EDA交通灯实验报告.doc

EDA实验报告

题 目： 交通灯设计

学 院： 电子工程学院

专 业： 电子信息工程

作 者： 王正帅 14020120007

导 师： 孙万蓉
EDA实验报告：交通灯设计

一、设计任务及要求：
设计任务：模拟十字路口交通信号灯的工作过程，利用实验板上的两组红、黄、绿LED作为交通信号灯，设计一个交通信号灯控制器。要求：
（1） 交通灯从绿变红时，有5秒黄灯亮的间隔时间；
（2） 交通灯红变绿是直接进行的，没有间隔时间；
（3） 东西主干道上的绿灯时间为25秒，南北支干道的绿灯时间为25秒；
（4） 在任意时间，显示每个状态到该状态结束所需的时间。
路口示意图如下：

图 1 路口交通示意图

表1 交通信号灯的4种状态

A
B
C
东西主干道交通灯
绿（25秒）
黄（5秒）
红（30秒）
南北支干道交通灯
红（30秒）
黄（5秒）
绿（25秒）

设计要求：
（1） 采用VHDL语言编写程序，并在QuartusII工具平台中进行仿真，下载到EDA实验箱进行验证。
（2） 编写设计报告，要求包括方案选择、程序清单、调试过程及测试结果。
二、设计原理
1、设计目的：
学习DEA开发软件和QuartusII的使用方法，熟悉可编程逻辑器件的使用。通过制作来了解交通灯控制系统，交通灯控制系统主要是实现城市十字交叉路口红绿灯的控制
2、设计说明
（1）第一模块：clk时钟秒脉冲发生电路
在红绿灯交通信号系统中，大多数情况是通过自动控制的方式指挥交通的。因此为了避免意外事件的发生，电路必须给一个稳定的时钟（clock）才能让系统正常运作。
模块说明：
系统输入信号：
Clk: 由外接信号发生器提供50MHz的时钟信号；
系统输出信号： full：产生每秒一个脉冲的信号；

（2）第二模块：计数秒数选择电路
计数电路最主要的功能就是记数负责显示倒数的计数值，对下一个模块提供状态转换信号。
模块说明：
系统输入：full: 接收由clk电路的提供的1HZ的时钟脉冲信号；
系统输出信号： tm： 产生显示电路状态转换信号
tl：倒计数值 秒数个位变化控制信号
th：倒计数值 秒数十位变化控制信号

（3）第三模块：红绿灯状态转换电路
本电路负责红绿灯的转换。
模块说明：
系统输入信号：full: 接收由clk电路的提供的1Hz的时钟脉冲信号；
tm: 接收计数秒数选择电路状态转换信号；
系统输出信号： comb_out: 负责红绿灯的状态显示。

（4）第四模块：时间显示电路
本电路负责红绿灯的计数时间的显示。
模块说明：
系统输入信号：tl：倒计数值 秒数个位变化控制信号；
th：倒计数值 秒数十位变化控制信号；

系统输出信号： led7s1: 负责红绿灯的显示秒数个位。
led7s2： 负责红绿灯的显示秒数十位。

三、 设计方案
定时时间到检测电路

计时器
预置数产生电路
状态发生器（两位二进制计数器）

时间显示数据输出

红黄绿灯输出

控制电路（RYG）

红黄绿灯信号输出
1秒时钟脉冲信号发生器

图2 交通信号灯控制器的原理框图
采用VHDL语言输入的方式实现交通信号灯控制器

秒脉冲信号发生器（进程P1和P2）

状态寄存器
（进程P6）

计数器
（进程P3、P4和P5）
CLK
时间显示数据输出

次态发生器
信号灯输出信号
（进程P7）

信号灯输出

图3 交通信号灯控制器程序原理框图
该程序由7个进程组成，进程P1和P2将CLK信号分频后产生1秒信号，进程P3、P4、P5构成两个带有预置数功能的十进制计数器，其中P4产生允许十位计数器计数的控制信号。进程P6实现状态转换和产生状态转换的控制信号，进程P7产生次态信号和信号灯输出信号，以及每一个状态的时间值。
四、程序清单：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY traffic IS
PORT (clk:in std_logic;
led7s1:out std_logic_vector(6 downto 0);
led7s2:out std_logic_vector(6 downto 0);
comb_out:out std_logic_vector(5 downto 0));
END;

ARCHITECTURE one OF traffic IS
TYPE dm IS (s0,s1,s2,s3);
SIgnal current_state,next_state:dm;
SIGNAL FULL : STD_LOGIC;
SIGNAL tl :STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);
SIGNAL th:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);
SIGNAL tm :STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);
SIGNAL TIME :STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);
BEGIN
P_REG: PROCESS(CLK)
VARIABLE CNT8:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
BEGIN
IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN
IF CNT8 = "11111111" THEN
CNT8:="01111111";
FULL<='1';
ELSE CNT8 := CNT8+1;
FULL <= '0';
END IF; END IF;
END PROCESS P_REG;

PROCESS(full)
BEGIN
IF full'EVENT AND full='1' THEN
IF TIME<"1000011" THEN
TIME<=TIME+1;
ELSe TIME <="0000000";
END IF;
END IF;
END PROCESS;
REG:process( full,current_state)
BEGIN
IF full='1' AND full'EVENT THEN
current_state<=next_state;
END IF;
END process;
COM:process(current_state, time)
begin
case current_state is
when s0=>comb_out<="001100";tm<=39-time;
if time=39 then next_state<=s1;
else next_state<=s0;
end if;
when s1=>comb_out<="010100";tm<=43-time;
if time=43 then next_state<=s2;
else next_state<=s1;
end if;
when s2=>comb_out<="100010";tm<=63-time;
if time=63 then next_state<=s3;
else next_state<=s2;
end if;
when s3=>combout<="100001";tm<=67-time;
if time=67 then next_state<=s0;
else next_state<=s3;
end if;
end case;
end process;
PROCESS(tm)
BEGIN
IF tm>=30 THEN th<="11";tl<=tm-30;
ELSIF tm>=20 THEN th<="10";tl<=tm-20;
ELSIF tm>=10 THEN th<="01";tl<=tm-10;
ELSE th<="00";tl<=tm;
END IF;
END PROCESS;

process(th,tl)
begin
case th is
when"00"=>led7s1<="0111111";
when"01"=>led7s1<="0000110";
when"10"=>led7s1<="1011011";
when"11"=>led7s1<="1001111";
when others=>null;
end case;
case tl is
when "0000000"=>led7s2<="0111111";
when"0000001"=>led7s2<="0000110";
when "0000010"=>led7s2<="1011011";
when"0000011"=>led7s2<="1001111";
when"0000100"=>led7s2<="1100110";
when "0000101"=>led7s2<="1101101";
when "0000110"=>led7s2<="1111101";
when"0000111"=>led7s2<="0000111";
when "0001000"=>led7s2<="1111111";
when "0001001"=>led7s2<="1101111";
when others=>null;
end case;
end process;
end;

五、电路及波形图
1.波形图

图4 仿真波形图
2．引脚设置
选择的器件为cyclone3系列的EP3C16F484C6芯片，引脚锁定方法如下图所示。将未使用的管脚设置为三态输入（一定要设置，否则可能会损坏芯片）。

图 5 引脚使用图
六、硬件测试及说明
用实验板上的6个LED作为交通信号灯，设计一个交通信号灯控制器。
1、 交通灯从绿变红时，有5秒黄灯亮的间隔时间；
2、 交通灯红变绿是直接进行的，没有间隔时间；
3、红灯时间为30秒。绿灯时间为25秒。黄灯时间为5秒。
七、实验心得体会
通过这次课程设计，我进一步加深了对数字系统设计的了解。并进一步熟练了对QuartusII软件的操作。在编写程序的过程中，遇到了很多问题，使我发现自己以前学习上存在的不足。同时也掌握了做课程设计的一般流程，为以后的设计积累了一定的经验。做课程设计时，先查阅相关知识，把原理吃透，确定一个大的设计方向，在按照这个方向分模块的把要实现的功能用流程图的形式展示。最后参照每个模块把输入和输出引脚设定，运用我们所学的VHDL语言进行编程。
深刻体会到了如何将理论应用到实际的开发板中，我们不仅要将软件程序编好，还要学会调试开发板，对开发板设置成自己程序中要求的初始条件，这样板子才能展现自己当初设计的效果。
总之，通过这次的设计，进一步了解了EDA技术，收获很大，对软件编程、排错调试、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。