电子技术课程设计1.doc

电子技术课程设计十字交通灯一 课题要求 1 南北方向绿灯30s，东西方向20s，黄灯间隔时间5s，且可显示当前时间 2 转向灯控制时间一律为20s 3 对1和2中时间均可程序外控制。二 课题分析 南北方向为绿灯时，东西方向为红灯，当30秒后，南北方向变为黄灯，东西方向仍然为红灯；再过5秒，南北方向变为红灯，东西方向产生20秒的绿灯和5秒的黄灯。此过程共用去30+5+20+5=60秒。接着四个方向的转向灯斜对称，各产生20秒的转向绿灯，共用去20*4=80秒，故十字交通灯一个循环用费时140秒。这就是十字交通灯的工作过程。（题中各时间可通过按键修改）三 设计思路共12个灯。每个方向的中间的灯作为直路交通灯，有红黄绿三种颜色，南北对称，东西对称。每个方向两边的灯为转向灯，有红绿两种颜色，南北斜对称，东西斜对阵，红灯不可转向，绿灯可转向。 以此为依据，以时间的顺序完成十字交通灯的内容，具体程序可见各模块详解。四 系统流程图计数器计数从0到TG1，东西方向中间绿灯，南北方向中间红灯从TG1到TY1，东西方向中间黄灯，南北方向中间红灯从T到，东西方向红灯，南北方向绿灯从到，东西方向红灯，南北方向黄灯从TY到、T1到T2、T2到T3、T3到140，转向灯从第一到第四依次变为绿灯，南北、东西方向中间均为红灯。计数器清零 五 模块分析1 计数模块LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY COUNTER ISPORT(CLOCK:IN STD_LOGIC; RESET:IN STD_LOGIC; COUNT:BUFFER INTEGER RANGE 0 TO 139); 以140为周期END; 的计数器ARCHITECTURE ONE OF COUNTER IS BEGINPROCESS(CLOCK) BEGINIF RESET=1THENCOUNT=0;ELSIF RISING_EDGE(CLOCK) THEN IF COUNT=139 THEN COUNT=0; ELSE COUNT=30 THEN M1=30; 分情况将输 M2=20 THEN M1=2; M2=10 THEN M1=1; M2=INPUT-10; ELSE M1=0; M2=INPUT; END IF; END IF; END PROCESS; SEC1=M1; SEC2OUTPUTOUTPUTOUTPUTOUTPUTOUTPUTOUTPUTOUTPUTOUTPUTOUTPUTOUTPUTOUTPUT=0000000; END CASE; END PROCESS;END;此部分主要完成将各灯剩余秒数在七段译码显示器上显示。以下为仿真波形：上图反映了输入为0到9时七段译码显示器的输出，由七段译码的原理可知输出显示正确。3 控制模块LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY CONTROLLER ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC; INPUT:IN INTEGER RANGE 0 TO 139; TG1: IN INTEGER RANGE 0 TO 139; TY1: IN INTEGER RANGE 0 TO 139; TG2: IN INTEGER RANGE 0 TO 139; 定义时间变量 TY2: IN INTEGER RANGE 0 TO 139; （变量含义参照下项引脚说明） T1: IN INTEGER RANGE 0 TO 139; T2: IN INTEGER RANGE 0 TO 139; T3: IN INTEGER RANGE 0 TO 139; R1:OUT STD_LOGIC; R2:OUT STD_LOGIC; Y1:OUT STD_LOGIC; Y2:OUT STD_LOGIC; G1:OUT STD_LOGIC; 定义各灯变量 G2:OUT STD_LOGIC; TURN1:OUT STD_LOGIC; TURN2: OUT STD_LOGIC; TURN3: OUT STD_LOGIC; TURN4: OUT STD_LOGIC; REMAIN1:OUT INTEGER RANGE 0 TO 35; REMAIN2:OUT INTEGER RANGE 0 TO 35); 定义剩余时间变量END;ARCHITECTURE ONE OF CONTROLLER IS SIGNAL M1,M2:INTEGER RANGE 0 TO 35; BEGIN PROCESS(CLK,INPUT) BEGIN IF FALLING_EDGE(CLK) THEN 时钟下降沿触发 IF INPUT=TG1 THEN TURN1=0; 时间为0到TG1时，转向灯 TURN2=0; 为红灯，东西方向绿灯，南北方 TURN3=0; 为红灯。 TURN4=0; M1=TG1-INPUT; M2=TY1-INPUT; R1=0; Y1=0; G1=1; R2=1; Y2=0; G2=0; ELSIF INPUT=TY1 THEN M1=TY1-INPUT; M2=TY1-INPUT; 时间为TG1到TY1时，东西方 R1=0; 向为黄灯，南北方向为红灯。 Y1=1; G1=0; R2=1; Y2=0; G2=0; ELSIF INPUT =TG2 THEN M1=TY2-INPUT; 时间为TY1到TG2时，东西方 M2=TG2-INPUT; 向为红灯，南北方向为绿灯。 R1=1; Y1=0; G1=0; R2=0; Y2=0; G2=1; ELSIF INPUT=TY2 THEN M1=TY2-INPUT; 时间为TG2到TY2时，东西 M2=TY2-INPUT; 方向为红灯，南北方向为绿灯 R1=1; Y1=0; G1=0; R2=0; G2=0; Y2=1; ELSIF INPUT=T1 THEN TURN1=1; TURN2=0; 时间为TY2到T1时，第一转 TURN3=0; 向灯绿，其余转向灯为红灯， TURN4=0; 四个方向中间灯为红灯。 R1=1; R2=1; G1=0; G2=0; Y1=0; Y2=0; ELSIF INPUT=T2 THEN TURN1=0; 时间为T1到T2时，第二转向 TURN2=1; 灯为绿灯。 TURN3=0; TURN4=0; ELSIF INPUT=T3 THEN TURN1=0; 时间为T2到T3时，第三转向 TURN2=0; 灯为绿灯。 TURN3=1; TURN4=0; ELSE TURN1=0; 时间为T3到139时，第四转向 TURN2=0; 灯为绿灯。 TURN3=0; TURN4=1; END IF; END IF;END PROCESS;REMAIN1=M1;REMAIN2=M2;END;以下为控制模块的原件图引脚说明：CLK：时钟信号 INPUT：计数器输入秒数 TG1：东西方向中间绿灯时间 TY1：东西方向中间黄灯时间 TG2：南北方向中间绿灯时间 TY2：南北方向中间黄灯时间 T1： 第一转向灯绿灯时间 T2： 第二转向灯绿灯时间 T3： 第三转向灯绿灯时间 T4： 第四转向灯绿灯时间（以上时间都是顺序执行，以计数器为标准，如从0开始 到TG1为东西方向中间绿灯时间，TG1到TY1为东西 方向中间黄灯时间，以此类推）R1、Y1、G1分别为东西方向中间红灯、黄灯、绿灯，1为亮，0为灭R2、Y2、G2分别为南北方向中间红灯、黄灯、绿灯，1为亮，0为灭 TURN1、TURN2、TURN3、TURN4为四对两两斜对称的交通灯 REMAIN1、REMAIN2分别为东西方向、南北方向中间灯的剩余时间。 控制模块仿真，加入计数器，原理图如下：仿真波形：此处仿真CLK时钟信号均用周期200ns。1如图所示，从100ns开始，随着CLK脉冲的变化，从200ns到4.2us，G1为1，Y1、R1为0，说明东西方向中间绿灯亮，亮灯时间20s,REMAIN1从19开始倒计时；R2为1，Y2、G2为0，说明南北方向中间红灯亮，亮灯时间25秒，REMAIN2开始从24倒计时。从4.2us到5.2us，Y1为1，R1、G1为0，说明东西方向黄灯亮，亮灯时间为5s；R2为1，Y2、G2为0，南北方向继续红灯。2从5.2us开始到11.2us,R1为1，G1、Y1为0，说明东西方向中间红灯亮，从34开始计时；G2为1，Y2、R2为0，说明南北方向绿灯亮，从30开始计时。从11.2us到12.2us，R1为1，G1、Y1为0，说明东西方向中间红灯亮，Y2为1，G2、R2为0，说明南北方向黄灯亮，持续时间为5秒。3 从12.2us到16.2us，R1=1，G1、Y1为0，东西方向中间红灯亮，R2=1，G2、Y2为0，南北方向中间红灯亮；TURN1为1，TURN2、TURN3、TURN4为0，第一转向灯为绿灯，其余转向灯为红灯。从16.2us到20.2us，R1=1，G1、Y1为0，东西方向中间红灯亮，R2=1，G2、Y2为0，南北方向中间红灯亮；TURN2为1，TURN1、TURN3、TURN4为0，第二转向灯为绿灯，其余转向灯为红灯。从20.2us到24.2us，R1=1，G1、Y1为0，东西方向中间红灯亮，R2=1，G2、Y2为0，南北方向中间红灯亮；TURN3为1，TURN1、TURN2、TURN4为0，第三转向灯为绿灯，其余转向灯为红灯。从24.2us到28.2us，R1=1，G1、Y1为0，东西方向中间红灯亮，R2=1，G2、Y2为0，南北方向中间红灯亮；TURN4为1，TURN1、TURN2、TURN3为0，第四转向灯为绿灯，其余转向灯为红灯。4 修改时间模块LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY TIMER ISPORT(CLOCK:IN STD_LOGIC; COUNT:BUFFER INTEGER RANGE 0 TO 130);END;ARCHITECTURE ONE OF TIMER IS BEGINPROCESS(CLOCK) BEGIN IF RISING_EDGE(CLOCK) THEN IF COUNT=130 THEN COUNT=0; ELSE COUNT=COUNT+1; END IF;END IF;END PROCESS;END;此模块通过计数功能更改各时间变量，达到修改各灯亮灯时间的效果该模块仿真时利用控制模块加修改时间模块，通过按键修改时间变量达到修改亮灯时间，以下为仿真原理图。仿真波形如下此过程为通过按键修改各时间变量值的仿真波形，由图可知TG1为15，TY1为21，TG2为37，TY2为40，T1为65，T2为90，T3为115，达到修改交通灯亮灯间的效果。具体执行情况请见系统仿真说明。六 系统原理图及仿真系统仿真波形题目预设时间仿真波形及解释请参照模块分析中的控制模块。更改时间后的系统仿真波形如下（修改时间部分波形请参考修改时间模块）1如图所示，从23.4us开始，随着CLK脉冲的变化，从23.4us到26.4us，G1为1，Y1、R1为0，说明东西方向中间绿灯亮，亮灯时间15s,REMAIN1从14开始倒计时；R2为1，Y2、G2为0，说明南北方向中间红灯亮，亮灯时间21秒，REMAIN2开始从20倒计时。从26.4us到27.6us，Y1为1，R1、G1为0，说明东西方向黄灯亮，亮灯时间为6s,从5开始倒计时；R2为1，Y2、G2为0，南北方向继续红灯。2从27.6us开始到30.8us,R1为1，G1、Y1为0，说明东西方向中间红灯亮，从19开始计时；G2为1，Y2、R2为0，说明南北方向绿灯亮，持续时间为16秒。从30.8us到31.4us，R1为1，G1、Y1为0，说明东西方向中间红灯亮，Y2为1，G2、R2为0，说明南北方向黄灯亮，持续时间为3秒。3从31.4us到36.4us，R1=1，G1、Y1为0，东西方向中间红灯亮，R2=1，G2、Y2为0，南北方向中间红灯亮；TURN1为1，TURN2、TURN3、TURN4为0，第一转向灯为绿灯，其余转向灯为红灯，持续时间为25秒。从36.4us到41.4us，R1=1，G1、Y1为0，东西方向中间红灯亮，R2=1，G2、Y2为0，南北方向中间红灯亮；TURN2为1，TURN1、