交通灯控制器EDA设计报告

交通灯控制器设计报告姓名：学号： 一、概述在十字路口，每条道路各有一组红、黄、绿灯和倒计时显示器，用以指挥车辆和行人有序地通行。其中，红灯（R）亮，表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮，表示停车；绿灯（G）亮，表示可以通行。倒计时显示器是用来显示允许通行和禁止通行地时间。交通灯控制器就是用来自动控制十字路口的交通灯和计时器，指挥各种车辆和行人安全通行。二、功能要求（1）在十字路口的两个方向上各设一组红、绿、黄灯，显示顺序为其中一方向（东西方向）是绿灯、黄灯、红灯；另一方向（南北方向）是红灯、绿灯、黄灯。（2）设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行的时间，其中绿灯、黄灯、红灯的持续时间分别是20s、5s和25s。（3）当各条路上任意一条上出现特殊情况时，如当消防车、救护车或其他需要优先放行的车辆通过时，各方向上均是红灯亮，倒计时停止，且显示数字在闪烁。当特殊运行状态结束后，控制器恢复原来状态，继续正常运行。三、功能设计交通灯用以指挥车辆和行人有序地通行，在功能上要实现红黄绿灯之间状态变换、计时设置和紧急情况三大功能。3.1红黄绿灯之间状态变换对于十字路口两个方向上的交通灯，要保证一条道路通行另一条禁止，同时还要考虑黄灯到红灯的变换，因此一共有四个状态，即南北红东西绿、南北红东西黄、南北绿东西红、南北黄东西红。 3.2计时设置根据要求，绿灯、黄灯、红灯的持续时间分别是20s、5s和25s，对应到3.1中的四个状态分别持续时间为20s、5s、20s、5s。3.3紧急情况当各条路上任意一条上出现特殊情况时，各方向上均是红灯亮，倒计时停止，且显示数字在闪烁。综上分析，可得如下循环图：东西20s南北20s东西20s南北20s南北5s东西5s南北5s东西5s南北红东西绿南北黄东西红南北绿东西红南北红东西黄南北20图1功能状态循环图四、功能模块设计根据3节中的功能设计，要实现交通灯的控制需要5个功能模块，分别为4M分频器，数码管译码器，交通灯控制器以及计时器。4.1 4M分频器由于引脚选用4M时钟，而计时单位为秒，需要对时钟信号进行4M分频处理，编译后生成4M分频器如下图：图2 4M分频器4.2数码管译码器输出时间为16进制数，要在数码管上显示需设计数码管译码器对其进行译码，编译后生成数码管译码器如下图：图3 数码管译码器4.3 交通灯控制器为完成四个状态之间的循环，需交通灯控制器通过时钟信号的变化来完成状态循环的功能，编译后生成交通灯控制器如下图：图4 交通灯控制器4.4 计时器计时器不仅要完成倒计时功能，还要随状态的变化而改变其倒计时时间，编译后生成计时器如下图：图5 计时器五、引脚设置针对EP1C6Q240C8芯片，引脚设置如下：图6 引脚设置六、元器件连接根据4、5节中的内容，将元器件连接，如下图：图7 交通灯控制器原理图七、波形仿真分析在clc上升沿，tim2计数到达01，此时改变状态，主道路的路灯熄灭，黄灯点亮，从道路的红灯保持不变，持续5秒并计数。Reset置1后开始进入计数状态，并随着时钟上升沿改变状态。在clc上升沿，tim1和tim2计数都达到01，此时改变状态，主道路黄灯熄灭红灯点亮，从道路红灯熄灭绿灯点亮。并开始计数。emg为紧急情况的开关，在紧急情况下，将emg置0，此时主动道路都变为红灯，且计数器停止计数，保持原计数时间并闪烁。紧急情况排除后，emg恢复置1，此时恢复紧急状况之前的状态，并继续计数。八、 程序代码8.1 4M分频器LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL ; - 运算符重载ENTITY cnt4M IS PORT ( ena,clr,d_ctr,clk : IN STD_LOGIC ; q : OUT STD_LOGIC_VECTOR( 21 DOWNTO 0 );co:outstd_logic ) ; END ENTITY cnt4M; ARCHITECTURE bhv OF cnt4M ISSIGNAL q1 : STD_LOGIC_VECTOR(21 DOWNTO 0 ); BEGIN q = q1 ; PROCESS (clk,clr,ena,d_ctr) BEGIN IF clr=0 THEN q10); ELSIF clkEVENT AND clk = 1 THEN IF ena=1 THEN IF d_ctr=1 THEN IF q1 = THEN q1 0); ELSE q1=q1+1; END IF; ELSIF q1= THEN q11); ELSE q1=q1-1; END IF; END IF ; END IF; END PROCESS ;PROCESS(q1) BEGIN IF q1= THENco=1; ELSEco LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S NULL ; END CASE ; END PROCESS ;END ;8.3 交通灯控制器LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY jtd ISPORT(clk,emg:IN STD_LOGIC;-输入时钟,复位,状态 COUNT1,COUNT2:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);-计时器 MG,MY,MR,CG,CY,CR:OUT STD_LOGIC);-输出信号,控制各种灯END jtd;ARCHITECTURE behav OF jtd IS TYPE jtdSTATEIS(mrcg,mrcy,mgcr,mycr); SIGNAL STATE:jtdSTATE;BEGINPROCESS(STATE,clk,emg)-RESET, S BEGIN - IF RESET=1 THEN STATE=mgcr;MG=1;CR=1;MY=0;MR=0;CG=0;CY=0; -ELS IF clkEVENT AND clk=1 then IF emg=1 THEN MY=0;CR=1;MG=0;MR=1;CG=0;CYIF COUNT1= AND COUNT2=THEN STATE=mrcy;MY=0;CR=0;MG=0;MR=1;CG=0;CY=1; ELSE STATE=mrcg;MG=0;CR=0;MY=0;MR=1;CG=1;CYIF COUNT1= AND COUNT2=THEN STATE=mgcr;MR=0;CG=0;MG=1;MY=0;CR=1;CY=0; ELSE STATE=mrcy;MY=0;CR=0;MG=0;MR=1;CG=0;CYIF COUNT2= AND COUNT1=THEN STATE=mycr;MR=0;CY=0;MY=1;MG=0;CR=1;CG=0; ELSE STATE=mgcr;MR=0;CG=0;MG=1;MY=0;CR=1;CYIF COUNT1= AND COUNT2=THEN STATE=mrcg;MG=0;CR=0;MR=1;MY=0;CY=0;CG=1; ELSE STATE=mycr;MR=0;CY=0;MY=1;MG=0;CR=1;CG=0; END IF; END CASE; END IF; END IF; END PROCESS; END behav;8.4 计时器LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY JISHU ISPORT(clk,RESET,emg:IN STD_LOGIC; tim1,tim2:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);END JISHU;ARCHITECTURE behav OF JISHU IS TYPE RGY IS(mrcg,mrcy,mgcr,mycr); SIGNAL STATE:RGY;BEGINPROCESS(clk,RESET,emg)-,RESET VARIABLE a1:STD_LOGIC:=0; VARIABLE a2:STD_LOGIC:=0; VARIABLE a3:STD_LOGIC:=0; VARIABLE a4:STD_LOGIC:=0; VARIABLE b:STD_LOGIC:=0; VARIABLE timmh:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); VARIABLE timml:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); VARIABLE timch:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); VARIABLE timcl:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); VARIABLE mth,mtl,cth,ctl:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGIN IF clkEVENT AND clk=1 THEN IF RESET=1 THEN STATE -IF S=1 AND b=1 THEN STATE=mycr;a:=0;th:=0000;tl:=0100;b:=0; -ELSIF S=0 AND b=1 THEN STATE=mgcr;a:=1;th:=0000;tl:=0001; -ELSE IF a1=1 THEN mth:=0010;mtl:=0101;cth:=0010;ctl:=0000;a1:=0;timmh:=mth; timml:=mtl; timch:=cth; timcl:=ctl; -25秒,20秒else IF NOT(cth=0000 AND ctl=0010) then IF mtl=0000 thenmtl:=1001;mth:=mth-1;timmh:=mth; timml:=mtl; timch:=cth; timcl:=ctl; elsemtl:=mtl-1;timmh:=mth; timml:=mtl; timch:=cth; timcl:=ctl; END IF; -IF NOT(cth=0000 AND ctl=0010) then IF ctl=0000 thenctl:=1001;cth:=cth-1;timmh:=mth; timml:=mtl; timch:=cth; timcl:=ctl; elsectl:=ctl-1;timmh:=mth; timml:=mtl; timch:=cth; timcl:=ctl; END IF; ELSE mth:=0000;mtl:=0110;cth:=0000;ctl:=0001;STATE IF a2=1 THEN cth:=0000;ctl:=0101;mth:=0000;mtl:=0101;a2:=0;timmh:=mth; timml:=mtl; timch:=cth; timcl:=ctl; -5秒else IF NOT(cth=0000 AND ctl=0010 ) thenctl:=ctl-1;mtl:=mtl-1;timmh:=mth; timml:=mtl; timch:=cth; timcl:=ctl; ELSE cth:=0000;ctl:=0001;mth:=0000;mtl:=0001;a3:=1;STATE-IF S=1 THEN IF a3=1 THEN mth:=0010;mtl:=0000;cth:=0010;ctl:=0101;a3:=0;timmh:=mth; timml:=mtl; timch:=cth; timcl:=ctl; -20秒else IF NOT(mth=0000 AND mtl=0010) then IF mtl=0000 thenmtl:=1001;mth:=mth-1;timmh:=mth; timml:=mtl; timch:=cth; timcl:=ctl; elsemtl:=mtl-1;timmh:=mth; timml:=mtl; timch:=cth; timcl:=ctl; END IF; -IF NOT(cth=0000 AND ctl=0010) then IF ctl=0000 thenctl:=1001;cth:=cth-1;timmh:=mth; timml:=mtl; timch:=cth; timcl:=ctl; elsectl:=ctl-1;timmh:=mth; timml:=mtl; timch:=cth; timcl:=ctl; END IF; ELSE cth:=0000;ctl:=0110;mth:=0000;mtl:=0001;STATE=mycr;a4:=1;timmh:=mth; timml:=mtl; timch:=cth; timcl:=ctl; -6.1 END IF; END IF; -ELSE a:=0;STATEIF a4=1 THEN mth:=0000;mtl:=0101;cth:=0000;ctl:=0101;a4:=0;timmh:=mth; timml:=mtl; timch:=cth; timcl:=ctl; -4秒else IF NOT(ct