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东南大学自动化数字系统设计论文
东南大学自动化学院
《数字系统课程设计》
专业综合设计报告
姓 名: 学 号:
专 业: 自动化 实 验 室: 金智楼416/516
组 别: 同组人员:
设计时间: 2013 年 08 月 23 日 —— 2013 年 09 月 06 日
评定成绩: 审阅教师:
目 录
一.专业综合设计的目的与要求……………………………………3
二.基本原理…………………………………………………………3
三.方案实现与测试…………………………………………………5
四.模块和仿真波形…………………………………………………8
五.分析与总结………………………………………………………15
实验名称:交通灯控制器
专业综合设计的目的与要求
(一)、设计背景
主干道与乡村公路十字交叉路口在现代化的农村星罗棋布,为确保车辆安全、迅速地通过,在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。红灯禁止通行;绿灯允许通行;黄灯亮则给行驶中的车辆有时间行驶到禁行线之外。主干道和乡村公路都安装了传感器,检测车辆通行情况,用于主干道的优先权控制。
(二)、设计要求
(1)当乡村公路无车时,始终保持乡村公路红灯亮,主干道绿灯亮。
(2)当乡村公路有车时,而主干道通车时间已经超过它的最短通车时间时,禁止主干道通行,让乡村公路通行。主干道最短通车时间为25s 。
(3)当乡村公路和主干道都有车时,按主干道通车25s,乡村公路通车16s交替进行。
(4)不论主干道情况如何,乡村公路通车最长时间为16s。
(5)在每次由绿灯亮变成红灯亮的转换过程中,要亮5s时间的黄灯作为过渡。
(6)用开关代替传感器作为检测车辆是否到来的信号。用红、绿、黄三种颜色的发光二极管作交通灯。
(7)要求显示时间,倒计时。
基本原理
交通灯控制器共包括以下四个状态:主干道绿灯、乡村公路红灯;主干道黄灯、乡村公路红灯;主干道红灯、乡村公路绿灯;主干道红灯、乡村公路黄灯。设置两个外部控制条件:乡村公路是否有车、是否重置,内部的控制条件则是时间是否计满。
交通灯控制器框图:
系统流程图:
状态转换途径如下:
MG、MY、MR分别表示主干道的状态为绿灯亮、黄灯亮和红灯亮。
CG、CY、CR分别表示乡村公路的状态为绿灯亮、黄灯亮和红灯亮。
Reset表示重置,即回到初始状态。
C表示乡村公路是否有车,1表示有车、0表示没有车。
T0、T1、T2表示到下一个状态的时间是否计满(倒计时是否计满),1表示计满、0表示没计满,其中T0=25s,T1=5s,T2=16s。
从上面的状态转换图可看出,初始状态(即状态1)是主干道绿灯、乡村公路红灯。只有当乡村公路上有车并且计时满时,状态才变为状态2,即主干道黄灯、乡村公路红灯。当计时满时,变为状态3,即主干道红灯、乡村公路绿灯。当处于状态3时,如果乡村公路上突然没车,则不需要计时满的条件,马上跳变到状态4,即主干道红灯、乡村公路黄灯;如果乡村公路上一直有车,则要等到计时满时,才装换到状态4。最后等到计时满时,才变回状态1(初始状态)。在整个装换过程中,如果/Reset=0 ,则都回到初始状态,且重新开始倒计时。
方案实现与测试
(1)分频计模块
a.功能说明
用于分频。Clk_in为输入信号,Clk_out为欲输出的信号。编写程序使每个clk_in信号输出一个clk_out信号。
b.源程序
module frequent(clk_in,clk_out);
input clk_in;
output clk_out;
reg clk_out;
reg [24:0]cnter;
always @(posedge clk_in)
begin
if (cnter) cnter=cnter+1;
else cnter=0;
if(cnter==) clk_out=b1;
else clk_out=b0;
end
endmodule
(2)交通灯控制模块
a.功能说明
该模块为主要模块,实现交通灯红黄绿三灯亮灯顺序的控制,主要为四个状态的切换:分别为红-绿,绿-黄,黄-绿,绿-红四个状态的变化。该模块也实现各状态的时间倒计时和检测,其中state用于判断是否转换状态或是倒计时,0为转换状态。Set为重置。C为乡村公路有无车,1为有车。
b.源程序
module traffic_control(clk,c,set,mr,my,mg,cr
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