基于FPGA的交通灯设计(课程设计)

草鱼草鱼草鱼FPGA综合设计实验报告草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼题目草鱼草鱼草鱼草鱼基于FPGA的交通灯控制器的设计草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼作者草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼专业草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼日期草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼2013年3月29日草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼1设计任务PORK基于FPGA的交通灯控制器的设计草鱼2设计要求PORK草鱼（1）十字路口由一条东西方向的主干道和一条南北方向的支干道构成，鲤鱼主干道和支干道均有红、PORK黄、PORK绿3种信号灯；PORK草鱼（2）保持主、PORK支干道红、PORK绿交替变换；PORK草鱼基于FPGA的交通灯控制器的设计2（3）绿灯转红灯过程中，鲤鱼先由绿灯转为黄灯，鲤鱼5秒后再由黄灯转为红灯；PORK同时对方由红灯转为绿灯；PORK草鱼（4）系统需具有复位及特殊情况紧急处理功能。草鱼草鱼（5）了解交通灯控制器的工作原理，鲤鱼完成控制器的硬件电路设计及软件设计。草鱼草鱼3总体设计方案PORK草鱼从题目中计数值与交通灯的亮灭的关系如图（1）所示。草鱼当主干道绿灯55秒和5秒黄灯过渡时，鲤鱼支干道必须禁止通行，鲤鱼即支干道红灯亮55560秒；PORK当支干道由红灯转为绿灯时，鲤鱼支干道亮55秒绿灯和5秒黄灯过渡，鲤鱼此时主干道红灯应亮55560秒。草鱼东西南北时间/S绿灯亮红灯亮55黄灯亮红灯亮5红灯亮绿灯亮55红灯亮黄灯亮5图1草鱼交通灯控制要求草鱼4硬件电路基本原理分析PORK草鱼动态LED显示的设计方法是将不同LED模块的所有的LED的驱动端一对一地连接到一起，鲤鱼而将其公共极（阴极或阳极）分别由不同的IO口来驱动（主要针对7段码和LED点阵模块）。草鱼动态显示方式主要是出于简化电路和产品成本考虑在大多数场合都可以达到用户要求。草鱼动态显示虽然占用的CPU时间多，鲤鱼但使用的硬件少，鲤鱼能节省线路板空间。草鱼草鱼另外，鲤鱼本设计显示需要使用的是4个七段显示数码管。草鱼在计时结果显示电路中，鲤鱼七段数码管显示部分是一个不容忽视的环节，鲤鱼如若处理不得当，鲤鱼可能引起系统功率过大，鲤鱼产生散热问题，鲤鱼严重时甚至会导致系统的烧毁。草鱼为了解决好以上问题，鲤鱼下面就对七段数码管显示电路做简要的分析和介绍。草鱼草鱼通常点亮一个LED所需的电流是550草鱼MA，鲤鱼通电的电流愈大，鲤鱼LED的亮度愈高，鲤鱼相对的也会使其寿命缩短。草鱼一般以10草鱼MA的导通电流来估算它所必须串联的阻值，鲤鱼其计算方式参考如图1所示。草鱼草鱼基于FPGA的交通灯控制器的设计3草鱼图1草鱼单个LED的串接电阻计算方式草鱼七段显示器可分为共阳极、PORK共阴极型两种，鲤鱼它们都可以等效成8个LED的连接电路，鲤鱼其中如图2就是共阴极型七段显示器的等效电路和每节LED的定义位置图。草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼因此，鲤鱼若要点亮七段显示器以实现一个3的数字符号并不点亮P点LED，鲤鱼则输入七段显示码是“10110000”（低电平点亮），鲤鱼而且这个码字的每个位所对应位置和如图2相同，鲤鱼顺序是“PGFEDCBA”。草鱼依此类推可得到09的显示码。草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼图2草鱼共阴极型七段显示器的LED位置定义和等效电路草鱼由于本设计的目标是设计倒计时显示系统，鲤鱼要求显示4个09的数字，鲤鱼依照图1的计算方式，鲤鱼同时点亮个七段显示器的8节LED，鲤鱼结果将需电流为10草鱼MA880草鱼MA。草鱼若再进步同时点亮4个七段显示器，鲤鱼这时所需电流为80草鱼MA4320MA。草鱼这对于一般的电子电路来说，鲤鱼是一个不小的电流，鲤鱼不但CPLDFPGA无法负荷这样的电流驱动，鲤鱼而且这个功率也太大，鲤鱼散热也是问题，鲤鱼电路容易被烧毁。草鱼因此显示电路部分不能直接实现各个计时结果同时显示，鲤鱼只能另外通过一个扫描电路对计时输出进行逐个扫描，鲤鱼使七段数码管以两个为一个组，鲤鱼逐个进行显示。草鱼只要每个扫描频率超过人的眼睛视觉暂留频率24草鱼HZ，鲤鱼就可以达到点亮两个七段数码管，鲤鱼却能享有所有七段数码管同时显示的视觉效果，鲤鱼而且显示也不致闪烁抖动，鲤鱼从而间接实现计时结果同时显示。草鱼故输入除了四个十进制数外，鲤鱼还需要1KHZ的时钟信号进行扫描显示。草鱼草鱼对于输出，鲤鱼则需要设置一个片选信号（高电平选中），鲤鱼如下图所示草鱼要点亮4个数码显示灯则需要4位的片选信号，鲤鱼即如右图所示的LEDOUT30，鲤鱼在1KHZ的时钟频率扫描下即可显示出主干道和支干道的倒计时数。草鱼草鱼5原理图PORK草鱼基于FPGA的交通灯控制器的设计4草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼北草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼西草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼东草鱼草鱼草鱼图2草鱼交通灯实物模仿图草鱼草鱼草鱼图3草鱼系统模块图草鱼草鱼草鱼6软件设计原理分析，鲤鱼流程图PORK草鱼本实验仿真应用的是QUARTUS软件的内部仿真程序，鲤鱼按照QUARTUS草鱼II的仿真流程进行仿真。草鱼对于系统的分频模块、PORK显示模块、PORK控制模块等进行模拟仿真，鲤鱼验证程序的正确性。草鱼然后对交通灯的程序进行系统仿真，鲤鱼找出其中的问题，鲤鱼进行修改，鲤鱼重新调试，鲤鱼直至成功为止。草鱼草鱼基于FPGA的交通灯控制器的设计5草鱼图4程序流程图草鱼7仿真波形及结果分析PORK草鱼1分频器的仿真PORK草鱼由于分频器将50MHZ的时钟信号分频为1HZ的时钟信号仿真时耗时大，鲤鱼故仿真时采用100NS时钟并进行分频，鲤鱼END草鱼TIME设为100MS，鲤鱼耗时5MIN左右。草鱼仿真结果如下PORK草鱼基于FPGA的交通灯控制器的设计6草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼仿真波形1草鱼草鱼仿真波形2草鱼基于FPGA的交通灯控制器的设计7草鱼仿真波形3草鱼2结果仿真PORK草鱼主干道显示45秒支干道显示40秒时，鲤鱼草鱼草鱼主干道显示44秒支干道显示39秒时，鲤鱼草鱼草鱼主干道显示43秒支干道显示38秒时，鲤鱼草鱼基于FPGA的交通灯控制器的设计8草鱼主干道显示42秒支干道显示37秒时，鲤鱼草鱼草鱼8下载调试结果分析PORK草鱼对设计的硬件电路进行管脚分配，鲤鱼按照分配的管脚进行连线，鲤鱼然后经功能仿真测试，鲤鱼最终符合预期结果，鲤鱼程序设计正确。草鱼草鱼9总结PORK草鱼通过这次实验，鲤鱼我对FPGA草鱼这学科有了更刻的认识，鲤鱼以前学的知识只是一点皮毛，鲤鱼只有真正的实践才能学到更深刻的东西。草鱼对于我们微电学子学这一专业，鲤鱼FPGA的学习对我们十分重要。草鱼草鱼QUARTUSII软件的应用在这次的实验中起着很重要的作用，鲤鱼以前没有接触到这一软件，鲤鱼对其很陌生，鲤鱼这次的实验让我真正了解到这一软件的功能的强大。草鱼这次试验使我学会了QUARTUSII的使用流程，鲤鱼对于其中的很多东西颇有兴趣，鲤鱼以后会更加努力学习之一软件。草鱼草鱼在我们三人一组的共同努力下，鲤鱼为其三周的时间，鲤鱼基于FPGA的交通灯设计圆满完成。草鱼这体现了团队合作的重要作用。草鱼其中的酸甜苦辣别有一番滋味，鲤鱼但最终还是苦尽甘来草鱼，鲤鱼我觉得很有成就感。草鱼草鱼11附件PORK草鱼程序代码PORK草鱼LIBRARY草鱼IEEEPORK草鱼草鱼基于FPGA的交通灯控制器的设计9USE草鱼IEEESTD_LOGIC_1164ALLPORK草鱼USE草鱼IEEESTD_LOGIC_ARITHALLPORK草鱼草鱼USE草鱼IEEESTD_LOGIC_UNSIGNEDALL草鱼ENTITY草鱼JIAOTONGDENG草鱼IS草鱼草鱼PORTCLK1IN草鱼STD_LOGICPORK草鱼草鱼草鱼RSTIN草鱼STD_LOGICPORK草鱼草鱼草鱼HOLD1IN草鱼STD_LOGICPORK草鱼草鱼草鱼SEGOUT2OUT草鱼STD_LOGIC_VECTOR7草鱼DOWNTO草鱼0PORK草鱼草鱼草鱼LED_SEL1OUT草鱼STD_LOGIC_VECTOR3草鱼DOWNTO草鱼0PORK草鱼草鱼草鱼REDA1,YELLOWA1,GREENA1OUT草鱼STD_LOGICPORK草鱼草鱼草鱼REDB1,YELLOWB1,GREENB1OUT草鱼STD_LOGICPORK草鱼草鱼END草鱼JIAOTONGDENGPORK草鱼草鱼ARCHITECTURE草鱼BEHAVIORAL草鱼OF草鱼JIAOTONGDENG草鱼IS草鱼草鱼COMPONENT草鱼FREDECIDER草鱼草鱼草鱼PORT草鱼草鱼草鱼CLKIN草鱼STD_LOGICPORK草鱼草鱼草鱼RST草鱼IN草鱼STD_LOGICPORK草鱼草鱼草鱼CLKOUTOUT草鱼STD_LOGICPORK草鱼草鱼END草鱼COMPONENTPORK草鱼草鱼COMPONENT草鱼COUNTROLLER草鱼草鱼PORT草鱼CLOCKIN草鱼STD_LOGICPORK草鱼草鱼草鱼HOLDIN草鱼STD_LOGICPORK草鱼草鱼草鱼COUNTNUMIN草鱼INTEGER草鱼RANGE草鱼0草鱼TO草鱼119PORK草鱼草鱼草鱼NUMA,NUMBOUT草鱼INTEGER草鱼RANGE草鱼0草鱼TO草鱼60PORK草鱼草鱼草鱼REDA,GREENA,YELLOWAOUT草鱼STD_LOGICPORK草鱼草鱼草鱼REDB,GREENB,YELLOWBOUT草鱼STD_LOGICPORK草鱼草鱼END草鱼COMPONENTPORK草鱼草鱼COMPONENT草鱼COUNTER草鱼草鱼PORT草鱼CLOCKIN草鱼STD_LOGICPORK草鱼草鱼草鱼HOLDIN草鱼STD_LOGICPORK草鱼草鱼基于FPGA的交通灯控制器的设计10草鱼COUNTNUMBUFFER草鱼INTEGER草鱼RANGE草鱼0草鱼TO草鱼120PORK草鱼草鱼END草鱼COMPONENTPORK草鱼草鱼COMPONENT草鱼FENWEI草鱼草鱼PORT草鱼草鱼NUMINA,NUMINBIN草鱼INTEGER草鱼RANGE草鱼0草鱼TO草鱼120PORK草鱼草鱼NUMA,NUMB,NUMC,NUMDOUT草鱼INTEGER草鱼RANGE草鱼0草鱼TO草鱼9草鱼草鱼PORK草鱼草鱼END草鱼COMPONENTPORK草鱼草鱼COMPONENT草鱼DTSM草鱼草鱼PORTCLKIN草鱼STD_LOGICPORK草鱼草鱼草鱼NUMA,NUMB,NUMC,NUMD草鱼IN草鱼INTEGER草鱼RANGE草鱼0草鱼TO草鱼9PORK草鱼草鱼SEGOUT1OUT草鱼STD_LOGIC_VECTOR7草鱼DOWNTO草鱼0PORK草鱼草鱼LED_SEL草鱼OUT草鱼STD_LOGIC_VECTOR3草鱼DOWNTO草鱼0PORK草鱼草鱼END草鱼COMPONENTPORK草鱼草鱼SIGNAL草鱼B,RST1STD_LOGICPORK草鱼草鱼SIGNAL草鱼CINTEGER草鱼RANGE草鱼0草鱼TO草鱼119PORK草鱼草鱼SIGNAL草鱼D,NINTEGER草鱼RANGE草鱼0草鱼TO草鱼120PORK草鱼草鱼SIGNAL草鱼E,F,G,HINTEGER草鱼RANGE草鱼0草鱼TO草鱼9PORK草鱼草鱼BEGIN草鱼草鱼U1草鱼FREDECIDER草鱼PORT草鱼MAPCLKCLK1,RSTRST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