交通灯控制器 EDA课程设计实验报告.docx
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交通灯控制器EDA课程设计实验报告
目录
1课程设计要求·····································································3
2电路功能描述····································································3
3设计方案·············································································3
4设计原理图··········································································4
5VHDL语言············································································4
6仿真截图···············································································6
7心得体会···············································································11
8参考文献···············································································11
1.课程设计要求
1.1.红、黄、绿灯分别控制显示;
1.2.每一个状态分别分配一个时间显示(两位十进制,倒计时);
1.3.符合实际交通规律。
2.电路功能描述
本设计是实现交通灯的控制,模拟实现了红、绿、黄灯指挥交通的功能。
本设计适用东西和南北方向的车流量大致相同的路口,红灯显示时间30S,绿灯显示时间25S,黄灯显示时间5S,同时用数码管指示当前的状态(红、绿、黄灯)的剩余时间。
当有紧急状况发生时,两个方向都禁止通行,并且显示红灯,当紧急状况解除后,重新计时并且指示时间。
3.设计方案
根据设计要求,需要控制显示红、黄、绿三个灯的亮灭状态及显示的时间。
这个设计主要由两部分组成,红黄绿灯的显示模块,显示时间模块。
由实际的交通情况可知,东西方向的显示情况是一致的,南北方向的显示情况也是一致,故在设计的时候就只考虑两种状态,将东西方向合成一种,南北方向合成一种。
红黄绿灯的显示模块用两组共6个灯显示,时间显示模块用LED数码管显示。
此外,本交通灯控制器设置的红黄绿显示方式是参照一些城市的显示规律,红灯30S,绿灯25S,黄灯5S,同时用数码管指示当前状(红、绿、黄灯)的剩余时间。
另外还设有一个紧急状态,当特殊情况发生时,两个方向都禁止通行,指示红灯,紧急状态解除后,重新计时并指示时间。
时间采用倒计时的方式显示。
本设计采用VHDL语言编程,描述各个硬件模块实现的功能,使红、黄、绿灯的转换有一个准确的转换顺序和时间间隔,并进行仿真,通过仿真的结果,得出实验的结果。
在正常情况下的一个完整周期内,交通灯控制器系统一共有四种状态,分别是东西红、南北绿,东西红、南北黄,东西绿、南北红,东西黄、南北红。
其运行方式为东西红、南北绿→东西红、南北黄→东西绿、南北红→东西黄、南北绿,东西黄、南北绿结束后再回到东西红、南北绿的状态,整个周期持续60s。
urgency为紧急控制信号,为高电平时系统转换为东西南北均是红灯亮的状态,状态结束后系统重新设置,转换为东西红,南北绿的状态。
4.设计的原理图
5.VHDL硬件描述语言
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYtrafficIS--定义实体
PORT(clk:
INSTD_LOGIC;--CLK为时钟信号(1Hz)
urgency:
INSTD_LOGIC;--紧急状态控制端
led:
BUFFERSTD_LOGIC_VECTOR(5DOWNTO0);--红黄绿绿黄红
East_West,South_North:
BUFFERSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0));
END;--东西、南北倒计时数码管(高4位为十位,低4位为个位)
ARCHITECTURErtlOFtrafficIS--定义结构体
BEGIN
PROCESS(clk,urgency)
BEGIN
IFurgency='1'THEN--出现紧急状态
led<="100001";--东西南北都亮红灯
East_West<="00000000";--设置重新计时的数据
South_North<="00000000";
ELSIF(clk'EVENTANDclk='1')THEN
IF(East_West>"00110000"orSouth_North>"00110000")THEN
East_West<="00101001";--计数错误时纠正到初始转态
South_North<="00100100";
led<="100100";--东西红灯亮30秒,南北绿灯亮25秒
ELSIF(East_West="00000101"ANDSouth_North="00000000")THEN
East_West<="00000100";--红、绿灯亮了25秒,绿灯将转变为黄灯
South_North<="00000100";
led<="100010";--东西红灯亮剩余5秒,南北黄灯亮5秒
ELSIF(East_West="00000000"ANDSouth_North="00000000"ANDled="100010")THEN--东西红灯30秒时间结束,南北黄灯5秒结束
East_West<="00100100";
South_North<="00101001";
led<="001001";--东西亮绿灯25秒,南北亮红灯30秒
ELSIF(East_West="00000000"ANDSouth_North="00000101")THEN
East_West<="00000100";--东西红绿亮25秒结束,转为5秒黄灯
South_North<="00000100";
led<="010001";--东西黄灯亮5秒,南北红灯亮剩余5秒
ELSIF(East_West="00000000"ANDSouth_North="00000000"ANDled="010001")THEN--东西亮黄灯5秒结束,南北亮30秒红灯结束
East_West<="00101001";
South_North<="00100100";
led<="100100";--东西红灯30秒,南北绿灯25秒,循环
ELSIF(East_West(3DOWNTO0)=0ANDSouth_North(3DOWNTO0)=0)THEN
East_West<=East_West-7;--BCD码减法转换
South_North<=South_North-7;
ELSIF(East_West(3DOWNTO0)=0ANDSouth_North(3DOWNTO0)=0)THEN
East_West<=East_West-7;--BCD码减法转换
South_North<=South_North-1;
ELSIF(South_North(3DOWNTO0)=0ANDEast_West(3DOWNTO0)=0)THEN
South_North<=South_North-7;--BCD码减法转换
East_West<=East_West-1;
ELSEEast_West<=East_West-1;--不满足上述特殊情况时减一
South_North<=South_North-1;
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
END;
6.仿真截图
6.1VHDL源程序仿真
创建VHDL语言的编程窗口,并进行保存
程序截图:
对源程序进行编译,为出现错误。
6.1.2创建波形文件并进行仿真
导入,
将仿真的结束时间定为65s,进行仿真;
(1)、东西红,南北绿:
(2)、东西红,南北黄
(3)东西绿,南北红
7.心得体会
通过这次的课程设计,加深了我对EDA技术这么课程的理解和认识,同时也让我对其有了更加熟练的运用。
之前对VHDL的了解仅局限于课本上的些许知识,而没有深入体会,缺乏实践经验。
这次的课程设计是很有意义的。
看到设计题目之后,我意识到自己对VHDL语言的掌握程度远远不够,开始查阅VHDL教程,寻找教程上的相似问题。
最先做的是对设计进行模块的划分。
在这个过程中,我也遇到了很多的问题,刚开始,没有找对方向,浪费了很多的时间。
慢慢的,在查阅了相关的书籍之后,我找到了设计思路,确定了其由两个模块构成的思路。
在对各个模块进行仿真的时候,遇到了不少困难,各个模块的连接以及信号的定义老是出现错误,经过反复修改才成功。
8.参考文献
[1]潘松黄继业•EDA技术实用教程——VHDL版(第4版)•科学出版社,2010