东南大学自动化数字系统设计

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： 金智楼416/516 组 别： 同组人员： 设计时间： 2013 年 08 月 23 日 2013 年 09 月 06 日评定成绩： 审阅教师： 目 录一专业综合设计的目的与要求3二基本原理3三方案实现与测试5四模块和仿真波形8五分析与总结15实验名称：交通灯控制器一、 专业综合设计的目的与要求（一）、设计背景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。 （二）、设计要求（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，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。（7）要求显示时间，倒计时。 二、 基本原理交通灯控制器共包括以下四个状态：主干道绿灯、乡村公路红灯；主干道黄灯、乡村公路红灯；主干道红灯、乡村公路绿灯；主干道红灯、乡村公路黄灯。设置两个外部控制条件：乡村公路是否有车、是否重置，内部的控制条件则是时间是否计满。交通灯控制器框图：系统流程图：状态转换途径如下：MG、MY、MR分别表示主干道的状态为绿灯亮、黄灯亮和红灯亮。CG、CY、CR分别表示乡村公路的状态为绿灯亮、黄灯亮和红灯亮。Reset表示重置，即回到初始状态。C表示乡村公路是否有车，1表示有车、0表示没有车。T0、T1、T2表示到下一个状态的时间是否计满（倒计时是否计满），1表示计满、0表示没计满，其中T0=25s,T1=5s,T2=16s。从上面的状态转换图可看出，初始状态（即状态1）是主干道绿灯、乡村公路红灯。只有当乡村公路上有车并且计时满时，状态才变为状态2，即主干道黄灯、乡村公路红灯。当计时满时，变为状态3，即主干道红灯、乡村公路绿灯。当处于状态3时，如果乡村公路上突然没车，则不需要计时满的条件，马上跳变到状态4，即主干道红灯、乡村公路黄灯；如果乡村公路上一直有车，则要等到计时满时，才装换到状态4。最后等到计时满时，才变回状态1（初始状态）。在整个装换过程中，如果/Reset=0 ,则都回到初始状态，且重新开始倒计时。3 方案实现与测试（1）分频计模块a.功能说明用于分频。Clk_in为输入信号，Clk_out为欲输出的信号。编写程序使每200000个clk_in信号输出一个clk_out信号。b.源程序module frequent(clk_in,clk_out);input clk_in;output clk_out;reg clk_out;reg 24:0cnter;always (posedge clk_in)begin if (cnter=1) begin if(ml=0) begin mh=mh-1b1; ml=4b1001; end else ml=ml-1;endif(ch,cl=1)beginif(cl=0) begin ch=ch-1;cl=4b1001; endelse cl=cl-1;endif(mh,ml=6&ch,cl=1)/此状况为：乡村道路绿黄 begin state=0; endif(mh,ml=1&ch,cl=1)/此状况为：任何黄灯转红灯（红灯转绿灯） begin state=0; endif(mh,ml=1&ch,cl=6)/此状况为：主道路绿黄 begin mh=0;ml=0;ch=0;cl=0; state=0; endendendendelsebegin /当set为低电平时，LED：主道显示在25，乡村显示在30，主绿乡红mh,ml=8b00100101;ch,cl=8b00110000;mr,mg,my,cr,cg,cy=6b010100;endendmodule(3)LED显示模块a.功能说明 用于七段码显示，进行译码和显示。b.源程序module display(count,a,b,c,d,e,f,g,h);input 3:0count;output a,b,c,d,e,f,g,h;reg a,b,c,d,e,f,g,h;always(count)begincase (count)4b0000:a,b,c,d,e,f,g,h=8b00000011;4b0001:a,b,c,d,e,f,g,h=8b10011111;4b0010:a,b,c,d,e,f,g,h=8b00100101;4b0011:a,b,c,d,e,f,g,h=8b00001101;4b0100:a,b,c,d,e,f,g,h=8b10011001;4b0101:a,b,c,d,e,f,g,h=8b01001001;4b0110:a,b,c,d,e,f,g,h=8b01000001;4b0111:a,b,c,d,e,f,g,h=8b00011111;4b1000:a,b,c,d,e,f,g,h=8b00000001;4b1001:a,b,c,d,e,f,g,h=8b00001001;default:a,b,c,d,e,f,g,h=8b10000001;endcaseendEndmodule4、 模块和仿真波形(1) 系统设计实验图（2） 仿真波形 a.当乡村公路无车时： b.当乡村公路有车时：c.乡村公路突然没车时：5、 分析与总结通过这次实验，从对quartus语言的陌生到现在的了解，自己也能编写一些代码，这是一个不断积累的过程。对于问题的思考的过程也是不断提升的，一开始对题目的理解，我觉得突然从乡村公路无车到有车的过程，不是一个黄灯的过程，应该是先红灯再到黄灯、绿灯的过程，经过多人的探讨，才发现自己刚开始的理解存在漏洞。先测试分频计代码时，我没有选择功能仿真，而是选择了时序仿真，导致仿真图无法正确显示，多次仿真后才认识到这个错误。七段显示程序，高位一开始未置一，仿真没有问题，到下载到实验芯片时，数码管显示有小数点，在重新改了代码以后，重新下载，未有预想的结果，多次下载没有效果，更换试验箱，重新下载也没有效果，后来重新启动电脑就好了，而且每次只能下载一个代码，原因不是