东南大学自动化学院---《数字系统课程设计》-专业综合设计报告.doc

东南大学自动化学院数字系统课程设计专业综合设计报告姓 名： 学 号: 专 业： 自动化 实 验 室: 电工电子四楼 组 别： 无 同组人员: 无 设计时间： 2012年 8 月 8日 2010 年 9 月 15 日评定成绩: 审阅教师: 目 录一课程设计的目的与要求（含设计指标）3页码二原理设计（或基本原理）3页码三. 架构设计(架构设计）4页码四. 方案实现与测试(或调试）5页码五分析与总结15页码一。 课程设计的目的与要求（含设计指标)主干道与乡村公路十字交叉路口在现代化的农村星罗棋布,为确保车辆安全、迅速地通过，在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。红灯禁止通行；绿灯允许通行;黄灯亮则给行驶中的车辆有时间行驶到禁行线之外。主干道和乡村公路都安装了传感器，检测车辆通行情况，用于主干道的优先权控制。 具体要求如下:(1）当乡村公路无车时,始终保持乡村公路红灯亮，主干道绿灯亮.(2）当乡村公路有车时，而主干道通车时间已经超过它的最短通车时间时，禁止主干道通行，让乡村公路通行。主干道最短通车时间为25s 。 （3） 当乡村公路和主干道都有车时，按主干道通车25s，乡村公路通车16s交替进行。（4） 不论主干道情况如何，乡村公路通车最长时间为16s.（5） 在每次由绿灯亮变成红灯亮的转换过程中间，要亮5s时间的黄灯作为过渡。（6）用开关代替传感器作为检测车辆是否到来的信号。用红、绿、黄三种颜色的发光二极管作交通灯。 要求显示时间,倒计时二。 原理设计（或基本原理）本设计用了Verilog HDL语言, TOPDOWN设计，设计方法从系统设计入手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计.具体过程如下:该系统中输入变量有:set（使能开关），c（乡村道路开关)， clk(系统时钟），该控制系统打开后共有两种状态: 一种是只有主干道交通灯亮，这种情况比较简单，此时主干道绿灯一直亮着。第二种是乡村道路开关打开，此时是主干道和乡村道路红灯和绿灯交替亮。三。方案论证(架构设计）交通灯控制器框图:流程图如下：四。 方案实现与测试（或调试）1）顶层模块外界输入：两个开关：一个时能使能控制开关,一个乡村道路开关.使 能开关打开交通灯开始工作,乡村道路打开表示乡村公路上有车。输出： 四个数码管，两个显示主干道交通灯时间，两个显示乡村道路时间;六个led灯,两红两黄两绿分别表示主干道和乡村公路的红黄绿灯.运行过程:1、开始时将时能开关打开表示交通灯开始工作。此时由于乡村道路开关是关着的，所以主干道保持绿灯亮。2、然后将乡村公路开关打开，表示乡村公路上有车。此时主干道红灯立刻亮，5秒之后主干道黄灯变为红灯，乡村公路变为绿灯.经过15秒之后，乡村公路等变为黄灯,再过五秒变为红灯，此时主干道变为绿灯。25秒之后主干道等变为黄灯,再经过五秒变为红灯,此时乡村公路变为绿灯，如此循环3、若乡村道路灯开关突然关闭，主干道交通灯理科变为绿灯，数码管倒记到0，并保持这种状态不变 顶层的block图仿真结果:2）设计中所有模块组成:分频器：降低频率信号，用于获得适合的时钟信号。主模块：控制各个状态的转换，算法的主要实现部分。数码管显示模块：显示各种颜色的主干道和乡村道路灯的显示时间具体实现过程如下：1 分频器1）模块如下所示：输入端为clk_in,clk_in为原频率的脉冲输入,clk_out得到想要的频率2）源程序:module fre（clk_in,clk_out）;input clk_in;output clk_out；reg clk_out；reg 24：0cnter；always （posedge clk_in)begin if (cnter1000000） cnter=cnter+1； else cnter=0；if（cnter=1000000) clk_out=b1;else clk_out=b0; end2 主程序模块1）模块如下所示：输入端为clk、c、set,其中当c为乡村道路开关，打开表示乡村道路有车，set表示使能控制开关，set打开交通灯开始工作。 输出端为mr、mg、my、cr、cg、cy表示主干道和乡村公路的红黄绿灯，与LED灯相连。另外mh、ml、ch、cl、与四个数码管相连，用来显示各种颜色的灯亮时间.2）调试中出现的问题 在绿灯变为黄灯时，数码管理应显示五秒钟的时间,不过数码管并没有倒数五个数，而是五秒之后直接从5变为0，待解决3）源程序:module traffic（clk,c，set，mr，mg，my，cr,cg，cy,mh,ml，ch，cl）；input clk，c,set;output3：0mh，ml，ch，cl；output mr，mg,my,cr,cg，cy；reg mr，mg，my，cr,cg,cy;reg3:0mh，ml,ch，cl；reg state;always（posedge clk）beginif（set)beginif(state=0） /beginstate=1；case（mr,mg，my,cr，cg，cy）6b010100：if(c） beginmr，mg,my,cr,cg，cy=6b001100；ml=5；mh=0；cl=5;ch=0； endelse state=0；6b001100:begin mr，mg，my,cr，cg,cy=6b100010;ml=1;mh=2；cl=6；ch=1; end6b100010：beginmr，mg，my,cr，cg，cy=6b100001；ml=5;mh=0;cl=5；ch=0;end6b100001：beginmr，mg,my，cr，cg，cy=6b010100；ml=5；mh=2;cl=0；ch=3；enddefault：beginmr，mg，my，cr，cg，cy=6b010100;ml=5；mh=2；cl=0；ch=3；endendcase endelse if（mr，mg，my,cr,cg，cy=6b100010c=0)begin mr，mg，my，cr，cg，cy=6b100001；ml=5；mh=0；cl=5；ch=0;endelsebeginif(mh,ml=1） begin if（ml=0) begin mh=mh-1； ml=4b1001; end else ml=ml-1; endif（ch，cl=1)begin if(cl=0) begin ch=ch1；cl=4b1001; end else cl=cl1；endif(mh,ml=6ch,cl=1） begin state=0； endif（mh，ml=1&ch,cl=1） begin state=0； endif(mh，ml=1&ch,cl=6） begin mh=0；ml=0；ch=0;cl=0； state=0； endendendelsebeginmh,ml=8b00100101;ch，cl=8b00110000；mr，mg,my,cr,cg,cy=6b010100;endendendmodule3。数码管模块1)模块如下所示:数码管模块用来显示灯亮时间2）调试中出现的问题及解决措施一开始一个脉冲为10m，经过计算的大概40m要增加一毛，但是如此之后，当增加到2。4时，才行走了960m,对顾客不公平,后来改用将其量程扩大的办法，然后通过分的进位获得角的增加，能够精确的定位价格。3）源程序:1、module disp（clk，count，led）；input clk；input 3：0count；output 7：0led;reg 7:0led；always(posedge clk）begincase(count）4d0:led=8b00000011; 4d1：led=8b10011111； 4d2：led=8b00100101; 4d3：led=8b00001101; 4d4:led=8b10011001; 4d5:led=8b01001001； 4d6：led=8b01000001； 4d7:led=8b00011111； 4d8：led=8b00000001； 4d9:led=8b00001001;default：led=8bx；endcaseend2、module disp(clk，count,led）;input clk；input 3:0count；output 7：0led；reg 7：0led;always(posedge clk）begincase(count）4d0：led=8b00000011； 4d1：led=8b10011111； 4d2：led=8b00100101; 4d3：led=8b00001101; 4d4：led=8b10011001； 4d5:led=8b01001001; 4d6：led=8b01000001; 4d7：led=8b00011111； 4d8：led=8b00000001; 4d9：led=8b00001001；default：led=8bx；endcaseendendmodule3、module disp（clk，count,led)；input clk；input 3:0count；output 7:0led;reg 7：0led；always(posedge clk）begincase(count）4d0:led=8b00000011; 4d1：led=8b10011111; 4d2:led=8b00100101； 4d3：led=8b00001101； 4d4:led=8b10011001; 4d5：led=8b01001001; 4d6：led=8b01000001； 4d7：led=8b00011111； 4d8：led=8b00000001； 4d9:led=8b00001001；default：led=8bx；endcaseendendmodule4、module disp（clk，count，led）；input clk；input 3：0count；output 7：0led;reg 7:0led;always（posedge clk）begincase（count）4d0：led=8b00000011; 4d1:led=8b10011111； 4d2：led=8b00100101; 4d3：led=8b00001101； 4d4：led=8b10011001; 4d5：led=8b01001001； 4d6：led=8b01000001; 4d7：led=8b00011111； 4d8：led=8b00000001； 4d9：led=8b00001001；default：led=8bx；endcaseendendmodule五分析与总结1、方案的特点该方案能够基本实现交通灯要求的所有功能，并且各个模块较为简洁,通过一个的主要模块的控制,使各个状态的转换清晰明了。 2、方案问题及有待改进的措施方案存在着一些缺陷，在变为黄灯时数码管并没有倒数五个数,而是经历五秒之后直接从5变为0,这方面的设计有问题，有待改进3、心得体会经过此次的设计的过程让我比较深刻地了解到了Verilog HDL语言设计数字系统的过程。掌握了用状态计设计数字系统的方法，我的心得如下：1、 在设计过程中我了解到设计最重要的是先把总体结构设计好,再逐步细化到小模块。2、 对于每一个模块重点是要搞清楚其输入输出，以及要实现的功能.3、 开始编程时，要特别注意一些小细节的地方,在编程过程中逐步改进。参考书目:1 夏宇闻,Verilog 数字系统设计教程,北京，北京航空航天大学出版社，2003年2 黄正瑾. 在系统编程技术及其应用. 东南大学出版社,1997- 9 -