数电课设报告.doc

数字电子技术课程设计报告 交通信号灯控制器设计 学院：电气与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级：电自1206班 姓名：汤俊 201207010617 指导老师：彭义 1. 绪论 城市化进程的加快，城市交通越来越成为一个的问题城市交通基础设施滞后于增长，全国大中城市普遍存在着道路堵塞日趋加重，交通事故频繁，环境污染加剧等问题。城市交通问题全社会。，原因在于城市交通系统管理机制不适应。城市交通控制系统（UTC ，Urban Traffic Control System）是现代城市智能交通系统（IDJ ，Intelligent transport system）的路口信号控制器。各种交通控制方案，最终都要由路口信号控制器来实现。。技术发展和应用领域的扩大与深入 a.掌握十字路口带指向型交通灯控制的基本原理，并能够使用VHDL语言编写程序,进一步对所学的EDA知识进行掌握与实际应用。 b. 熟悉Altium Designer软件的基本操作和运行环境，学会在该软件环境下对编写的文件进行仿真。 c.锻炼自己获取信息、分析实际问题的能力和能够独立自主地思考和解决问题的能力。 2. 系统分析与总体方案 通过分析可知，所要设计的十字路口交通灯控制电路要能够使南北、东西各四个灯（红、黄、绿[左指向]、绿[前右指向]），四个灯能够按顺序依次亮灭。而且要求绿灯转红灯之前要先转黄灯亮5秒，红灯灭后可以直接转绿灯（四种灯的循环顺序如图1所示）。还要求四种灯的点亮时间能够以倒计时的形式显示出来。可以用VHDL语言合理设计系统功能，使红黄绿灯的转换有一个准确的时间间隔和转换顺序。 考虑到白天和夜间的路况亦即交通状况有所不同，故而我们采取了分情况的处理方法，即通过开关来做到白天模式和夜间模式的切换；另外，我们考虑到：如果碰到事故或者是其他非常规情况发生，所有路口都必须禁止通行，以为路口中央留出空间。故整个程序我们设置了三种模式：白天模式、夜间模式和紧急模式。 由于紧急模式下，所有路口的灯全部亮起红灯且无倒计时，故只列出白天模式和夜间模式下状态的转换示意图。 白天模式： 图1 白天模式下交通灯的状态切换 夜间模式： 图2 夜间模式下交通灯的状态切换 2.2 整体的设计方案 根据设计要求和系统所具有功能，并参考相关的文献资料经行方案设计画出如下所示的设计总体方案，框图如下图所示： 图3 交通灯控制系统的模块划分 3. 硬件电路设计 3.1 主电路图 图4 交通灯控制系统主电路图 图4所示为主电路图，主要包括两个大模块：LCD显示模块和主控制模块。 3.2 主控制模块及其功能 主控制模块的器件图如右图所示，它的功能是接收来自CP的脉冲和CM、R和SWITCH三个状态的信息，在确定所处状态的同时将对应的亮灯状态和倒计时数字在内置CLK满足时送出端口。CM信号用以区别是正常状态还是紧急状态；在CM有效下，SWITCH信号用以区分是白天还是夜间；而R则是上电复位信号。 另外，由于器件直接与10M的FPGA原始晶振相连接，因此在器件内部还有一个内置时钟CLK。该时钟对CP采取6000000分频处理，并以此作为状态切换的标志：当CLK出现上升沿时，对应数据改变一次，并输出对应数据。 3.3 LCD数据前期处理模块及其功能 -- S: 状态切换变量 CPIN: CP脉冲输入信号 -- SN: 南北向倒计时数据输入信号 -- SWNE: 南北向左指灯倒计时数据输入信号 -- EW: 东西向倒计时数据输入信号 -- WNES: 东西向左指灯倒计时数据输入信号 -- R: 复位输入信号 BUSY: 状态控制信号（忙/闲） -- SNRYG: 南北向亮灯状态输入信号 -- SWNERYG: 南北向左指灯亮灯状态输入信号 -- EWRYG: 东西向亮灯状态输入信号 -- WNESRYG: 东西向左指灯亮灯状态输入信号 -- CLK: 内置时钟输出信号 RST: 系统空闲标志位 -- STROBE: 输出使能信号 OUTLINE: 字符显示行数 -- DATA: 输出数据缓存单元 ADDR: 字符显示列数 LCD数据前期处理模块的器件图如右图所示，它的功能是接收来自CP、R的信号和来自主控制程序的信息，在内置CLK满足条件时执行扫描与赋值，并将对应的LCD模块数据送出端口。CP信号是时钟脉冲；R是上电复位信号，其余信号均来自主控制程序。 另外，由于器件直接与10M的FPGA原始晶振相连接，因此在器件内部还有一个内置时钟CLK。该时钟对CP采取65535分频处理，并以此作为扫描和赋值行为开始的标志