交通灯拔控器设计1.ppt

VIII - Working with Sequential Logic ? Copyright 2004, Gaetano Borriello and Randy H. Katz 基于Spartan-3E开发板交通灯控制器设计 为方便实验，探测器由按键代替。当按下FPGA开发板上按键时，产生的触发信号相当于检测到农场路上有车。 由于FPGA板上led资源有限，农场和高速路上的交通灯由两个LED管代替，HG状态显示00，HY状态显示01，FG状态显示10，FY状态显示11 Spartan-3E开发板有两个7段数码管，显示状态为转换过程剩余的时间。 车辆探测器（sensor.v模块） 输入信号为clk,reset_n,people，其中people信号来自按键。 输出信号为people_valid，表示检测信号有效。 键盘检测原理：当按键按下时，输入电平由高变低，按键松开后，输入电平有低变高，如此会产生一个下降沿和一个上升沿，只要扑捉到这两个沿，就可以确定按键按下。 键盘防抖原理：在按键被按下的瞬间，由于物理上的原因，导致按键在被按键的瞬间的过程中其实是处于高电平和低电平之间进行抖动，加上本实验的时钟频率很高，容易产生信号采集错误，导致检测失败，无法得到正确的结果。若要正确防抖，需要在检测到按键上升沿后延迟一小段信号在进行上升沿和下降沿检测。 交通灯状态显示模块 （segled.v） 交通灯状态显示模块 （segled.v） 输入信号有：clk,reset_n,traffic_state，data_sel_temp，其中traffic_state为信号灯，直接驱动LED，data_sel_temp为送到两位数码中要显示的时间 模块输出信号分别为：led_b0,ledb1,led_data,led_oe_n,led_rck,led_srck。 led_b0,led_b1作为选通数码管信号，高电平有效。 led_data，串行输入数据信号 led_oe_n,选通74HC595， 低电平有效。 led_rck，串行数据转并信号 led_srck,数据串行输入 74HC595移位信号。 led1,led2，显示红绿黄灯 时钟分频与计时模块 (timer.v) 输入信号clk,reset_n,ST，traffic_state.其中ST为计数器复位后重新启动信号， traffic_state为当前显示状态 输出信号为TS，TL，data_sel_temp，当TS为1，表示短时间计时已到，当TL为1，表示长时间计时已到。 data_sel_temp表示定时器剩余的定时时间值（用于显示）。 时钟分频与计时模块 (timer.v) 时钟分频与计时模块 (timer.v) 交通灯状态机的设计 其中people_valid是作为系统检测到的信号C（即按键）有效的提示，提供给FSM模块作为输入。 TS：相对短的时间已经到点。 TL：相对长的时间已经到点。 交通灯状态机的设计 顶层模块traffic_top.v 顶层模块traffic_top.v * 交通灯控制器设计 应用场合：繁忙的高速路与较少使用的农场路相交 设计要求：探测器沿着农场路放置，只要有车辆等待着穿越十字路口，就发出信号C。 交通灯按照如下方式操作：若农场路无车辆，则在高速路保持绿灯。在探测农场路有车辆，高速路上的交通灯应由绿到黄，再到红，并允许农场路方向灯变绿，绿灯亮一段时间，由绿变黄再到红。这时即使还有车辆穿越高速路，高速路的绿灯也要亮一段时间 假设：把两个黄灯时间设相同5S 将高速绿灯最短时间和农场路绿灯最长时间设置为相同10S 仅需一个计数器，能对两个时间间隔发生信号：一个间隔短、一个间隔长 理解问题 确定输入、输出、控制器的状态配置 输入信号 Reset:将控制器置于初始状态 clk:系统时钟信号 C：探测农场路上两个方向的车辆 输出信号 HG、HY、HR：分别点亮高速路上的绿灯、黄灯、红灯 FG、FY、FR：分别点亮农场路上的绿灯、黄灯、红灯 转换过程时间显示 状态 按照输出组合唯一原则，仅有4种不同的输出，因此控制器有4个不同的状态 HG：高速路亮绿灯（农场路亮红灯） HY ：高速路亮黄灯（农场路亮红灯） FG ：农场路亮绿灯（高速路亮红灯） FY ：农场路亮黄灯（高速路亮红灯） 系统模块图（硬件电路） 控制器有限状态机将Reset,CLK,TL(相对长时间已到点)和TS(相对短的时间已经到点)以及经过同步之后的C（people)信号等作为输入，并产生ST(复位定时器，开始对长和短时间间隔进行计数)信号 定时器子系统将Reset,CLK和ST信号作为输入，产生TL和TS为输出 车辆传感器