数字电路课程设计：交通信号灯控制器的设计

HUNAN UNIVERSITY数字电子技术课程设计报告交通信号灯控制器设计学院：电气与信息工程学院专业：电气及其自动化班级：2008 级八班 姓名：包晓红20080711202 组员：周星星20080711126 李振明20080711112徐林 20080840123 指导老师：黎福海 苏娟一.课程设计的目的及要求1、能够全面巩固和应用“电子技术基础数字部分”课程中所学的基本理论和方法，并初步掌握小型数字系统设计的基本方法。2、掌握VHDL语言编制小型模块的方法，并采用层次化设计。3、培养电路设计能力，懂得理论设计与实物实现的有效结合。4、掌握Altium Designer软件的应用。二.设计的功能要求 设计的交通灯应用在两条主支干道的汇合点形成十字交叉路口，为确保车辆安全，迅速地通行，在交叉道口的每个入口设置了红，绿，黄三色信号灯。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则警告行驶中的车辆，并让他们有时间停靠到禁行线之外。 1用LCD显示屏来显示不同时刻：哪个方向亮什么灯和计数。 2由于设计的十字路口分为主干道和支干道，并且车流量挺大的。当我看了很多人做的交通灯后，发现他们做的实现的功能都很简单，所以我就决定结合实际情况增加点功能。其一是加了左拐的功能，白天模式如下表：干道主干道支干道方向和状态 直走SN 左拐SWNE直走EW 左拐WNESSO G:40s R:70sS1 Y:05sR:30sS2 00 G:20sR:25sS3 Y:05sR:05sS4R:50s 00G:20sS5R:30sY:05sS6R:25s 00 G:20sS7R:05s Y:05s黑夜模式如下表：干道主干道支干道方向和状态 直走SN 左拐SWNE直走EW 左拐WNESSO G:20s R:40sS1 Y:05sR:20sS2 00 G:10sR:15sS3 Y:05sR:05sS4R:35s 00G:15sS5R:20sY:05sS6R:15s 00 G:10sS7R:05s Y:05s其二，就是加了一个四分钟的时钟模块。因为要演示给老师看，所以只是四分钟。在第二分钟时，自动从白天模式转入黑夜模式然后再是白天模式，从而让交通灯控制系统更加完善。3在系统中，我也增加了紧急事件时,全部亮红灯的功能，即交通管制模式。三主原理图四.具体控制模块的生成程序1.主控电路模块 总模块中包含一片此芯片，用来控制主干道和支干道的方向灯。其中CPIN是脉冲输入端，用来让输出的数字减数；R是复位端,复位时R=1，正常工作时R=0；CM是控制白天和黑夜正常工作状态和紧急事件状态，当CM=0时，系统处于正常状态，当CM=1时，系统处于紧急事件状态；SWITCH是控制白天和黑夜状态的开关，在CM=0状况下，如果SWITCH=1，则系统处于白天模式，反之为黑夜模式；在输出端中，EW和SN分别是主干道南北和支干道东西方向直行的计数，EWRYG和NSRYG是对应的红绿黄灯；SWNE和WNES则分别是主干道南北和支干道东西方向左拐的计数,SWNERYG和WNESRYG是对应的红绿黄灯。具体程序如下；1交通灯主控制程序- 1.设置环境为十字路口。- 2.配置灯：南北向、东西向左走/直走右走指示灯各一。- 3.采用6000000分频，以期达到秒脉冲计时的效果。- 4.具备紧急、白天、夜晚三种模式；复位后可任意切换。LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY JTD isPORT (CPIN,R ,SWITCH,CM:IN STD_LOGIC; SN,SWNE,EW,WNES :OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); EWRYG,SNRYG,SWNERYG,WNESRYG : OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0) );END ENTITY ; -器件名称：JTD- 端口及其作用：- CPIN: 时钟脉冲输入 R: 复位信号输入- SWITCH: 白天/夜间模式切换信号输入- CM: 正常/紧急模式切换信号输入- SN: 南北向倒计时输出 SWNE: 南北向左指灯倒计时输出- EW: 东西向倒计时输出 WNES: 东西向左指灯倒计时输出architecture JGT of JTD isSIGNAL CTEW,CTSN,CTSWNE,CTWNES: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);-SIGNAL CTFP: INTEGER RANGE 0 TO 4000000;-SIGNAL CP: STD_LOGIC;TYPE STATES IS (S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7);SIGNAL S: STATES;-实体名称：JGT- 定义信号和类型变量：- CTSN: 南北向倒计时影子信号 CTSWNE: 南北向左指灯倒计时影子信号- CTEW: 东西向倒计时影子信号 CTWNES: 东西向左指灯倒计时影子信号- CP: 内置时钟信号 CPCT: CP脉冲计时信号- S: 状态切换变量，仅可以取S0到S7共8个不同的值BEGINPROCESS(CPIN,R)BEGINIF R=1 THEN CPCT=6000000;ELSIF CPIN=1 AND CPIN EVENT THEN IF CPCT=0 THEN CPCT=6000000;CP=NOT CP; ELSE CPCT=CPCT-1; END IF;END IF;END PROCESS;-延时进程- 作用：为下面的主进程提供合适的激励- 采用6000000分频，保证数据经过足够长的时间后被改变。PROCESS(SWITCH,CM,CP,R)BEGINIF CM=0 THEN - 正常模式IF SWITCH=1 THEN - 白天 - SN SWNE EW WNES -S0:G40 R70 00 -S1:Y05 R30 -S2: 00 G20 R25 -S3: Y05 R05 -S4:R50 00 G20 -S5:R30 Y05 -S6:R25 00 G20 -S7:R05 Y05IF R=1 THEN -复位S=S0;CTSN=X28;CTEW=X46;CTWNES=X00;CTSWNE=X00;SNRYG=001;EWRYG=100;SWNERYG=100;WNESRYGIF CTSN=X01 THEN S=S1;CTSN=X05;CTEW=X1E; SNRYG=010;EWRYG=100;SWNERYG=100;WNESRYG=100; ELSE CTSN=CTSN-1;CTEWIF CTSN=X01 THEN S=S2;CTEW=X19;CTSN=X00;CTSWNE=X14; SWNERYG=001;EWRYG=001;WNESRYG=100;SNRYG=100; ELSE CTSN=CTSN-1;CTEWIF CTSWNE=X01 THEN S=S3;CTSWNE=X05;CTEW=X05; SWNERYG=010;EWRYG=100;WNESRYG=100;SNRYG=100; ELSE CTSWNE=CTSWNE-1;CTEWIF CTSWNE=X01 THEN S=S4;CTSN=X32;CTSWNE=X00;CTEW=X14; SNRYG=100;EWRYG=001;SWNERYG=100;WNESRYG=100; ELSE CTSWNE=CTSWNE-1;CTEWIF CTEW=X01 THEN S=S5;CTSN=X1E;CTEW=X05; SNRYG=100;EWRYG=010;SWNERYG=100;WNESRYG=100; ELSECTSN=CTSN-1;CTEWIF CTEW=X01 THEN S=S6;CTSN=X19;CTWNES=X14;CTEW=X00; SNRYG=100;WNESRYG=001;SWNERYG=100;EWRYG=100; ELSE CTSN=CTSN-1;CTEWIF CTWNES=X01 THEN S=S7;CTSN=X05;CTWNES=X05; SNRYG=100;EWRYG=010;SWNERYG=100;WNESRYG=100; ELSE CTSN=CTSN-1;CTWNESIF CTWNES=X01 THEN S=S0;CTSN=X28;CTEW=X46;CTWNES=X00; SNRYG=001;EWRYG=100;SWNERYG=100;WNESRYG=100; ELSE CTSN=CTSN-1;CTWNESNULL; END CASE; END IF;ELSIF SWITCH=0 THEN -黑夜 - SN SWNE EW WNES -S0:G20 R40 00 -S1:Y05 R20 -S2:00 G10 R15 -S3: Y05 R05 -S4:R35 00 G15 -S5:R20 Y05 -S6:R15 00 G10 -S7:R05 Y05IF R=1 THEN -复位S=S0;CTSN=X14;CTEW=X28;CTWNES=X00; SNRYG=001;EWRYGIF CTSN=X01 THEN S=S1;CTSN=X05;CTEW=X14; SNRYG=010;EWRYG=100;SWNERYG=100;WNESRYG=100; ELSE CTSN=CTSN-1;CTEWIF CTSN=X01 THEN S=S2;CTEW=X05;CTSN=X00;CTSWNE=X0F; SWNERYG=001;EWRYG=100;SNRYG=100;WNESRYG=100; ELSE CTSN=CTSN-1;CTEWIF CTSWNE=X01 THEN S=S3;CTSWNE=X05;CTEW=X05; SWNERYG=010;EWRYG=100;SNRYG=100;WNESRYG=100; ELSE CTSWNE=CTSWNE-1;CTEWIF CTSWNE=X01 THEN S=S4;CTSN=X23;CTSWNE=X00;CTEW=X0F; SNRYG=100;EWRYG=001;SWNERYG=100;WNESRYG=100; ELSE CTSWNE=CTSWNE-1;CTEWIF CTEW=X01 THEN S=S5;CTSN=X14;CTEW=X05; SNRYG=100;EWRYG=010;SWNERYG=100;WNESRYG=100; ELSE CTSN=CTSN-1;CTEWIF CTEW=X01 THEN S=S6;CTSN=X0F;CTEW=X00;CTWNES=X0A; SNRYG=100;WNESRYG=001;SWNERYG=100;EWRYG=100; ELSE CTSN=CTSN-1;CTEWIF CTWNES=X01 THEN S=S7;CTSN=X05;CTWNES=X05; SNRYG=100;EWRYG=100;SWNERYG=100;WNESRYG=010; ELSE CTSN=CTSN-1;CTWNESIF CTWNES=X01 THEN S=S0;CTSN=X14;CTEW=X28;CTWNES=X00; SNRYG=001;EWRYG=100;SWNERYG=100;WNESRYG=100; ELSE CTSN=CTSN-1;CTWNESNULL; END CASE;END IF;END IF;ELSIF CM=1THEN -紧急模式 SN EW 亮CTSN=X00 ;CTEW=X00;CTSWNE=X00 ;CTWNES=X00;EWRYG=100;SNRYG=100;WNESRYG=100;SWNERYG=100 ;END IF;END PROCESS;PROCESS(CTEW,CTSN,CTSWNE,CTWNES) -将16进制转换为BCD码BEGINIF CTEWX0A THEN EW=CTEW;ELSIF CTEWX14 THEN EW=CTEW+6;ELSIF CTEWX1E THEN EW=CTEW+12;ELSIF CTEWX28 THEN EW=CTEW+18;ELSIF CTEWX32 THEN EW=CTEW+24;ELSIF CTEWX3C THEN EW=CTEW+30;ELSIF CTEWX46 THEN EW=CTEW+36; ELSE EW=CTEW+42;END IF;IF CTSNX0A THEN SN=CTSN;ELSIF CTSNX14 THEN SN=CTSN+6;ELSIF CTSNX1E THEN SN=CTSN+12;ELSIF CTSNX28 THEN SN=CTSN+18;ELSIF CTSNX32 THEN SN=CTSN+24;ELSIF CTSNX3C THEN SN=CTSN+30;ELSIF CTSNX46 THEN SN=CTSN+36; ELSE SN=CTSN+40;END IF; IF CTSWNEX0A THEN SWNE=CTSWNE;ELSIF CTSWNEX14 THEN SWNE=CTSWNE+6;ELSIF CTSWNEX1E THEN SWNE=CTSWNE+12;ELSIF CTSWNEX28 THEN SWNE=CTSWNE+18;ELSIF CTSWNEX32 THEN SWNE=CTSWNE+24;ELSIF CTSWNEX3C THEN SWNE=CTSWNE+30; ELSE SWNE=CTSWNE+36;END IF; IF CTWNESX0A THEN WNES=CTWNES;ELSIF CTWNESX14 THEN WNES=CTWNES+6;ELSIF CTWNESX1E THEN WNES=CTWNES+12;ELSIF CTWNESX28 THEN WNES=CTWNES+18;ELSIF CTWNESX32 THEN WNES=CTWNES+24;ELSIF CTWNESX3C THEN WNES=CTWNES+30; ELSE WNES CM, CPIN = CPIN, EW = EW, EWRYG = EWRYG, R = R, SN = SN, SNRYG = SNRYG, SWITCH = SWITCH, SWNE = SWNE, SWNERYG = SWNERYG, WNES = WNES, WNESRYG = WNESRYG ); STIMULUS0:processbegin R=1;WAIT FOR 2NS; R=0;wait; end process; PROCESS BEGIN CPIN=1;WAIT FOR 2NS; CPIN=0;WAIT FOR 2NS; END PROCESS; PROCESS BEGIN SWITCH=1;CM=0;WAIT FOR 500NS; SWITCH=0;CM=0;WAIT FOR 500NS; CM=1;WAIT; END PROCESS; WRITE_RESULTS( CM, CPIN, EW, EWRYG, R, SN, SNRYG, SWITCH, SWNE, SWNERYG, WNES, WNESRYG );end architecture;-波形图： 2LCD显示模块电路BUSY=0时才能接受信息给出STROBE信号，输入数据，则转到另一个相应的状态ADDR3.0用来储存列值OUTLINE 表示行值DATA70用来储存ASC码值RST用来表示是否空闲具体程序如下：-交通灯LCD显示程序- 1.与FPGA Peripherals库中LCD16X2A元件相适应- 2.采用65535分频作为扫描脉冲LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity JTDLCD is port (CPIN,R,BUSY :IN STD_LOGIC; EW,SWNE,WNES,SN :IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); EWRYG,SWNERYG,WNESRYG,SNRYG : IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); CLK,RST,STROBE,OUTLINE : OUT STD_LOGIC; DATA : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); ADDR : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) );end entity ;architecture JGT of JTDLCD is TYPE STATES IS (S0,S1,S2,S3,S4); SIGNAL S: STATES; SIGNAL LCDPT : INTEGER RANGE 0 TO 24; SIGNAL CPCT : INTEGER RANGE 0 TO 65535; SIGNAL CP: STD_LOGIC; SIGNAL ASCEW,ASCSWNE,ASCWNES,ASCSN : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);beginPROCESS(CPIN,R)BEGINCLK=CPIN; -分频为500us的周期IF R=1 THEN CPCT=65535;ELSIF CPIN=1 AND CPIN EVENT THEN IF CPCT=0 THEN CPCT=65535;CP=NOT CP; ELSE CPCT=CPCT-1; END IF;END IF;END PROCESS; -主进程：拟采用500us时钟，即在500us后完成状态转换，修改LCDPT指针PROCESS(CP,R) BEGIN IF R=1 THEN S=S0;LCDPT=0;RST S=S1;LCDPT=0;RST RST=0;STROBE=0; -S1:输出RST=0;LCD数据输入无效 IF BUSY=0 THEN -判断BUSY=0? LCDPT=LCDPT+1; -Y: LCDPT+1; IF LCDPT=13 THEN -LCDPT到固定最后？ SS2 S S=S1;STROBE STROBE=0; -S3S4完成扫描显示功能 IF BUSY=0 THEN -S3:BUSY=0? :Y: LCDPT循环+1 ，转S4 IF LCDPT=24 THEN LCDPT=13; ELSE LCDPT=LCDPT+1; END IF; S STROBE=1;S NULL; END CASE;END IF; END PROCESS;PROCESS(LCDPT)BEGINCASE LCDPT IS -选择输出进程(LCDPT)WHEN 0 = NULL; -LCDPT=0,NULLWHEN 1= DATA=01010011;ADDR=0001;OUTLINE DATA=01001110;ADDR=0010;OUTLINE DATA=01010011;ADDR=0100;OUTLINE DATA=01001110;ADDR=0101;OUTLINE DATA=00111100;ADDR=0110;OUTLINE=0; - DATA=00101101;ADDR=0111;OUTLINE DATA=01000101;ADDR=1000;OUTLINE DATA=01010111;ADDR=1001;OUTLINE DATA=01000101;ADDR=1011;OUTLINE DATA=01010111;ADDR=1100;OUTLINE DATA=00111100;ADD