H H L H H H HH L L H H H H L H H HH L H H H H H H L H HH H L H H H H H H L HH H H H H H H H H H L从表中可以看出：每输入一种组合，输出端只有一端响应，这样可以通过输入端的组合，选中想要选中的数码管，让其工作。而 74LS138 的使能端已经接了有效电平，设计中不用再管使能端的电平。2.4 蜂鸣器模块当输入信号的电平为高电平 1 时，蜂鸣器响起，当输入电平为低电平 0 时，蜂鸣器不响。因此，当紧急情况到来时，让蜂鸣器的输入
10、端的电平为高电平，那么蜂鸣器就会响起；紧急情况过后，让蜂鸣器的输入端电平为低电平时，蜂鸣器就不响。2.5 东西方向模块东西方向包含红黄绿灯控制模块和计时模块。EDA 课程设计论文92.5.1 红黄绿灯控制模块由于东西方向计时与灯的控制相同，设计中在此方向只用了三个灯，即红、黄、绿灯。用到的是实验系统中第一、二、三个灯，即 LED1、LED2 、LED3，分别表示红、黄、绿三种颜色的灯。LED 灯与控制器的连接图如下图所示：图 2-3 LED 与控制器的连接图2.5.2 计时模块设计中采用 8 段数码管显示，七段数码管是电子开发过程中常用的输出显示设备。可以显示数字 0-9，东西方向用的是第一、
11、二个数码管，计时时间为红灯 15s，黄灯 5s，绿灯 15s。在实验系统中使用的是两个四位一体、共阴极型七段数码管。其单个静态数码管如下图 4-1 所示。图 4-1 静态七段数码管由于七段数码管公共端连接到 GND（共阴极型） ，当数码管的中的那一个段被输入高电平，则相应的这一段被点亮。反之则不亮。四位一体的七段数码管在单个静态数码管的基础上加入了用于选择哪一位数码管的位选信号端口。工作原理都相同，八个数码管的 a、b、c 、d、e、f、g、h、dp 都连在了一起，共8 根段选引脚，8 个数码管分别由各自的位选信号来控制，被选通的数码管显示数据，其余关闭，共 8 根位选引脚，总共 16 根引脚
12、。共阴极数码管显示 0-9 字符数据如下表：表 2-2 数码管字符显示表输入段选a b c d e f g dp显示字符EDA 课程设计论文101 1 1 1 1 1 0 0 00 1 1 0 0 0 0 0 11 1 0 1 1 0 1 0 21 1 1 1 0 0 1 0 30 1 1 0 0 1 1 0 41 0 1 1 0 1 1 0 51 0 1 1 1 1 1 0 61 1 1 0 0 0 0 0 71 1 1 1 1 1 1 0 81 1 1 1 0 1 1 0 9从表可以看出，当选中第 1、2 个数码管时，只要按照表中的输入组合送入段选，那么数码管就会显示相应的数字，从而达到结
13、果。2.6 南北方向模块南北方向包含红黄绿灯控制模块和计时模块。2.6.1 红黄绿灯控制模块由于南、北方向计时以及灯的控制都相同，设计中在此方向只用了三个灯，即红、黄、绿灯和两个数码管。用到的是实验系统中第一、二、三个灯，即LED10、LED11、LED12，分别表示红、黄、绿三种颜色的灯。LED 灯与控制器的连接图如图 2-3 所示。2.6.2 计时模块计时模块与东西方向相同，只是南北方向的计时用到的是实验系统中的第7、8 个数码管，工作原理与东西方向的完全相同。当选中第 7、8 个数码管时，送入表 2-2 中的段选，可以显示相应的数字。2.7 点阵模块本设计主要是完成汉字在 LED 上的显示，16*16 扫描 LED 点阵的工作原理与 8 位扫描数码管类似，也是用到了人眼的视觉暂态效应，只是显示的方式与结果不一样。16*16 点阵由 256 个 LED 通过排列组合而形成 16 行*16 列的一个矩阵式的 LED 阵列，俗称 16*16 点阵。单个的 LED 的电路如下图 13-1所示：图 13-1 单个 LED 电路图由上图可知，对于单个 LED 的电路图当 Rn 输入一个高电平，同时 Cn 输入一个低电平时，电路形成一个回路，LED 发光。也就是 LED 点阵对应的这
