eda交通燈課程設(shè)計(jì)--cpld實(shí)現(xiàn)交通燈控制系統(tǒng)

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文檔簡介

1、　　CPLD實(shí)現(xiàn)交通燈控制系統(tǒng)一.預(yù)期功能　　分別成東西走向和南北走向的主干道和支干道，其交通信號燈，分別實(shí)現(xiàn)一下狀態(tài)：　　S0:支干道沒有車輛行駛，支干道綠燈，支干道紅燈　　S1:支干道有車輛行駛，支干道綠燈，支干道紅燈　　S2:主干道黃燈，支干道綠燈

2、　　S3:主干道紅燈，支干道綠燈　　S4:主干道紅燈，支干道黃燈 　　狀態(tài) 亮燈停留時(shí)間　　S0G2,R2 50秒　　S1G2,R2 45秒　　S

3、2Y1,G2 5秒　　S3R1,G2 25秒　　S4 R1,Y2 5秒　　二.原理框圖　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求和系統(tǒng)所具有的功能，并參考相關(guān)的文獻(xiàn)資料，經(jīng)行方案設(shè)計(jì)，可以畫出如下圖

4、所示的交通信號燈控制器的系統(tǒng)框圖。 　　1kHZ 　　1kHZ 1HZ 　　支干道車輛檢測 　　1kHZ <

5、/b>　　數(shù)碼管及LED信號 　　根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路，可以得到如下的頂層文件原理圖　　頂層文件的實(shí)體圖：　　三.單元模塊設(shè)計(jì)與仿真　　時(shí)鐘分頻模塊&

6、lt;/p>　　系統(tǒng)的動態(tài)掃描需要1HZ的脈沖，而系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)時(shí)模塊需要1HZ的脈沖。分頻模塊主要為系統(tǒng)提供所需的時(shí)鐘計(jì)時(shí)脈沖。該模塊將1kHZ的脈沖信號進(jìn)行分頻，產(chǎn)生1S的方波，作為系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)時(shí)信號。其實(shí)體模塊如下：　　將END TIME改為5S　　CLK采用系統(tǒng)的1KHZ的時(shí)鐘脈沖&

7、lt;b>　　仿真波形如下： 　　可以看到能夠得到1s的時(shí)鐘脈沖　　交通燈控制及計(jì)時(shí)模塊　　控制模塊根據(jù)外部輸入信號和計(jì)時(shí)模塊產(chǎn)生的輸出信號，產(chǎn)生系統(tǒng)的狀態(tài)機(jī)，控制其他部分協(xié)調(diào)工作。計(jì)時(shí)模塊用來設(shè)定主干道和支干道計(jì)時(shí)器的初值，并為掃描顯示譯碼模塊提供倒計(jì)時(shí)時(shí)間。&

8、lt;p>　　控制及計(jì)時(shí)模塊采用狀態(tài)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以定義出5種狀態(tài)，分別為S0:主干道綠燈，支干道紅燈且沒有車輛行駛；S1:主干道綠燈，支干道紅燈或支干道有車輛駛?cè)耄籗2:主干道黃燈，支干道紅燈；S3:主干道紅燈，支干道綠燈；S4:主干道紅燈，支干道黃燈。利用CASE語句定義狀態(tài)的轉(zhuǎn)換方式及時(shí)間的變換方式，達(dá)到主干道綠燈亮45秒，支干道綠燈亮25秒，黃燈亮5秒的設(shè)計(jì)要求。

9、　　其實(shí)體模塊如下：　　CAR為支干道車輛檢測開關(guān)　　在支干道有車的情況下，模塊可以進(jìn)行減計(jì)時(shí)　　CLK1S為1S的時(shí)鐘脈沖　　TIME1H、TIME1L、TIME2H、TIME2L分別為主干道時(shí)鐘高位、主干道時(shí)鐘低位、支干道時(shí)鐘高位、支干道時(shí)鐘低位&

10、lt;/p>　　LED為LED燈發(fā)光情況，分別為主干道綠燈、主干道黃燈、主干道紅燈、支干道綠燈、主干道黃燈、主干道紅燈　　Count的總的系統(tǒng)時(shí)間，用來改變系統(tǒng)的狀態(tài)　　仿真波形如下：　　通過仿真可以看到：&l

11、t;/p>　　當(dāng)主干道綠燈，支干道紅燈時(shí)，主干道倒計(jì)時(shí)高位置數(shù)0100，低位置數(shù)0101；支干道高位置數(shù)0101，低位置數(shù)0000；　　當(dāng)主干道黃燈，支干道紅燈時(shí)，主干道黃燈倒計(jì)時(shí)置數(shù)0101；支干道繼續(xù)剛才的減計(jì)數(shù)；　　當(dāng)主干道紅燈，支干道綠燈時(shí)，主干道倒計(jì)時(shí)高位置數(shù)0011，低位置數(shù)0000；支干道高位置數(shù)0010，低位置

12、數(shù)0101；　　當(dāng)主干道紅燈，支干道黃燈時(shí)，支干道黃燈倒計(jì)時(shí)置數(shù)0101；主干道繼續(xù)剛才的減計(jì)數(shù)。　　在S4狀態(tài)結(jié)束后，自動跳回到S0狀態(tài)，繼續(xù)判斷支干道是否有車行駛，若有車行駛，則跳轉(zhuǎn)到S1狀態(tài)，給高、低位置數(shù)，繼續(xù)進(jìn)行減計(jì)時(shí)。　　系統(tǒng)根據(jù)COUNT的變化自動在各狀態(tài)下跳變，當(dāng)count為45時(shí)，跳變到S2狀態(tài)

13、；當(dāng)count為50時(shí)，跳變到S3狀態(tài)；當(dāng)count為75時(shí)，跳變到S4狀態(tài)；當(dāng)count為80時(shí)，若支干道沒有車跳變到S0狀態(tài)，有車則跳變到S1狀態(tài)。　　掃描顯示譯碼模塊　　掃描顯示譯碼模塊可以根據(jù)控制信號，驅(qū)動交通信號燈以及倒計(jì)時(shí)數(shù)碼管的顯示，其中數(shù)碼管的顯示采用動態(tài)掃描顯示。其實(shí)體模塊如下：

14、　　CLK為1KHZ的系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖　　CLK1S為1S時(shí)鐘脈沖　　CAR為支干道車輛檢測開關(guān)　　SEL為數(shù)碼管位碼掃描　　SEG為數(shù)碼管段碼　　TIME1H、TIME1L

15、、TIME2H、TIME2L為數(shù)碼管計(jì)時(shí)的時(shí)間，由控制及計(jì)時(shí)模塊為其賦值　　仿真波形如下：　　通過仿真可以看到：　　給CLK一個(gè)時(shí)鐘脈沖，數(shù)碼管的位碼隨CLK時(shí)鐘的變化而進(jìn)行掃描，由于CLK的頻率較高，人的眼睛會有短暫的視覺停留，所以會看

16、到4個(gè)數(shù)碼管都在顯示時(shí)間。　　四.頂層文件的編寫　　將以上各個(gè)單元模塊仿真成功后，再進(jìn)行頂層文件的編寫。將各個(gè)單元模塊的變量賦值給頂層文件，從而將各個(gè)單元模塊連接起來，統(tǒng)一調(diào)配。得到頂層文件的實(shí)體模塊：　　CLK為1KHZ系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖

17、　　CAR為支干道車輛行駛情況，高電平為有車行駛，低電平為無車行駛　　LED為交通燈發(fā)光情況　　SEL為數(shù)碼管位碼掃描　　SEG為數(shù)碼管段碼　　仿真波形如下：<p&g

18、t;　　仿真后可以得到最終的結(jié)果：　　開始時(shí)，支干道沒有車輛行駛。主干道處于常通行狀態(tài)，支干道處于禁止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)支干道有車來時(shí)，主干道亮綠燈，經(jīng)行45秒倒計(jì)時(shí)，支干道亮紅燈，經(jīng)行50秒倒計(jì)時(shí)；　　主干道45秒倒計(jì)時(shí)結(jié)束后跳變到黃燈，進(jìn)行5秒倒計(jì)時(shí)，支干道繼續(xù)亮紅燈，進(jìn)行倒計(jì)時(shí)；　　主干道5秒倒計(jì)時(shí)結(jié)束后跳變到紅燈，

19、經(jīng)行30秒倒計(jì)時(shí)，支干道跳變到綠燈，進(jìn)行25秒倒計(jì)時(shí)；　　支干道25秒倒計(jì)時(shí)結(jié)束后跳變到黃燈，進(jìn)行5秒倒計(jì)時(shí)，主干道繼續(xù)亮紅燈，進(jìn)行倒計(jì)時(shí)；　　支干道5秒倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，判斷支干道是否有車，若有車跳變到S1狀態(tài)，沒有車跳變到S0狀　　硬件實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果　　將程序進(jìn)行編譯

20、后，就可以把管腳綁定后把程序下載到實(shí)驗(yàn)板上進(jìn)行調(diào)試了。　　硬件實(shí)驗(yàn)方案　　管腳綁定如下所示　　注：　　CLK綁定時(shí)鐘1KHZ<p

21、>　　CAR綁定DK4　　LED[0]綁定LED6；--支干道紅燈　　LED[1]綁定LED7；--支干道黃燈　　LED[2]綁定LED8；--支干道綠燈　　LED[3]綁定LED1；--主干道紅燈<

22、;p>　　LED[4]綁定LED2；--主干道黃燈　　LED[5]綁定LED3；--主干道綠燈　　SEL[0]綁定LI0；　　SEL[1]綁定LI1；　　SEL[2]綁定LI2。　　SEG[0]綁定G8；

23、　　SEG[1]綁定F8；　　SEG[2]綁定E8；　　SEG[3]綁定D8；　　SEG[4]綁定C8；　　SEG[5]綁定B8；　　SEG[6]綁定A8；　　將管腳

24、按上圖綁定后就可以下載到實(shí)驗(yàn)板上進(jìn)行調(diào)試了　　五.最后結(jié)果　　將程序下載到實(shí)驗(yàn)板后，CAR置于低電平后，可以看到LED燈的顯示情況為主干道亮綠燈，支干道亮紅燈，主干道數(shù)碼管顯示45秒，支干道數(shù)碼管顯示50秒。但支干道有車時(shí)，把CAR置于高電平，可以看到主、支干道的數(shù)碼管開始倒計(jì)時(shí)；主干道倒計(jì)時(shí)結(jié)束后再進(jìn)行5秒倒計(jì)時(shí)，

25、并且交通燈變?yōu)辄S燈；當(dāng)主干道倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，主干道數(shù)碼管顯示30，支干道數(shù)碼管顯示25，主干道變?yōu)榧t燈，支干道變?yōu)榫G燈，繼續(xù)進(jìn)行倒計(jì)時(shí)；支干道倒計(jì)時(shí)結(jié)束后再經(jīng)行5秒倒計(jì)時(shí)，交通燈變?yōu)辄S燈；支干道倒計(jì)時(shí)結(jié)束后再回到初始狀態(tài)。　　從實(shí)驗(yàn)板上可以看出硬件測試下的效果達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)交通信號燈控制器的基本功能。但是，由于實(shí)驗(yàn)板的系統(tǒng)時(shí)鐘不穩(wěn)定，導(dǎo)致數(shù)碼管的掃描有時(shí)會出現(xiàn)閃動的現(xiàn)象，在更換了實(shí)驗(yàn)板

26、后可以看出，數(shù)碼管的掃描基本穩(wěn)定，在視覺上不會出現(xiàn)閃動的情況?；蛘呖梢詫⑾到y(tǒng)的時(shí)鐘頻率改為2KHZ，更改分頻模塊后再進(jìn)行編譯下載，這樣可以加快數(shù)碼管掃描的速度，從而達(dá)到消除視覺上閃動的現(xiàn)象。　　六.參考文獻(xiàn)　　1 《EDA技術(shù)與VHDL》清華大學(xué)出版社潘松黃繼業(yè)<p&

27、gt;　　2 《數(shù)字電路EDA入門------VHDL程序?qū)嵗?》北京郵電大學(xué)出版社張亦華　　3 《VHDL應(yīng)用與開發(fā)實(shí)踐》科學(xué)出版社甘歷　　4 《CPLD/FPGA應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實(shí)踐》人民郵電出版社 　　5 《FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐》電

28、子工業(yè)出版社黃智偉　　七附錄（程序代碼）　　時(shí)鐘分頻模塊：　　LILIBRARY IEEE;　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

29、;　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;　　ENTITY fp IS　　PORT(clk:IN STD_LOGIC;　　CLK1S:OUT STD_LOGIC);　　END fp;

30、　　ARCHITECTURE one OF fp IS 　　SIGNAL N: STD_LOGIC_VECTOR(9 DOWNTO 0);　　BEGIN　　PROCESS (clk)　　BEGIN&

31、lt;/b>　　IF clk'EVENT AND clk='1' THEN N<=N+1;　　END IF;　　END PROCESS;　　CLK1S<=N(9);&l

32、t;p>　　END one;　　交通燈控制及計(jì)時(shí)模塊：　　LIBRARY IEEE;　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p&g

33、t;　　ENTITY kz IS　　PORT (CLK1S,car:IN STD_LOGIC;--1S脈沖，支干道車輛檢測　　TIME1H,TIME1L:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);--主干道計(jì)時(shí)　　TIME2H,TIME2L:OUT STD_LOGIC

34、_VECTOR(3 DOWNTO 0);--支干道計(jì)時(shí)　　count:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); --系統(tǒng)總計(jì)時(shí)　　led:OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0)); --交通燈顯示 　　END kz;</b

35、>　　ARCHITECTURE one OF kz IS　　TYPE states IS (s0, s1, s2,s3, s4); --狀態(tài)初始化　　SIGNAL current_state,next_state : states;

36、;　　SIGNAL c:STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);　　BEGIN　　REG:PROCESS(CLK1S,car,current_state,c)　　BEGIN　　I

37、F car = '0' THEN current_state <= s0 ; 　　c<="0000000"; 　　ELSE 　　IF CLK1S'EVENT AND CLK1S = '1' THEN

38、--支干道有車開始計(jì)數(shù)　　c <= c +1;　　current_state <= next_state;　　END IF;　　END IF;

39、　　CASE current_state IS--狀態(tài)轉(zhuǎn)換　　WHEN s0 => LED <= "100001"; --支干道無車不減計(jì)時(shí)　　TIME1H<="0100";TIME1L<="0101";　　TIME2H<

40、="0101";TIME2L<="0000";　　IF car = '1' THEN next_state <= s1;　　ELSE next_state <= s0; 　　END IF; </p

41、>　　WHEN s1 => LED <= "100001"; --主干道綠燈，支干道紅燈　　IF c="0101100" THEN next_state <= s2;　　ELSE next_state <= s1;<

42、;b>　　END IF;　　WHEN s2 => LED <= "010001"; --主干道黃燈，支干道紅燈　　IF c="0110001" THEN next_state <= s3; 　　ELSE next_state &

43、lt;= s2;　　END IF;　　WHEN s3 => LED <= "001100"; --主干道紅燈，支干道綠燈 　　IF c="1001010" THEN next_state <= s4; </p

44、>　　ELSE next_state <= s3;　　END IF;　　WHEN s4 => LED <= "001010"; --主干道紅燈，支干道黃燈 　　IF c="1001111"

45、 THEN next_state <= s1;　　ELSE next_state <= s4;　　END IF;　　WHEN OTHERS => LED <= "100001";next_state <= s0;</p&

46、gt;　　END CASE;　　IF c="0101101" THEN TIME1H<="0000";TIME1L<="0101";--系統(tǒng)時(shí)間為45，主干道黃燈計(jì)時(shí)5秒　　END IF;</b&g

47、t;　　IF c="0110010" THEN TIME1H<="0011";TIME1L<="0000";TIME2H<="0010";TIME2L<="0101";--系統(tǒng)時(shí)間為50，支干道計(jì)時(shí)30秒。支干道計(jì)時(shí)25秒</p

48、>　　END IF;　　IF c="1001011" THEN TIME2H<="0000";TIME2L<="0101";--系統(tǒng)時(shí)間為75，支干道黃燈計(jì)時(shí)5秒　　END IF;

49、;　　IF c="1010000" THEN TIME1H<="0100";TIME1L<="0101";TIME2H<="0101";TIME2L<="0000";--系統(tǒng)時(shí)間為80，主干道計(jì)時(shí)45，支干道計(jì)時(shí)50

50、;　　END IF;　　IF c="1010000" THEN c<="0000000";--系統(tǒng)時(shí)間清零　　END IF;　　END PROCESS REG;　　c

51、ount <= c;　　END one;　　掃描顯示譯碼模塊：　　LIBRARY IEEE;　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;<p&g

52、t;　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;　　USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;　　ENTITY xs IS 　　PORT(clk,CLK1S,car:IN STD_LOGIC;　　TIME1H,TIME1L:IN S

53、TD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); --主干道置數(shù)　　TIME2H,TIME2L:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); --支干道置數(shù)　　count:IN STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); --計(jì)數(shù)信號　　sel:OUT S

54、TD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);--數(shù)碼管位碼　　seg:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0));--數(shù)碼管段碼　　END xs;　　ARCHITECTURE one OF xs IS <p&g

55、t;　　SIGNAL num:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);　　SIGNAL numsel:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);　　SIGNAL numseg:STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);　　SIGNAL Q1,Q2,Q3,Q4:ST

56、D_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);　　BEGIN　　SM:PROCESS (clk,num,numsel) --掃描 　　BEGIN <

57、;/p>　　IF clk'EVENT AND clk='1' THEN numsel<=numsel+1; 　　IF numsel="011" THEN numsel<="000";　　END IF;<

58、/p>　　END IF; 　　END PROCESS SM; 　　WX:PROCESS (numsel,Q1,Q2,Q3,Q4) --位選　　BEGIN 　　CASE nu

59、msel IS　　WHEN "000" =>num<=Q4;　　WHEN "001" =>num<=Q3;　　WHEN "010" =>num<=Q2;　　WHEN "

60、;011" =>num<=Q1;　　WHEN OTHERS =>NULL; 　　END CASE;　　END PROCESS WX;　　ZS:PROCESS(CLK1S,car,Q1,Q2,Q3,

61、Q4,num,TIME1H,TIME1L,TIME2H,TIME2L)--數(shù)碼管置數(shù)　　BEGIN　　IF car ='1' THEN 　　IF CLK1S'EVENT AND CLK1S =

62、 '1' THEN　　IF Q2>"0000" THEN Q2<=Q2-1; 　　ELSE　　IF Q1>"0000" THEN Q1<=Q1-1;Q2<="

63、1001";　　--減計(jì)時(shí) END IF;　　END IF; 　　IF Q4>"0000" THEN Q4<=Q4-1;　　ELSE<p

64、>　　IF Q3>"0000" THEN Q3<=Q3-1;Q4<="1001";　　END IF;　　END IF; 　　END IF; 　　IF Q1=&q

65、uot;0000" AND Q2="0000" THEN　　Q1<=TIME1H;Q2<=TIME1L;　　END IF;　　IF Q3="0000" AND Q4="0000" THEN&l

66、t;/p>　　Q3<=TIME2H;Q4<=TIME2L;　　END IF;　　ELSE Q1<=TIME1H;Q2<=TIME1L; --支路無車輛不減計(jì)時(shí)　　Q3<=TIME2H;Q4<=TIME2L

67、;　　END IF;　　END PROCESS ZS;　　YM:PROCESS (num,numseg)　　BEGIN　　CASE num IS</

68、p>　　WHEN "0000"=>numseg<="1111110";　　WHEN "0001"=>numseg<="0110000";　　WHEN "0010"=>numseg<="

69、;1101101";　　WHEN "0011"=>numseg<="1111001";　　WHEN "0100"=>numseg<="0110011";　　WHEN "0101"=

70、>numseg<="1011011";　　WHEN "0110"=>numseg<="1011111";　　WHEN "0111"=>numseg<="1110000";　　WH

71、EN "1000"=>numseg<="1111111";　　WHEN "1001"=>numseg<="1111011";　　WHEN OTHERS=>NULL;　　END CASE;

72、　　END PROCESS YM;　　sel<=numsel;　　seg<=numseg;　　END one;　　頂層文件：

73、;　　LIBRARY IEEE;　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;　　USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;　　EN

74、TITY jtd IS　　PORT (clk:IN STD_LOGIC; --動態(tài)掃描時(shí)鐘　　car:IN STD_LOGIC; --支路車輛傳感信號　　led:OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0)

75、; --交通燈信號　　sel:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 downto 0); --數(shù)碼管位碼　　seg:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 downto 0)); --數(shù)碼管段碼　　END jtd;

76、　　ARCHITECTURE one OF jtd IS　　COMPONENT fp --分頻　　PORT(clk: IN STD_LOGIC;　　CLK1S: OUT STD_LOGIC); &l

77、t;p>　　END COMPONENT;　　COMPONENT kz 　　PORT (　　CLK1S,car:IN STD_LOGIC;　　TIME1H,TIME1L:OU

78、T STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);　　TIME2H,TIME2L:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);　　count:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); 　　led:OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOW

79、NTO 0)); 　　END COMPONENT;　　COMPONENT xs --倒計(jì)時(shí)顯示　　PORT(clk,CLK1S,car:IN std_logic;　　TIME1H,TIME1L:IN STD_L

80、OGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); 　　TIME2H,TIME2L:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);　　count:IN STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);　　sel:OUT std_logic_vector(2 DOWNTO 0);</

81、p>　　seg:OUT std_logic_vector(6 DOWNTO 0));　　END COMPONENT;　　SIGNAL CLK1S: std_logic;　　SIGNAL count: STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);&l

82、t;p>　　SIGNAL TIME1H,TIME1L,TIME2H,TIME2L: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);　　BEGIN　　U1: fp PORT MAP (clk=>clk,CLK1S=>CLK1S);　　U2: kz

83、PORT MAP (CLK1S=>CLK1S,car=>car,count=>count,led=>led,TIME1H=>TIME1H,TIME1L=>TIME1L,TIME2H=>TIME2H,TIME2L=>TIME2L);　　U3: xs PORT MAP (clk=>clk,CLK1S=>CLK1S,car=>car,c

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