桂林电子科技大学EDA实训——交通灯控制电路的设计

1、 桂林电子科技大学信息科技学院EDA技术及应用实训报告学 号 1252310106 姓 名 陈 力 指导教师：李德明2014 年 4 月 29 日交通灯控制电路的设计1 系统设计1.1 设计要求1.1.1 设计任务 用EDA实训仪上的4只八段数码管分别显示道路东西和南北通行和禁止的倒计时时间。1.1.2 性能指标要求 能设置道路东西和南北两侧通行和禁止的倒计时时间，最大设置时间为99秒，最小设置时间为1秒。交通灯用红、绿、黄三种发光二极管（LED）显示控制的结果。红、绿、黄灯显示的次序应符合实际交通道路控制的要求。1.2 设计思路及设计框图1.2.1设计思路fpq是分频器，将EDA实训仪主板提

2、供的20MHz的主频经20000000分频后，得到电路所需的1Hz（1秒）时钟。Rgwork和ywork是减法计数器，产生道路东西和南北通行和禁止的倒计时时间。Counter是控制电路，控制整个系统的工作。控制器接收倒计时的结果，当倒计时归0时，改变电路的控制模式，输出倒计时的初始时间和交通灯亮灭控制信号。6输入或非门和2输入与非门组成了简易密码锁的功能（通过拨码开关实现）。1.2.2总体设计框图 分频器交通灯控制电路 数码管及LED灯2 各个模块程序的设计2.1分频器模块的设计分频器模块截图：分频器模块程序设计：module fpq(clk,newclk);input clk;output

3、reg newclk;reg24:0 counter;always (posedge clk )begincounter=counter+1;if(counter>=20000000)counter=0;if(counter<=10000000)newclk='b1;else if(counter>10000000)newclk='b0;endendmodule2.2红绿灯模块设计红绿灯模块截图：红绿灯模块程序设计：module rgwork(clk,clrn,ydbj,gzfs,LED,t1,t2,q1,q2);input clk,clrn;input 7:

4、0 q1,q2;output reg ydbj;output reg1:0 gzfs;output reg7:0 LED;output reg7:0 t1,t2;reg7:0 rtime,gtime,ytime,rtime1='h20,gtime1='h16;reg1:0 z;initial begin rtime='h20;gtime='h16;ytime='h03;ydbj=0;z=0;endalways (posedge clk or negedge clrn)begin if(clrn) ydbj=1; else begin if(q1=0|q2

5、=0) ydbj=1; else begin ydbj=0; rtime=rtime1;gtime=gtime1; end endend always (posedge ydbj or negedge clrn) begin if(clrn) begin t1=rtime;t2=gtime;LED='b01100110;gzfs=2;z=0; end else begin z=z+1; case (z) 0:begin t1=rtime;t2=gtime;LED='b01100110;gzfs=2;end 1:begin t1=ytime;t2=ytime;LED='b

6、00100010;gzfs=0;end 2:begin t1=gtime;t2=rtime;LED='b10011001;gzfs=2;end 3:begin t1=ytime;t2=ytime;LED='b10001000;gzfs=1;end default:begin t1=rtime;t2=gtime;LED='b01100110;gzfs=2;end endcase endendendmodule2.3黄灯模块设计黄灯模块截图：黄灯模块程序设计：module ywork(gzfs,clk,clrn,q1,q2,LED_h);input7:0 q1,q2;inp

7、ut clk,clrn;input 1:0 gzfs;output reg3:0 LED_h;always (posedge clk or negedge clrn)begin if(clrn) LED_h='b0000;elsebeginif(gzfs=0)begin if(q1='h03&&q2='h03) LED_h='b1010;if(q1='h02&&q2='h02) LED_h='b0000;if(q1='h01&&q2='h01) LED_h='b101

8、0;if(q1='h00&&q2='h00) LED_h='b0000;endif(gzfs=1)begin if(q1='h03&&q2='h03) LED_h='b0101;if(q1='h02&&q2='h02) LED_h='b0000;if(q1='h01&&q2='h01) LED_h='b0101;if(q1='h00&&q2='h00) LED_h='b0000;endendend

9、 endmodule 2.4控制模块的设计控制模块截图：控制模块程序设计：module countor(ts,en,clk,ybj,t1,t2,q1,q2);input clk,ybj,en,ts;input7:0 t1,t2;output reg7:0 q1,q2;always (posedge clkts or posedge ybj or posedge en)begin if(en) begin q1=q1;q2=q2; end else beginif(ybj) begin q1=t1;q2=t2; endelse beginif(q1=0) q1='h99;else beg

10、in q1=q1-1;endif(q13:0>='ha) q13:0=9;if(q2=0) q2='h99;else begin q2=q2-1;endif(q23:0>='ha) q23:0=9; end endendendmodule3 调试过程用Quartus 软件对程序编译成功后下载到EDA试验箱。LED开始亮，四个数码管显示3s倒计时，即黄灯开始进入闪烁状态，然后开始实现东西方绿灯，南北方红灯状态。绿灯倒计时结束以后黄灯再次闪烁，随后进入南北方绿灯，东西方红灯状态。并不断自动进行转换。当S15拨到上方时，实现交通灯暂停（使能端作用）。当K8按键按下

11、时，交通灯自动恢复到初始化状态。当将S3，S2,S1,S0拨为1010并按下K7按键能实现减计数调时。4 功能测试4.1 测试仪器与设备 EDA实训箱、 计算机一台、Quartus 软件4.2 性能指标测试 基本实现要求，初始化南北方向为红灯，东西方向为绿灯，倒计时20s，东西方向开始黄灯闪烁3秒，同时南北方向还为红灯，3秒后东西方向变为红灯，南北方向变为绿灯。倒计时的同时数码管交替显示不同亮灯的倒计时时间。实现4位数码管显示。拨码开关S15实现暂停功能，S3到S0四个拨码开关实现简易密码锁功能（当拨“1010”时，可以实现调时功能，密码错误时则无法实现调时功能）。两个按键K8,K7分别实现复

12、位与调时功能（调时功能在密码正确情况下实现）。5 实训心得体会这次实验使我更进一步地熟悉了VHDL硬件描述语言的设计思想，同时通过对程序的调试也使自己对VHDL语言的语法，结构和基本语句有了更深刻的了解。在设计较复杂数字电路系统时最好采用分层设计的方法，分为各个功能模块，逐个进行仿真，最后通过顶层文件调用各个底层文件完成设计，程序也便于修改如程序要增加一些功能也只需加入相应的模块即可。在设计的过程中还应该多联系下实际情况，要了解实际情况下交通信号灯的工作情况，才能更好的完成此次的课程设计。在今后的工作和学习中，我们不能仅仅把目光停留在课本上，要多理论联系实际。有的时候，理论上是正确的东西放到现

13、实中去，可能由于种种因素的制约，并不能达到实际的效果，还需要我们进行相应的修改才能完成要求。这次的课程设计使我巩固了以前学习到的知识，还使我掌握了以前没有掌握的知识，同时锻炼了自己的能力。6 参考文献【1】江国强.新编数字逻辑电路 北京邮电大学出版社 2006年12月【2】江国强. EDA技术与应用 电子工业出版社 2010年4月【3】王金明、冷自强.EDA技术与Verilog设计科学出版社 2008年8月【4】谢自美.电子线路设计·实验·测试（第二版）武汉华中科技大学出版社2000【5】谭会生、张昌凡 EDA技术与应用-Verilog HDL版西安电子科技大学出版社附 录

14、附录1：仿真波形图（部分模块）分频器模块波形仿真：红绿灯模块波形仿真：  黄灯模块波形仿真： 控制模块波形仿真：附录2:程序清单分频器模块程序设计：module fpq(clk,newclk);input clk;output reg newclk;reg24:0 counter;always (posedge clk )begincounter=counter+1;if(counter>=20000000)counter=0;if(counter<=10000000)newclk='b1;else if(counter>10000000)newclk=&#

15、39;b0;endendmodule红绿灯模块程序设计：module rgwork(clk,clrn,ydbj,gzfs,LED,t1,t2,q1,q2);input clk,clrn;input 7:0 q1,q2;output reg ydbj;output reg1:0 gzfs;output reg7:0 LED;output reg7:0 t1,t2;reg7:0 rtime,gtime,ytime,rtime1='h20,gtime1='h16;reg1:0 z;initial begin rtime='h20;gtime='h16;ytime=&#

16、39;h03;ydbj=0;z=0;endalways (posedge clk or negedge clrn)begin if(clrn) ydbj=1; else begin if(q1=0|q2=0) ydbj=1; else begin ydbj=0; rtime=rtime1;gtime=gtime1; end endend always (posedge ydbj or negedge clrn) begin if(clrn) begin t1=rtime;t2=gtime;LED='b01100110;gzfs=2;z=0; end else begin z=z+1;

17、case (z) 0:begin t1=rtime;t2=gtime;LED='b01100110;gzfs=2;end 1:begin t1=ytime;t2=ytime;LED='b00100010;gzfs=0;end 2:begin t1=gtime;t2=rtime;LED='b10011001;gzfs=2;end 3:begin t1=ytime;t2=ytime;LED='b10001000;gzfs=1;end default:begin t1=rtime;t2=gtime;LED='b01100110;gzfs=2;end endca

18、se endendendmodule黄灯模块程序设计：module ywork(gzfs,clk,clrn,q1,q2,LED_h);input7:0 q1,q2;input clk,clrn;input 1:0 gzfs;output reg3:0 LED_h;always (posedge clk or negedge clrn)begin if(clrn) LED_h='b0000;elsebeginif(gzfs=0)begin if(q1='h03&&q2='h03) LED_h='b1010;if(q1='h02&&q2='h02) LED_h='b0000;if(q1='h01&&q2='h01) LED_h='b1010;if(q1='h00&&q2='h00) LED_h='b0000;endif(gzfs=1)begin if(q1='h03&&q2=