EDA课程设计报告-交通灯控制器1(DOC30页).doc

EDA课程设计报告交通灯控制器一、设计任务要求1、控制器按东西、南北两个方向控制两组交通灯（红、绿、黄）2、两组灯亮的顺序满足交通安全的规则要求.3、东西向绿灯每次亮30S，接着黄灯亮2S，红灯亮20S；南北向绿灯每次亮28S，接着黄灯亮2S，红灯亮30S.4、有两组数码管给出灯亮的时间倒计时显示。二、设计思路及总体结构框图设计思路：1硬件：由设计任务要求可知，总体输入电路有：(1)在开始计时之前的等待状态，复位键reset接低电位，接通电源后，首先要将它接高电位，表示计时开始。(2)当按一下（on_off）键，表示紧急情况发生，两个方向均为红灯亮，计时停止，当再次按下（on_off）键时，控制器恢复原来状态，正常工作。输出电路：（1）由于东西和南北方向都要显示时间，因此需要4个数码管，这样在设计中就需要四条输出线choose4，用来选通指定一个LED七段显示数码管。（2）显示器的每一位都采用LED七段显示数码管进行显示，每一个LED七段显示数码管都要有七条输出线控制，一共使用4个七段数码管，故输出电路使用四个七位输出信号：showtime1,showtime2,showtime3,showtime4。（3）东西和南北方向都有交通灯亮的情况，故输出电路中要有两个状态控制信号state1,state2分别控制东西和南北的灯，每个方向上有4个灯（增加了左、右转弯显示控制功能），所以state1,state2的类型应该是4位数组型的。东西方向交通灯外部电路图如下：State1State2Showtime1Showtime2Showtime3Showtime4Choose4 clk 4/ stas reset南北方向交通灯 on_off 4/ 7/7/7/7/ 4/2软件：（1）在VHDL设计描述中，采用自顶向下的设计思路，该思路，首先要描述顶层的接口，上面的描述已经规定了交通灯控制的输入输出信号：输入信号：复位开关信号reset；紧急情况控制信号on_off；外部时钟信号clk。输出信号：LED七段显示数码管的选通信号choose4(3 downto 0);LED七段显示数码管的输出信号showtime1(6 downto 0),showntime2(6 downto 0),showtime3(6 downto 0),showtome4(6 downto 0);交通灯状态控制信号state1(3 downto 0),state2(3 downto 0)。（2）在自顶向下的VHDL设计描述中，通常把整个设计的系统划分为几个模块，然后采用结构描述方式对整个系统进行描述。根据实验设计的结构功能，来确定使用哪些模块以及这些模块之间的关系。由于紧急情况控制信号是采用按键的输入方式，其产生时刻和持续时间的长短是随机不定的，且存在因开关簧片反弹引起的电平抖动现象，因此必须在每个开关后面安排一个消抖和同步化电路模块，以保证系统能捕捉到输入脉冲，故需要有防抖动的模块。由于外部时钟信号clk的频率为1MHz，而实际需要的内部计时时钟频率为1Hz，提供给消抖同步电路的频率为50Hz（满足按键）和提供给产生选通信号电路的时钟频率为200Hz（满足视觉暂留效应）。当正常计时开始后，需要进行定时计数操作，由于东西和南北两个方向上的时间显示器是由两个LED七段显示数码管组成的，因此需要产生两个2位的计时信息：2个十位信号，2个个位信号，这个定时计数操作可以由一个定时计数器来完成，又因为交通灯的状态变化是在计时为0的情况下才能进行的，因此需要一个计时电路来产生使能信号，因此定时计数的功能就是用来产生2个2位计时信息和使能信号。另外还需要将时间显示出来，为了节省资源，我采用了循环点亮LED七段显示数码管的方法来显示计时输出。通过信号choose4(3 downto 0)来对4个LED七段显示数码管进行选择。由于不能使用7448自动译码集成电路，故在LED七段显示数码管显示时间时，要把计时结果转换为七段码输出到相应的LED七段显示数码管上，因此还需要一个转换电路。交通灯状态控制也需要一个电路，当有使能信号及无紧急情况下，交通灯状态不发生变化，有紧急情况时，两个方向上均为红灯亮，紧急情况消除后，回到原来状态，无使能信号时，交通灯状态不变。通过上面的分析，不难得知可以把交通灯控制系统划分为6个模块：键输入模块，时钟分频模块，计时模块，选通模块，显示模块，控制模块三、总体结构框图通电复位 No yes东西为红，南北为绿，计时开始是否有紧急情况 Yes No计时到20s No 两方向均为红，计时停止 Yes东西为黄，南北为绿 是否有紧急情况是否消除？ No Yes Yes No计时到5s No Yes东西为红，南北为绿是否有紧急情况 Yes No计时到20s No Yes东西为红，南北为黄 是否有紧急情况 Yes 计时到5s No Yes六、仿真波形状态变化仿真图：以下显示选通信号的仿真波形七、源程序去抖模块:-keyin module-library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity keyin is port(A,B :in std_logic; C :out std_logic);end keyin;architecture keyin_arc of keyin is component kand2 port(A,B :in std_logic; C :out std_logic);end component; component kdf port(A,B :in std_logic; C,D :out std_logic);end component; component knand2 port(A,B :in std_logic; C :out std_logic);end component;signal TMP1,TMP2,TMP3,TMP4,TMP5,TMP6:std_logic;begin u0: knand2 port map(A,TMP1,TMP2); u1: knand2 port map(TMP2,TMP3,TMP1); U2: kdf port map(TMP2,B,TMP4,TMP3); U3: kdf port map(TMP4,B,TMP6,TMP5); u4: kand2 port map(TMP4,TMP5,C);end keyin_arc;library ieee; -two inputs and gate descriptionuse ieee.std_logic_1164.all;entity kand2 is port(A,B :in std_logic; C :out std_logic);end kand2;architecture kand2_arc of kand2 isbegin C<=A and B;end kand2_arc;-end of two inputs and gate descriptionlibrary ieee; -two inputs and_not gate descriptionuse ieee.std_logic_1164.all;entity knand2 is port(A,B :in std_logic; C :out std_logic);end knand2;architecture knand2_arc of knand2 isbegin C<=not(A and B);end knand2_arc;-end of two inputs and_not gate descriptionlibrary ieee; -D trigger descriptionuse ieee.std_logic_1164.all;entity kdf is port(A,B :in std_logic; C,D :out std_logic);end kdf;architecture kdf_arc of kdf isbeginprocess(B)begin if(B'event and B='1')then C<=A;D<=not A; end if; end process;end kdf_arc;控制模块:-keep module-library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity keep is port( a,b,c,g,j: in std_logic; d,e : out std_logic_vector(3 downto 0); f : out std_logic_vector(1 downto 0);end keep;architecture keep_arc of keep istype state_type is (s0,s1,s2,s3,s4);signal current_state:state_type;signal new_state:state_type;beginnewstate_logic:process(current_state,b,a,g)variable m:integer range 0 to 3;begin if(g='0')then new_state<=s1;-通电后给交通灯状态赋初值 else case current_state is when s1 =>m:=0; if(b='1'and j='0'and a='0')then-当计数到20s且无紧急情况时，交通灯跳至下一状态 new_state<=s2; elsif(a='1')then new_state<=s0;-有紧急情况时，交通灯变为紧急状态 else new_state<=s1;-计时未到的时候保持原状态不变 end if; when s2 =>m:=1; if(b='1'and j='1'and a='0')then new_state<=s3;-当记数到5s且无紧急情况时，交通灯变为下一状态 elsif(a='1')then new_state<=s0;-有紧急情况时，交通灯变为紧急状态 else new_state<=s2; -计时未到的时候保持原状态不变 end if; when s3 =>m:=2; if(j='1'and b='0'and a='0')then new_state<=s4;-当记数到20s且无紧急情况时，交通灯变为下一状态 elsif(a='1')then new_state<=s0;-有紧急情况时，交通灯变为紧急状态 else new_state<=s3; -计时未到的时候保持原状态不变 end if; when s4 =>m:=3; if(j='1'and b='1'and a='0')then new_state<=s1;-当记数到5s且无紧急情况时，交通灯变为下一状态 elsif(a='1')then new_state<=s0;-有紧急情况时，交通灯变为紧急状态 else new_state<=s4; -计时未到的时候保持原状态不变 end if; when s0=>if(a='0')then-紧急情况消除后，回到原来状态 case m iswhen 0 =>new_state<=s1;when 1 =>new_state<=s2;when 2 =>new_state<=s3;when 3 =>new_state<=s4;end case; else new_state<=s0; end if; end case;end if;end process;state_register:process(c) begin if(c'event and c='1')then current_state<=new_state;-当时钟上升沿触发时，交通灯状态发生改变 end if;end process;output_logic:process(current_state)-产生与交通灯状态相对应的提示信号，以控制计时模块的不同状态下的不同赋植 begin case current_state is when s0 => d<="0100"e<="0100" when s1 => d<="0100"e<="1001"f<="00" when s2 => d<="0100"e<="0010"f<="01" when s3 => d<="1001"e<="0100"f<="10" when s4 => d<="0010"e<="0100"f<="11" end case;end process;end keep_arc;计时模块:-time module-library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity time is port(a,b,k:in std_logic; c :in std_logic_vector(1 downto 0); d,e,f,g :out std_logic_vector(3 downto 0); j,h :out std_logic); end time;architecture time_arc of time is signal l,m,n,p:std_logic_vector(3 downto 0); begin process(a,b,k) begin if(k='0')then l<="0101"m<="0010"n<="0000"p<="0010"-通电后赋初值 else if(a'event and a='1')then if(b='1')then l<=l;m<=m;n<=n;p<=p;-有紧急情况时，计时停止 else if(n="0001" and p="0000")then case c is -当东西方向倒计时到0时，重新赋值，并产生使能信号控制交通灯的状态 when "00" =>n<="0101"p<="0000"j<='1' when "01"=>n<="0101"p<="0010"j<='1' when "11"=>n<="0000"p<="0010"j<='1' when "10"=>n<="0000"p<="0010"j<='1' when others =>null; end case; else j<='0'-计时未到0时，输出使能信号为0 if(n="0000"and p/="0000")then n<="1001"p<=p-1;-当各位倒计时到0，而十位没到0时十位减一，个位赋9 else n<=n-1; -否则，各位减一 end if; end if; if(l="0001"and m="0000")then-当南北方向倒计时到0时，重新赋值，并产生使能信号控制交通灯的状态 case c is when "00"=>l<="0000"m<="0010"h<='1' when "01"=>l<="0000"m<="0010"h<='1' when "10"=>l<="0101"m<="0000"h<='1' when "11"=>l<="0101"m<="0010"h<='1' when others =>null; end case; else h<='0' -计时未到0时，输出使能信号为0 if(l="0000"and m/="0000")then l<="1001"m<=m-1;-当各位倒计时到0，而十位没到0时十位减一，个位赋9 else l<=l-1; -否则，各位减一 end if; end if; end if; end if; end if;f<=n;g<=p;d<=l;e<=m;end process;end time_arc;- 30 -