数字电路课程设计交通灯控制FPGA 纯硬件电路综述.docx
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数字电路课程设计交通灯控制FPGA纯硬件电路综述
数电课内实验报告
课程名称：
数字电子技术基础
项目名称：
交通灯控制（实验箱+CPLD）
学院：
电子信息学院
专业：
电子信息工程
学号：
13061223
学生姓名：
罗飞
完成时间：
2015.6.20
1、实验目的
1、问题重述：
本实验为综合实验。
要求设计一个十字交叉路口的交通灯控制电路，使交通灯符合交通规则，保证路口交通通畅。
任务1：
交通灯控制器设计，设计一个十字交叉路口（分别为A，B通道）的交通灯控制电路。
设A，B通道各有红绿黄三种灯，交通灯显示情况为：
（1）A通道绿灯，B通道红灯；
（2）A通道黄灯，B通道红灯；
（3）A通道红灯，B通道绿灯；
（4）A通道红灯，B通道黄灯。
要求交通灯自动显示：
（1）—>
（2）—>（3）—>（4），其中
（1），（3）持续20秒，
（2），（4）持续4秒。
任务2：
设A，B通道各有红绿（包括直行和右转G1，左转G2）黄四种灯，交通灯显示情况为：
（1）A通道绿灯，G1持续20秒，然后G2持续20秒，B通道红灯，共40秒；
（2）A通道黄灯闪烁，闪烁频率1Hz，B通道红灯，共4秒；
（3）A通道红灯，B通道绿灯，G1持续20秒，然后G2持续20秒，共40秒；
（4）A通道红灯，B通道黄灯闪烁，闪烁频率1Hz。
要求交通灯自动显示：
（1）—>
（2）—>（3）—>（4），并且A，B通道有数码管进行倒计时计数。
提示：
数码管倒计时可以采用LPM参数库里面的计数器，也可以采用一般计数器结构模型。
2、问题剖析：
在这个实验中，分为两个任务：
按照任务要求实时控制A,B通道的红黄绿三种交通灯的亮灭；用数码管对AB通道进行倒计时计数。
二、项目构思
任务一：
其中，AG为A通道绿灯，AY为A通道黄灯，AR为A通道红灯，BG为B通道绿灯，BY为B通道黄灯，BR为B通道红灯。
①，采用DFF实现周期为1秒的时钟信号变成4秒的时钟分频电路。
②，采用74LS290或74LS160（注：
可以多块芯片）计数器实现计数分频电路（输入信号为CLK4S，输出为Y1和Y2）。
其中CLK4S，Y1，Y2的波形如下：
③，根据Y1和Y2信号及其A，B通道各个指示灯的时序，采用与非门实现AG，AY，AR，BG，BY，BR。
假设每个指示灯都为高电平时才亮。
④，A，B通道的黄灯应有闪烁功能，闪烁频率1Hz。
修改AY，BY的电路。
任务二：
方案一：
使用case语句实现
分为三个倒计时计数模块，模分别为24，20，4，在从中提取个位，十位信号输出数码管显示。
方案二：
使用74LS192逆序计数芯片实现
运用74192芯片搭建预置数分别为9，3，3的逆序计数（实际计数中对应的模分别为20，4，24）采用低电平置数LDN信号在计数到0时进行置数进入下一倒计时环节。
2、方案设计与仿真结果
1.系统简介：
该系统运用74LS161，74LS192等数字电路基本计数器芯片和quartusII软件的verilog语句设计了一个十字交叉路口的交通灯控制电路，并且对A，B通道有数码管进行倒计时计数。
2.各模块具体设计：
任务一：
①采用DFF实现周期为1秒的时钟信号变成4秒的时钟分频电路。
仿真结果：
②采用4LS161计数器实现计数分频电路（输入信号为CLK4S，输出为Y1和Y2）。
I.输出信号Y1电路原理图：
II.输出信号Y2电路原理图：
仿真结果：
③，根据Y1和Y2信号及其A，B通道各个指示灯的时序，采用与非门实现AG，AY，AR，BG，BY，BR。
假设每个指示灯都为高电平时才亮。
AG=Y1’Y2’AY=Y1Y2’AR=Y2
BG=Y1’Y2BY=Y1Y2BR=Y2’
实验原理图：
其中，黄灯闪烁是通过1s时钟信号和结果实现与运算的方法得到。
仿真结果：
任务二：
方案一：
case语句实现
通过两级宏模块实现：
1.顶层电路：
2.交通灯倒计时A通道模块
其中，DAOJISHI模块源程序为：
moduleDAOJISHI（A,Reg）;
input[7:
0]A;
output[7:
0]Reg;
reg[7:
0]Reg;
always@（A,Reg）
case（A）
8'B01000101:
Reg<=8'B01000100;
8'B01000100:
Reg<=8'B01000011;
8'B01000011:
Reg<=8'B01000010;
8'B01000010:
Reg<=8'B00100000;
8'B00100000:
Reg<=8'B00011001;
8'B00011001:
Reg<=8'B00011000;
8'B00011000:
Reg<=8'B00010111;
8'B00010111:
Reg<=8'B00010110;
8'B00010110:
Reg<=8'B00010101;
8'B00010101:
Reg<=8'B00010100;
8'B00010100:
Reg<=8'B00010011;
8'B00010011:
Reg<=8'B00010010;
8'B00010010:
Reg<=8'B00010001;
8'B00010001:
Reg<=8'B00010000;
8'B00010000:
Reg<=8'B00001001;
8'B00001001:
Reg<=8'B00001000;
8'B00001000:
Reg<=8'B00000111;
8'B00000111:
Reg<=8'B00000110;
8'B00000110:
Reg<=8'B00000101;
8'B00000101:
Reg<=8'B00000100;
8'B00000100:
Reg<=8'B00000011;
8'B00000011:
Reg<=8'B00000010;
8'B00000010:
Reg<=8'B00000001;
8'B00000001:
Reg<=8'B11000100;
8'B11000100:
Reg<=8'B11000011;
8'B11000011:
Reg<=8'B11000010;
8'B11000010:
Reg<=8'B11000001;
8'B11000001:
Reg<=8'B10100100;
8'B10100100:
Reg<=8'B10100011;
8'B10100011:
Reg<=8'B10100010;
8'B10100010:
Reg<=8'B10100001;
8'B10100001:
Reg<=8'B10100000;
8'B10100000:
Reg<=8'B10011001;
8'B10011001:
Reg<=8'B10011000;
8'B10011000:
Reg<=8'B10010111;
8'B10010111:
Reg<=8'B10010110;
8'B10010110:
Reg<=8'B10010101;
8'B10010101:
Reg<=8'B10010100;
8'B10010100:
Reg<=8'B10010011;
8'B10010011:
Reg<=8'B10010010;
8'B10010010:
Reg<=8'B10010001;
8'B10010001:
Reg<=8'B10010000;
8'B10010000:
Reg<=8'B10001001;
8'B10001001:
Reg<=8'B10001000;
8'B10001000:
Reg<=8'B10000111;
8'B10000111:
Reg<=8'B10000110;
8'B10000110:
Reg<=8'B10000101;
8'B10000101:
Reg<=8'B10000100;
8'B10000100:
Reg<=8'B10000011;
8'B10000011:
Reg<=8'B10000010;
8'B10000010:
Reg<=8'B10000001;
8'B10000001:
Reg<=8'B00100000;
defaultReg<=8'B01000101;
endcase
endmodule
注：
其中A[7],A[6]位用来表示的交通灯的颜色，A[5..0]用来表示交通灯的倒计时显示数值B,作为系统的输出，其中A[5,4]输出十位数码管，A[3..0]输出个位数码管。
A[7]
A[6]
交通灯
0
0
AG
1
1
AY
1
0
AR
A[5..0]状态图为：
1
···
4
1
···
19
20
23
24
···
1
DFF8的电路图为：
3.交通灯倒计时B通道模块
原理图：
DAOJISHIB源程序：
moduleDAOJISHIB（B,RegB）;
input[7:
0]B;
output[7:
0]RegB;
reg[7:
0]RegB;
always@（B,RegB）
case（B）
8'B01000101:
RegB<=8'B01000100;
8'B01000100:
RegB<=8'B01000011;
8'B01000011:
RegB<=8'B01000010;
8'B01000010:
RegB<=8'B10100100;
8'B10100100:
RegB<=8'B10100011;
8'B10100011:
RegB<=8'B10100010;
8'B10100010:
RegB<=8'B10100001;
8'B10100001:
RegB<=8'B10100000;
8'B10100000:
RegB<=8'B10011001;
8'B10011001:
RegB<=8'B10011000;
8'B10011000:
RegB<=8'B10010111;
8'B10010111:
RegB<=8'B10010110;
8'B10010110:
RegB<=8'B10010101;
8'B10010101:
RegB<=8'B10010100;
8'B10010100:
RegB<=8'B10010011;
8'B10010011:
RegB<=8'B10010010;
8'B10010010:
RegB<=8'B10010001;
8'B10010001:
RegB<=8'B10010000;
8'B10010000:
RegB<=8'B10001001;
8'B10001001:
RegB<=8'B10001000;
8'B10001000:
RegB<=8'B10000111;
8'B10000111:
RegB<=8'B10000110;
8'B10000110:
RegB<=8'B10000101;
8'B10000101:
RegB<=8'B10000100;
8'B10000100:
RegB<=8'B10000011;
8'B10000011:
RegB<=8'B10000010;
8'B10000010:
RegB<=8'B10000001;
8'B10000001:
RegB<=8'B00100000;
8'B00100000:
RegB<=8'B00011001;
8'B00011001:
RegB<=8'B00011000;
8'B00011000:
RegB<=8'B00010111;
8'B00010111:
RegB<=8'B00010110;
8'B00010110:
RegB<=8'B00010101;
8'B00010101:
RegB<=8'B00010100;
8'B00010100:
RegB<=8'B00010011;
8'B00010011:
RegB<=8'B00010010;
8'B00010010:
RegB<=8'B00010001;
8'B00010001:
RegB<=8'B00010000;
8'B00010000:
RegB<=8'B00001001;
8'B00001001:
RegB<=8'B00001000;
8'B00001000:
RegB<=8'B00000111;
8'B00000111:
RegB<=8'B00000110;
8'B00000110:
RegB<=8'B00000101;
8'B00000101:
RegB<=8'B00000100;
8'B00000100:
RegB<=8'B00000011;
8'B00000011:
RegB<=8'B00000010;
8'B00000010:
RegB<=8'B00000001;
8'B00000001:
RegB<=8'B11000100;
8'B11000100:
RegB<=8'B11000011;
8'B11000011:
RegB<=8'B11000010;
8'B11000010:
RegB<=8'B11000001;
8'B11000001:
RegB<=8'B10100100;
defaultRegB<=8'B01000101;
endcase
endmodule
状态转移图：
注：
其中B[7],B[6]位用来表示的交通灯的颜色，B[5..0]用来表示交通灯的倒计时显示数值B,作为系统的输出，其中B[5,4]输出十位数码管，B[3..0]输出个位数码管。
B[7]
B[6]
交通灯
0
0
BG
1
1
BY
1
0
BR
B[5..0]状态图为：
1
···
20
1
···
13
24
3
4
···
1
仿真结果：
其中，A1表示A通道十位数码管显示数值
A2表示A通道个位数码管显示数值
B1表示B通道十位数码管显示数值
B2表示B通道个位数码管显示数值
方案二：
在方案二中完全采用中规模数字电路器件，实现交通灯的倒计时显示，运用到74LS192逆序计数芯片。
电路设计：
A通道个位用一块74LS192实现模分别为20，4，24的逆序计数的计数器，用LDN脉冲序列作为置数信号每隔20，4，24秒产生一个低电平脉冲选通置数。
LDN选通置数信号产生电路（模为48的计数器）：
个位显示仿真结果如下：
十位显示思路同个位，从略。
B通道逆序计数的模为24=>20=>4,原理同A,从略。
3、实验结果分析
任务一中，按照要求实现了十字交叉路口A,B两个通道的交通灯控制显示。
A通道绿灯持续亮20秒，然后黄灯闪烁4秒，然后红灯亮持续24秒。
B通道红灯持续亮24秒，然后绿灯持续亮20秒，然后黄灯闪烁4秒。
任务二中，方案一中通过verilog组建倒计时宏模块的方法实现了A,B两个通道的交通灯倒计时显示功能，并在数电实验箱和CPLD板上得到实现。
方案二采用74ls192逆序计数芯片实现。
A通道倒计时显示：
20—>···1—>4—>···—>1—>24—>···—>1
B通道倒计时显示：
24—>···1—>20—>···—>1—>4—>···—>1
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