基于FPGA交通灯管理器解剖.doc

成绩 可编程器件及应用 课程设计报告 设计名称: 交通管理器 学 院: 信电工程学院 专业班级: 学生姓名: 学 号: 指导教师: 2015 年 6 月 25 日  目 录?? 1.绪论： 1 2、设计方案 2 2.1设计要求： 2 2.2设计原理： 2 3. 电路设计与分析 3 3.1、分频模块 3 3.2 、控制模块 3 3.3 计数器的设计 4 3.4、分位电路 5 3.5、数码管驱动模块 5 3.6、顶层连接及其仿真 6 4、硬件调试结果 7 5、系统各模块设计程序 8 5.1分频模块程序： 8 5.2主控模块程序： 8 5.3计数器模块程序： 10 5.4分位模块程序： 12 5.5 数码驱动模块程序 14 6、 心得体会 16 7、参考文献 17 附录： 18 顶层文件原理图： 18 1.绪论： EDA 技术在电子信息，通信，自动，控制及计算机应用等领域的重要性日益突出。随着技术市场与人才市场对DEA 的不断的增加,交通的问题日益突出，单单依靠人力来指挥交通已经不可行了,所以，设计交通灯来完成这个需求就显的越加迫切了。 这次设计选用VHDL硬件描述语言的优势就在于传统的用原理图设计电路的方法具有直观形象的优点，但如果所设计系统的规模比较大，或者设计软件不能提供设计者所需的库单元时，这种方法就显得很受限制了。而且用原理图表示的设计，通用性、可移植性也比较弱，所以在现代的设计中，越来越多地采用了基于硬件描述语言的设计方式。利用硬件描述语言来设计电路，使探测各种设计方案变成一件很容易的事，因为只需要对描述语言进行修改，这比更改电路原理图要容易实现得多。 本文以VHDL硬件描述语言为设计手段，完成了交通信号灯控制电路的设计，其中交通信号灯控制电路的开发目的是设计一个适用于主、支干道十字交叉路口的红黄绿交通灯的控制系统，通过合理设计系统功能，使红黄绿灯的转换有一个准确的时间间隔和转换顺序。所设计的交通信号灯控制电路经过在QuartusⅡ7.2软件下进行模拟仿真，观察其波形，证明所设计的交通信号灯控制电路完全可以实现预定的功能，并有一定的实用性。 2、设计方案 2.1设计要求： 交通灯管理器： 设计一个具有时间显示的十字路口交通灯管理器，用于控制两条路各红黄绿三个灯的亮灭，同时每条路有两个数码管显示倒计时时间。 2.2设计原理： 本次设计主要由计数模块、控制模块、分频模块、分位模块以及显示模块5个模块的电路构成。将各个模块的电路程序调试编译无错误后，生成各个模块的实体图，然后再调用各模块实体图连线生成顶层原理图，完成整个设计。 其中分频模块主要将系统输入的1024HZ基准时钟信号转换是1HZ的信号用于驱动计数模块和控制模块工作，主控程序模块交通灯使用的状态机实现4个状态的相互转变。控制模块根据计数器的计数情况对交通灯的亮灭及持续时间进行控制，并通过分位电路将灯亮时间以倒计时的形式通过数码管显示出来。此次设计采用6个计数器分别控制2路信号的红绿黄灯倒计时时间。计数器采用30进制计数器和十进制计数器。系统设计框图如下图2.1所示 图2.1 系统原理设计框图 电路设计与分析 3.1、分频模块 分频器实现的是将高频时钟信号转换成低频的时钟信号，用于触发控制器和计数器。该分频器实现的是将输入clk 1024HZ时钟信号分频成clk1 1HZ的时钟信号。生成的实体模块图如图3-1所示。 图3-1 分频图 3.2 、控制模块 控制器的作用是根据计数器的计数值及start的输入数据控制发光二极管的亮、灭，以及输出正计时数值给八段数码管的分位译码电路。本控制器是利用时钟沿的上升沿触发。读取前级计数器的计数值，然后作出反应。 控制模块主要是利用状态机控制，交通灯的工作分成4个状态，如下：??? S0：A路亮红灯，B路亮绿灯，两路数码管显示从29秒倒计时到00秒。? S1：：A路亮红灯，数码管暂停计数；B路亮黄灯，数码管显10秒倒计时。? S2：A路亮绿灯，B路亮红灯，两路数码管显示30秒倒计时。? S3：A路亮黄灯，数码管显示10秒倒计时；B路亮红灯，数码管暂停计数。 控制模块生成原理图和波形图如下图3-2和图3-3所示：