十字路口交通灯信号控制器设计.doc

数字集成电路实验报告班级 ：0220905姓名： 王翔学号：20092110062012年6月4日课程设计实验报告班级 ：0220905姓名： 王翔学号：20092110062012年6月4日十字路口交通灯信号控制器设计一 设计要求为一条主干道和一条支干道汇合成的十字路口设计一个交通信号灯控制器。主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许支干道通行。主、支干道均有车时，两者交替允许通行。 在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮黄灯作为过渡。二 设计思路和原理本次设计是针对十字路口，进行南北和东西直行情况下交通灯控制。设定东西方向为主干道方向，根据交通灯的亮的规则，在初始状态下四个方向的都为红灯亮启，进入正常工作状态后，当主干道上绿灯亮时，支干道上红灯亮，持续35S后，主干道和支干道上的黄灯都亮启，持续5S后，主干道上红灯亮启，支干道上绿灯亮启持续25S，之后主干道和支干道上的黄灯都亮启5s，一个循环完成。循环往复的直行这个过程。三 状态机设计根据设计原理，交通灯控制的关键是各个状态之间的转换和进行适当的时间延时，根据状态机的设计规范，本次设计了三个状态之间的循环转化，其真值表及状态转化图如下所示：图2.交通灯控制状态转化说明：该状态图为交通灯在正常情况下的状态转化图，进入控制后，状态00时主干道绿灯及支干道红灯亮起，进入状态01后两路黄灯亮起，状态11时主干道红灯及支干道绿灯亮起。进入10状态两路黄灯亮起。结束一个循环，从00状态重新开始循环。为实现控制与显示的功能，需要设计交通灯点亮顺序控制程序，倒数计时程序，七段数码管显示程序，数码管显示扫描程序，其系统结构图如下所示：倒数计时二极管点亮控制时钟分频数码管七段数码管显示红、黄、绿发光二极管显示rstclkhold1KHz1Hz1Hz四 具体设计根据整体设计要求，编写各个功能部分Verilog HDL程序，设置各输入输出变量说明如下clk： 为计数时钟；en： 使能信号，为1 的话，则控制器开始工作；rst： 复位信号，为1的话，控制及技术回到初始状态；hoid：特殊情况控制信号，为1的话，则两个方向无条件显示为红灯；light1： 控制主干道方向四盏灯的亮灭；其中，light10light2，分别控制主干道方向的绿灯、黄灯和红灯；light2： 控制支干道方向四盏灯的亮灭；其中，light20 light22，分别控制支干道方向的绿灯、黄灯和红灯；num1： 用于主干道方向灯的时间显示，8 位，可驱动两个数码管；num2： 用于支干道方向灯的时间显示，8 位，可驱动两个数码管；如输入输出及中间变量设置下：module traffic(en,clk,rst,hold,num1,num2,light1,light2);input en,clk,rst,hold;output7:0 num1,num2;output2:0 light1,light2;reg tim1,tim2;reg1:0state1,state2,ste;reg2:0light1,light2;reg3:0num;reg 7:0 sum=0;reg7:0 num1,num2;reg7:0 red1,red2,green1,green2,yellow1,yellow2;1. 二极管点亮控制该部分程序的作用是根据计数器的计数值控制发光二极管的亮、灭，以及输出倒计时数值给七段数码管的译码电路。此外，当检测到特殊情况（hold=1）发生时，无条件点亮红灯的二极管，当检测到复位信号，两个方向计数与控制回复到00状态。因为主、支干道两个方向二极管点亮的顺序与延迟时间不同，顾编写两个独立的部分来控制，具体程序如下：1）主干道方向always (posedge clk )begin if(rst) /复位与特殊情况控制 begin light1=3b001; num1=green1; end else if(hold) begin light1=3b100; num1=green1; end else if(en) begin /使能有效开始控制计数 if(!tim1) / begin /主干道交通灯点亮控制 tim1=1; case(state1) 2b00:begin num1=green1;light1=3b001;state1=2b01;end 2b01:begin num1=yellow1;light1=3b010;state1=2b11;end 2b11:begin num1=red1;light1=3b100;state1=2b10;end 2b10:begin num1=yellow1;light1=3b010;state1=2b00;end default:light1=3b100; endcase end2）支干道方向 always (posedge clk )begin if(rst) /复位与特殊情况控制 begin light2=3b100; num2=red2; end else if(hold) begin light2=3b100; num2=red2; end else if(en) begin if(!tim2) begin tim2=1; case(state1) 2b00:begin num2=red2;light2=3b100;state2=2b01;end 2b01:begin num2=yellow1;light2=3b010;state2=2b11;end 2b11:begin num2=green2;light2=3b001;state2=2b10;end 2b10:begin num2=yellow2;light2=3b010;state2=2b00;end default:light20) if(num13:0=0) begin num13:0=4b1001; num17:4=num17:4-1; end else num13:0=num13:0-1; if(num1=1) tim1=0; end end else begin light1=3b010; num1=2b00; tim1=0; end end五 仿真与硬件调试在Quarturs软件下创建工程，新建编辑设计文件，将程序输入，整体编译后，新建波形仿真文件。设置仿真时间，时钟周期，输入输出端口，进行波形仿真。具体仿真波形图及说明如下所示：仿真截止时间：100us； 时钟：clk 1us正常工作时波形仿真图图形说明当rst输入高电平时，在时钟上升沿控制下，计数与控制都回到00状态，即light1=001，light2=100，计数器num1和num2从“00110101”开始递减计数。完成时序仿真确认无误后，进行实验箱管脚设置，注意设置完成后一定要再进行一次全局仿真，使程序真正对应于硬件输出输出。具体连接说明如下所示输入变量：rst、clk、hold、en其中en，hold，rst接”0-1”拨码开关，以稳定的输出可变化的电平。计数时钟clk接实验箱上1Hz时钟。输出变量：light12:0、light22:0、num1,num2其中light10 、light20分别接绿色的发光二极管；light11、light21 分别接黄色的发光二极管；light12、light22分别接红色的发光二极管。num1,num2分别接两个七段数码管。完成接线后将程序烧写到芯片上，开始功能调试。分辨改变使能信号，复位信号以及特殊情况信号，观察数码管以及发光二级管情况，实物照片如下所示：六 实验总结在设计中采用V erilog HDL语言设计交通灯控制系统, 借助其功能强大的语言结构, 简明的代码描述复杂控制逻辑设计, 与工艺无关特性, 在提高工作效率的同时达到求解目的, 并可以通过V erilog HDL 语言的综合工具进行相应硬件电路生成, 具有传统逻辑设计方法所无法比拟的优越性。完成仿真后进行，进行试验箱上的硬件调试，该步骤主要是要求细心，按照引脚清单，逐一完成连线，本次设计用到两个时钟输入，注意一定要选择合适频率的时钟，以便达到期望的效果。注意观察实物的现象，看是否满足设计要求，不满足时检查是硬件问题还是程序问题，如果是程序问题，在修改完之后必须要重新编译，重新烧入。不断排查错误，直至达到满意的效果。通过这次课程设计，熟悉了简单EDA设计的整个流程，加深了对Verilog HDL硬件描述语言的理解，提高了动手能力，并且锻炼了自己的耐心，收获颇丰，我会把在本次课程设计中学到的东西应用到今后的工作学习中。最后感谢同学及老师提供的帮助与指导。七 参考资料1 夏宇闻. 复杂数字电路与系统的V erilog HDL设计技术 M .北京: 北京航空航天大学出版社, 1998 2 郭梯云. 移动通信M . 西安: 西安电子科技大学出版社, 1995 3 法M ichelMouly, M arie Bernadet te Pautet1GSM 数字移动通信系统M . 骆健霞, 顾龙信, 徐云霄译. 北京: 电子工业出版社, 1996 4 张毅刚, 乔立岩. 虚拟仪器软件开发环境L abW indow sCV I 610 编程指南M . 北京: 机械工业出版社, 20025 刘国权.GSM 手机的测试J .中国无线电管理, 20036 俞定玖, 刘湘慧. GSM 数字蜂窝移动交换系统测试J . 电信科学,