数字系统课程设计交通灯控制器.doc

东南大学 《数字系统课程设计》 设计报告 项目名称： 交通灯控制器 姓 名： 学 号： 专 业： 实 验 室： 电工电子实验中心 组 别： 无 同组人员： 无 设计时间： 2016 年 8 月 26 日 —— 2016 年 9 月 20日 评定成绩： 审阅教师： 目 录 一. 设计方案及论证……………………………………………… 3 二．模块设计……………………………………………………… 5 三. 总体设计与仿真……………………………………………… 10 四. 总结…………………………………………………………… 12 一. 设计方案及论证 1.设计使用环境 本交通灯控制系统设计利用Verilog HDL语言进行设计编程，利用Cyclone EP1C6Q240C8芯片和一些外围器件组成硬件电路，利用Quartus II软件将编写好的程序进行编译和仿真，并将调试完成的程序下载到Cyclone EP1C6Q240C8芯片上，通过观测电路板上的红绿信号灯以及数码管显示来分析系统的性能 。 2.设计任务分析 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。 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间，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) 数码管倒计时显示 3.测量控制原理 1）通过乒乓开关来控制FPGA输入信号的电平，从而控制交通灯工作。 2）利用FPGA输出的电平信号去驱动静态数码管及三色小灯来模拟交通灯。 4.顶层设计方案框图及说明 1）交通灯控制器框图 C表示乡村道路是否有车到来，1表示有，0表示无；SET用来控制系统的开始及停止；RS T是复位信号，高电平有效，当RST为1时，恢复到初始设置；CLK是外加时钟信号；MR、 MY、MG分别表示主干道的红灯、黄灯和绿灯；CR、CY、CG分别表示乡村道路的红灯、黄 灯和绿灯，1表示亮，0表示灭。 2）流程图 MGCR表示主干道绿灯，乡村道路红灯；MYCR表示主干道黄灯，乡村道路红灯；MRCG表示 主干道红灯，乡村道路绿灯；MRCY表示主干道红灯，乡村道路黄灯；T0=1表示主干道最 短通车时间到，T1=1表示5秒黄灯时间到，T2=1表示乡村道路最长通车时间到。 二. 模块设计 1.模块功能及端口说明 1）分频模块 输入端为clk_in，即实验箱自带脉冲输入信号，输出端为clk，即想得到的频率。 2）主控制模块 输入端为CLK、RST、C。其中c为乡村道路开关，为1时表示乡村道路有车；rst为初始化 开关，为1时表示初始化为主干道绿灯，乡村道路红灯的状态。 输出端为MG、MY、MR、CG、CY、CR分别表示主干道和乡村道路的红黄绿灯，与LED灯相连 ；mh、ml、ch、cl分别表示主干道和乡村道路倒计时显示的高低位，与数码管相连。 3）数码管显示模块 输入端为clk和count，输出端为LED。 2.主要功能的设计方法 1）分频模块 试验箱可选晶振有2M和50M，选择使用2M后，设置分频系数为2000000，每计数到100000 0，则输出取反，最终可得到1HZ的时钟信号。 2）主控制模块 设置两个外部控制条件：初始化（RST）；乡村干道是否有车（C）； 设置一个内部计数变量：NUM，通过相关运算取余取整得到数码管显示高低位； 通过有限状态机实现四个状态的循环切换。 3. Verilog设计程序及说明 1）分频模块 module fre(clk_in,clk); input clk_in; output clk; reg clk; reg [31:0]k; always @(negedge clk_in) begin if (k>=1000000)//1000000分频 begin clk<=~clk;//取反 k<=0; end else k<=k+1;//计数 end endmodule 2）主控制模块 module traffic(CLK,RST,C,MG,MY,MR,CG,CY,CR,mh,ml,ch,cl);