交通灯实验报告.docx

课题三：交通灯控制器学院：信息与通信工程学院班级： 2009211127 班姓名：张帆学号题三：交通灯控制器一、设计课题的任务要求(一)、实验目的1. 熟练掌握 VHDL 语言和QuartusII 软件的使用；2. 理解状态机的工作原理和设计方法；3. 掌握利用 EDA 工具进行自顶向下的电子系统设计方法；(二)、相关知识本实验要利用 CPLD 设计实现一个十字路口的交通灯控制系统，与其他控制系统一样，本系统划分为控制器和受控电路两部分。控制器使整个系统按设定的工作方式交替指挥车辆及行人的通行，并接收受控部分的反馈信号，决定其状态转换方向及输出信号，控制整个系统的工作过程。路口交通灯控制系统的有东西路和南北路交通灯 R(红)、Y(黄)、G(绿)三色，所有灯均为高电平点亮。设置20s 的通行时间和5s 转换时间的变模定时电路，用数码管显示剩余时间。提供系统正常工作/复位和紧急情况两种工作模式。(三)、实验任务1.基本任务：设计制作一个用于十字路口的交通灯控制器。1）. 南北和东西方向各有一组绿、黄、红灯用于指挥交通，绿灯、黄灯和红灯的持续时间分别为20 秒、5 秒和25 秒；2）. 当有特殊情况（如消防车、救护车等）时，两个方向均为红灯亮，计时停止，当特殊情况结束后，控制器恢复原来状态，继续正常运行；3）. 用两组数码管，以倒计时方式显示两个方向允许通行或禁止通行的时间；2.提高要求：1）. 增加左、右转弯显示控制功能；2）. 紧急状况时增加声光警告功能；3）. 自拟其它功能。二、系统设计（包括设计思路、总体框图、分块设计）（一）、设计思路1.输入接口：CLK——时钟信号 RESET——复位信号 EMERGENCY——紧急信号2.输出接口：LIGHT1——东西向信号灯LIGHT2——南北向信号灯CAT_TEMP——数码管共阴极控制信号 NUM——数码管显示输出 BELL——响铃信号3．程序控制设计：在本实验中加入左转控制信号，则需要四组红绿灯方可表示，而实验板上只有两组红绿灯，故采用灯亮的位置来表示红绿灯控制：LIGHT1，LIGHT2分别表示东西向和南北向信号灯，均用四个灯来表示执行和左转控制：0001代表直行允许，禁止左转0010代表直行黄灯，禁止左转0011代表禁止直行，左转允许0100代表禁止直行，左转黄灯0101代表禁止直行，禁止左转 实验板上的时钟信号直接提供给CLK，其频率为50MHz，而实验中需要的是1Hz的始终信号，故用分频系数为50M的分频器FREQUENCY将CLK的频率降为1Hz输出作为计时器的输入，采用如下所示的红绿灯亮灭：t/s100957570504525200南北向左转南北向直行东西向左转东西向直行S7S6S5S4S3S2S0S1 当EMERGENCY=1时，BELL=1，蜂鸣器响起，所有信号灯都为红灯；当RESET信号来时，恢复到初始状态（二）、总体框图1.状态转移图S3S1S2S0S4S7S6S5EMERGENCY=0回到原状态S8EMERGENCY=12.模块示意图南北灯（包括禁止左转灯）东西灯（包括禁止左转灯）复位紧急请求分频器时钟时间计数器译码器时间倒计时显示警铃（三）、分块设计1.顶层模块中，根据硬件设计，设置如下端口：外部时钟信号：CLK紧急状态按键:EMERGENCY东西方向状态灯：LIGHT1南北方向状态灯：LIGHT2蜂鸣器控制：BELL数码管显示信号：NUM数码管共阴极控制：CAT_TEMP2.在底层中，把不同功能分模块设计。分频器模块：FREQUENCY：外部输入时钟为50MHz，而实验中需要频率为1Hz的时钟信号输入，故设置此分频系数为50M的分频器，用以提供计数器模块的时钟信号输入端口：CLK外部时钟信号输出端口：CLK_OUT分频后信号FREQUENCY1：外部输入时钟为50MHz，对于数码管扫描来说，此频率过于高，造成数码管显示不稳定，所以设置此分频系数为100K的分频器，来提供倒计时模块的数码管扫描时钟信号输入端口：CLK外部时钟信号输出端口：CLK_OUT分频后信号计数器模块：COUNTER：整个过程的显示周期为100秒，所以设置此计数器的周期为100，并加入紧急信号控制和复位信号控制，当EMERGENCY=1时，BELL=1，计数停止；当RESET信号来时，计数器回到初始状态1输入端口：CLK时钟信号EMERGENCY紧急信号RESET复位信号输出端口：COUNTER计数状态信号BELL报警信号倒计时模块：COUNTDOWN：通过输入的计数信号，来控制倒计时信号，并通过输入的经过FREQUENCY1分频的时钟信号来控制数码管共阴极扫描信号输入端口：CLK时钟信号COUNT计数器信号输出端口：CAT_TEMP共阴极控制NUMIN数字输出信号