eda课程设计交通灯带左拐.docx
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eda课程设计交通灯带左拐
eda课程设计交通灯带左拐
1设计任务和要求.........................................................2
1.1设计任务............................................................2
1.2交通灯控制器的基本要求..............................................2
2工作原理及方案设计.....................................................2
2.1交通灯控制器的设计原理..............................................2
2.2交通灯控制器的基本方案...............................................3
3系统设计...............................................................4
3.1计数器的设计........................................................4
3.2控制器的设计........................................................4
3.3分位器的设计........................................................5
3.4交通灯控制器的顶层原理..............................................5
4参考程序...............................................................6
4.1计数器的程序........................................................6
4.2控制器的程序.......................................................7
4.3分位电路程序.......................................................10
4.4.七段译码电路的程序................................................11
5系统调试与性能分析.....................................................13
5.1交通灯计数器波形图.................................................13
5.2控制器的波形图......................................................13
5.3分位的波形图.......................................................14
5.4七段译码电路的波形图...............................................14
1设计任务和要求
1.1设计任务
用FPGA实现一个智能交通灯系统，根据设计要求分析智能交通灯系统的基本原理，设计系统框图，设计完成后给出FPGA占用资源分析。
1.2交通灯控制器的基本要求
（1）道路足够宽，有双向六通道。
车辆直行不允许车辆左拐，允许右拐。
须另设左拐时间。
针对上述通行规则，车辆控制灯有直行（?
）、左拐（?
）和右拐（?
）三个绿色指示灯、黄灯以及一个红色指示灯。
红色指示灯亮，代表禁止车辆通行、一个方向灯亮的顺序为绿灯、黄灯、左拐灯、红灯，前三种灯亮时间等于另一侧的红灯亮时间。
（2）车辆正常通行时间为40秒，黄灯为5秒，左拐为10秒，由各方向设置的倒计时显示器显示时间，向司机提剩余时间。
当一个方向车流量加大时，自动调节。
（3）行人过马路需提出申请，且只在车辆直行时才能响应行人的请求，行人在申请得到响应后方可穿越，穿越时间为60秒。
（4）交通警察有权随时指定系统停在某个状态，确保某个方向的车辆流通。
2工作原理及方案设计
2.1交通灯控制器的设计原理
交通灯控制器的核心范围是一个计数范围为0~59共（60秒）的计数器和一个根据计数值做出规定反映的控制器。
另外，还需要输入CLK时钟信号。
最后，要驱动七段数码管，显然还需要一个译码电路。
2
图2.1交通灯控制器原理图
2.2交通灯控制器的基本方案
交通灯控制器的核心范围是一个计数范围为0~59共（60秒）的计数器和一个根据计数值做出规定反映的控制器。
另外，作者所用的实验仪配备的晶振为50MHZ,因此还需要一个分频电路。
最后，要驱动七段数码管，显然还需要一个译码电路。
3
七段数码管分位译码电路
倒计时数字及Clk1Hz
“闪烁控制信
号”红，黄，绿Reset控制器计数器发光二极管
Hold
图2.2交通灯控制器系统框图
3系统设计
3.1计数器的设计
这里需要的计数器的计数范围为0~59。
计到59后，下一个时钟沿恢复到0，开始下一轮计数。
此外，当检测到特殊情况（hold=1）发生时，计数器暂停计数，而系统恢复信号则使计数器异步清0。
3.2控制器的设计
控制器的作用是根据计数器控制发光二极管的亮、灭，以及输出倒计时数值给七段数译管的分位译码电路。
此外，当检测到特殊情况时，无条件点亮红色的发光二极管。
由于控制器要对于数值进行判断，很容易想到用IF语句来实现。
本设计采用利用时
4
钟沿的下降沿读取前级计数器的计数植，然后做出反应。
GYGRGYGRNANB
E11
1
数码控制器显
示
器
clkNnanb
]
.2控制器符号框图图3
3.3分位器的设计
因为控制器输出的倒计时数值可能是1位或2位十进制数，所以在七段数码管的译码电路前要加上分位电路（即将其分为2个1位的十进制数。
（如25分为2和5，7分为0和7）
与控制器一样，分位电路同样可以由时钟驱动，也可以设计成纯组合逻辑电路。
控制器中，引入了寄存器。
为了让读者开拓眼界，分位电路就用组合逻辑电路实现。
3.4交通灯控制器的顶层原理
交通灯控制器的核心范围是一个计数范围为0~59共（60秒）的计数器和一个根据计数值做出规定反映的控制器。
另外，还需要输入CLK时钟信号。
最后，要驱动七段数码管，显然还需要一个译码电路来完成交通灯控制器的设计。
5
图3.4交通灯控制器的顶层原理图
4参考程序
4.1计数器的程序
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entitycnt120is
port（clk,rst,hold:
instd_logic;
cq:
outstd_logic_vector（6downto0））;
endcnt120;
architecturebehavofcnt120isbegin
process（clk,rst,hold）
variablecqi:
std_logic_vector（6downto0）;
begin
ifrst='1'thencqi:
=（others=>'0'）;
elsifclk'eventandclk='1'then
6
ifhold='1'then
cqi:
=cqi+0;——当出现紧急情况时，计数器暂停计数
else
ifcqi<119thencqi:
=cqi+1;
elsecqi:
=（others=>'0'）;
endif;
endif;
endif;
cq<=cqi;
endprocess;
endbehav;
4.2控制器的程序
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
entitycontrolleris
port
（clock:
instd_logic;
countnum:
inintegerrange0to119;
numa,numb:
outintegerrange0to59;
reda,greena,yellowa,lefta,reda1,greena1,yellowa1,lefta1:
outstd_logic;
redb,greenb,yellowb,leftb,redb1,greenb1,yellowb1,leftb1:
outstd_logic）;
end;
architecturebehaviorofcontrolleris
begin
process（clock）
begin
iffalling_edge（clock）then
7
ifcountnum<=39then
numa<=40-countnum;
reda<='0';
greena<='1';
yellowa<='0';
lefta<='0';
reda1<='0';
greena1<='1';
yellowa1<='0';
lefta1<='0';
elsif（countnum<=44）then
numa<=45-countnum;
reda<='0';
greena<='0';
yellowa<='1';
lefta<='0';
reda1<='0';
greena1<='0';
yellowa1<='1';
lefta1<='0';
elsif（countnum<=59）then
numa<=59-countnum;
reda<='0';
greena<='0';
yellowa<='0';
lefta<='1';
reda1<='0';
greena1<='0';
yellowa1<='0';
lefta1<='1';
else
8
numa<=119-countnum;
reda<='1';
greena<='0';
yellowa<='0';
lefta<='0';
reda1<='1';
greena1<='0';
yellowa1<='0';
lefta1<='0';
endif;
ifcountnum<=59then
numb<=59-countnum;
redb<='1';
greenb<='0';
yellowb<='0';
leftb<='0';
redb1<='1';
greenb1<='0';
yellowb1<='0';
leftb1<='0';
elsifcountnum<=99then
numb<=100-countnum;
redb<='0';
greenb<='1';
yellowb<='0';
leftb<='0';
redb1<='0';
greenb1<='1';
yellowb1<='0';
leftb1<='0';
elsifcountnum<=104then
9
numb<=105-countnum;
redb<='0';
greenb<='0';
yellowb<='1';
leftb<='0';
redb1<='0';
greenb1<='0';
yellowb1<='1';
leftb1<='0';
else
numb<=119-countnum;
redb<='0';
greenb<='0';
yellowb<='0';
leftb<='1';
redb1<='0';
greenb1<='0';
yellowb1<='0';
leftb1<='1';
endif;
endif;
endprocess;
end;
4.3分位电路程序
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
entityfenweiis
port（numin:
inintegerrange0to60;
numa:
outintegerrange0to9;
10
numb:
outintegerrange0to9）;
end;
architecturebehavioroffenweiis
begin
process（numin）
begin
ifnumin>=50then
numa<=5;
numb<=numin-50;
elsifnumin>=40then
numa<=4;
numb<=numin-40;
elsifnumin>=30then
numa<=3;
numb<=numin-30;
elsifnumin>=20then
numa<=2;
numb<=numin-20;
elsifnumin>=10then
numa<=1;
numb<=numin-10;
else
numa<=0;
numb<=numin;
endif;
endprocess;
end;
4.4七段译码电路的程序
libraryieee;
11
useieee.std_logic_1164.all;entityymqis
port（ain:
instd_logic_vector（3downto0）;
yout:
outstd_logic_vector（6downto0））;
end;
architectureoneofymqisbegin
process（ain）
begin
caseainis
when"0000"=>yout<="0111111";when"0001"=>yout<="0000110";when"0010"=>yout<="1011011";when"0011"=>yout<="1001111";when"0100"=>yout<="1101101";when"0101"=>yout<="1111101";when"0110"=>yout<="0000111";when"0111"=>yout<="1111111";when"1000"=>yout<="1101111";whenothers=>yout<="0000000";endcase;
endprocess;
end;
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5系统调试与性能分析
5.1交通灯计数器波形图
Clk为输入频率，上升沿有效。
cq为输出的计数值，最大为120。
当hold为低电平时，cq数值保持不变，当rst为低电平时cq数值复位。
5.2控制器的波形图
Clock为输入频率，当下降沿来时有效。
Greena到leftb1为东西南北的控制灯亮暗情况。
Numa，numb分别为东西，南北的控制灯的倒计时。
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5.3分位的波形图
Numin的输入数值拆成个位numa和百位numb
5.4七段译码电路的波形图
译码器顾名思义，把qin输入的数值变成7位数的二进制码，驱动数码管显示。
数码管为
静态显示
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