VHDL数字电路综合实验-交通灯汇.doc

数字电路综合实验 ------------交通灯 班级: 姓名: 学号: 班内序号: 教师: 设计任务要求 控制器部分的状态转移图和流程图；交通灯控制器：用于十字路口的交通灯控制器。实验要求： 东西方向各有一组红,黄,绿灯用于指挥交通,红,黄,绿的持续时间分别为25s,5s,20s 。 当有紧急情况（如消防车）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，正常工作。 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。 选做：增加左、右转弯显示控制功能； 选做：其它自拟功能。 设计思路 1．总体设计： 由设计任务要求可知，输入部分有： CLK时钟频率输入，可由实验板上直接提供。 紧急状态按键KEY，当按一下键，表示紧急情况发生，两个方向均为红灯亮，计时停止，蜂鸣器蜂鸣；当再次按下键时，信号灯和计时器恢复原来状态，正常工作。 输出部分有： 东西方向和南北方向各使用4个LED显示，红黄绿各代表红黄绿灯，绿灯和另一个红灯同时亮时为左转时间。 东西方向和南北方向计时均为2位数，共需要4个LED七段数码管显示。由于为共阴极控制，输出一个catn信号控制选择数码管显示，num_out信号输出显示的内容。 增加一个voice输出，控制紧急状态下的蜂鸣器。 总体设计图，如下 交通灯系统结构图 东西交通灯 南北交通灯 2．分块设计： 在VHDL设计中，采用自顶向下的设计思路。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:Key东西方向状态灯：r1,y1,g1,t1南北方向状态灯：r2,y2,g2,t2蜂鸣器控制：voice数码管显示信号：num_out数码管共阴极控制：catn 在底层中，把不同功能分模块设计。 Emergency模块：紧急情况控制信号是采用按键的输入方式，当按键按下时候，由Emergency模块接收按键信息并输出信号给其它模块。输入端口：BTN_in接收按键信息输出端口：BTN_out输出紧急信号 Debounce模块，由于紧急控制采用BTN按键，其产生时刻和持续时间的长短是随机不定的，且存在因开关簧片反弹引起的电平抖动现象，因此必须安排一个消抖和同步化电路模块，以保证系统能捕捉到输入脉冲。输入端口：key按键信息，clk时钟信号输出端口：key_out消抖后信号 Frequency1模块，由于外部时钟信号clk的频率为1MHz，而实际需要的内部计时时钟频率为1Hz，需要一个分频电路。输入端口：clk外部时钟信号输出端口：clk_out分频后信号 StatusSelect模块，由于共需要显示4个数字，需要循环点亮7位数码管，该模块通过输入的时钟信号，循环输出4个选择信号。当紧急状态信号到来，改变显示状态，通过计数部分，实现闪烁，并输出蜂鸣信号。输入端口：clk时钟信号，show紧急显示输出端口：sel选择信号，voice蜂鸣信号 TimeSelect模块，接收状态选择信号以及交通灯剩余时间信号，根据状态选择信号，选择剩余时间的位数输出给译码模块，并选择阴极控制显示位置。输入接口：sel状态选择信号， timeh1 timel1 timeh2 timel2剩余时间输出接口：catn共阴极控制，time_out数字输出 Display模块，接收数字信号，进行7位数码管显示译码输出。输入接口：num_in输入信号输出接口：num_out译码输出 信号灯控制模块，东西方向ControlA，南北方向ControlB。自定义一个Type类型，包括green,yellow,red,turn状态，接收到分频后的信号，通过case语句，进行状态选择，在每个状态下分别计时，当计时结束后，选择下一个状态，循环显示。当紧急状态下，停止循环，计数停止。输入接口：clk时钟信号，show紧急状态控制输出接口：timeh timel计时数字输出，r g y t信号灯输出 总体流程图 总体结构框图； 所实现功能说明 实现功能： 南北和东西方向各有一组绿，转弯，红，黄灯，各自的持续时间分别为10s，10s，25s，5s；当有特殊情况时，两个方向均为红灯，计时暂停，闪烁并伴有蜂鸣声。当特殊情况结束后，控制器恢复原来状态，继续正常工作。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剩余时间。当绿灯和另一红灯同时亮时，允许左拐。 编译结果 ControlA模块状态转移图 ControlB模块状态转移图 仿真波形 波形方针时，为方便观察，将分频器改为10分频 。 通过观察，r1,y1,g1,t1,r2,y2,