交通燈課程設(shè)計(jì)----交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　嵌入式課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　指導(dǎo)老師： </b></p><p>　　姓名：*** 學(xué)號(hào)：***</p><p>　　目 錄</p><p>　　1 課程

2、設(shè)計(jì)任務(wù)、內(nèi)容與要求 …………………………………3頁(yè)</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………………3頁(yè)</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容…………………………………………………3頁(yè)</p><p>　　1.3 具體要求…………………………………………………3頁(yè)</p><p>　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 ………………

3、…………………………………4頁(yè)</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)思路…………………………………………………4頁(yè)</p><p>　　2.2 系統(tǒng)原理…………………………………………………4頁(yè)</p><p>　　3 功能模塊及仿真………………………………………………5頁(yè)</p><p>　　3.1分頻模塊…………………………………………………

4、5頁(yè)</p><p>　　3.2 交通信號(hào)控制模塊………………………………………5頁(yè)</p><p>　　3.3 顯示控制模塊……………………………………………8頁(yè)</p><p>　　4 總體設(shè)計(jì)電路圖 ………………………………………………13頁(yè)</p><p>　　5硬件驗(yàn)證………………………………………………………14頁(yè)</p&

5、gt;<p>　　6總結(jié) …………………………………………………………14頁(yè)</p><p>　　7 參考書目 ……………………………………………………15頁(yè)</p><p><b>　　一、任務(wù)與要求</b></p><p>　　基于嵌入式技術(shù)利用VHDL 等硬件描述交通信號(hào)燈的系統(tǒng)組成。</p><p&

6、gt;<b>　?。?）基本要求：</b></p><p>　　a. 設(shè)計(jì)一個(gè)南北方向?yàn)橹鞲傻溃瑬|西方向?yàn)橹Ц傻赖模?lt;/p><p>　　b. 選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘發(fā)生電路，為電路提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)1HZ 信號(hào)；</p><p>　　c.（1）交通燈從綠變紅時(shí)，有5 秒黃燈亮的間隔時(shí)間；</p><p>　?。?）交通燈從紅變綠時(shí)

7、，有6 秒間隔時(shí)間；</p><p>　?。?）主干道上的綠燈時(shí)間為60 秒，支干道的綠燈時(shí)間為35 秒；</p><p>　　d．在DE2 開發(fā)板上演示其狀態(tài)變化過(guò)程。</p><p><b>　?。?）發(fā)揮部分：</b></p><p>　　a．在Signal Tap 中顯示指示燈變化的輸出結(jié)果仿真波形圖。</

8、p><p>　　b. 在任意時(shí)間顯示每個(gè)狀態(tài)到該狀態(tài)結(jié)束所需的時(shí)間。</p><p><b>　　交通燈控制系統(tǒng)框圖</b></p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　用VHDL編寫程序?qū)崿F(xiàn)交通信號(hào)控制器的端口控制信號(hào)。其中， clk為標(biāo)準(zhǔn)的1HZ的時(shí)鐘信號(hào)；R為復(fù)位信號(hào)；S

9、PC為緊急情況信號(hào)，負(fù)責(zé)緊急情況的處理，當(dāng)緊急情況發(fā)生時(shí)，南北主干道和東西支干道均顯示紅燈。</p><p>　　該程序定義了4個(gè)狀態(tài)S0,S1,S2,S3。當(dāng)狀態(tài)為S0時(shí)，南北方向亮綠燈，東西方向亮紅燈60s；當(dāng)為狀態(tài)為S1時(shí)，南北方向亮黃燈，東西方向亮紅5s ；當(dāng)狀態(tài)為S2時(shí)，南北方向亮紅燈，東西方向綠燈35s；當(dāng)狀態(tài)為S3時(shí)，南北方向亮滅燈，東西方向滅燈6s；程序還設(shè)計(jì)了一個(gè)緊急信號(hào)情況，當(dāng)遭遇緊急情況時(shí)，

10、主干道和支干道都亮紅燈。</p><p>　　狀態(tài)一：主道綠燈次道綠燈持續(xù)時(shí)間小于65s時(shí)，狀態(tài)保持不變，若持續(xù)時(shí)間等于65s時(shí)，轉(zhuǎn)換到下一狀態(tài)黃燈。</p><p>　　狀態(tài)二：主道黃燈持續(xù)時(shí)間小于5s時(shí)，狀態(tài)保持不變，若持續(xù)時(shí)間等于5s時(shí)，轉(zhuǎn)換到下一狀態(tài)紅燈。</p><p>　　狀態(tài)三：主道黃燈次道紅燈持續(xù)時(shí)間小于35s時(shí)，狀態(tài)保持不變，若持續(xù)時(shí)間等于35s時(shí)

11、，轉(zhuǎn)換到下一狀態(tài)滅燈。</p><p>　　狀態(tài)四：主道滅燈持續(xù)時(shí)間小于46s時(shí)，狀態(tài)保持不變，若持續(xù)時(shí)間等于6s時(shí)，轉(zhuǎn)換到下一狀態(tài)綠燈。</p><p>　　狀態(tài)五：緊急情況都亮紅燈。 </p><p><b>　　三、功能模塊</b></p><p><b>　　模塊一 ：分頻器</b><

12、/p><p>　　分頻器實(shí)現(xiàn)的是將高頻時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成低頻時(shí)鐘信號(hào)，clk信號(hào)經(jīng)分頻器將50MHz經(jīng)過(guò)PLL分頻為25MHz在經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)器分為1HZ. </p><p>　　分頻器模塊（div）</p><p><b>　　VHDL源程序：</b></p><p>　　library ieee;</p><p

13、>　　use ieee.std_logic_1164.all;</p><p>　　use ieee.std_logic_unsigned.all;</p><p>　　entity div is</p><p>　　port(clk3:IN std_logic;</p><p>　　clkout1:OUT std_logic);<

14、;/p><p><b>　　end div;</b></p><p>　　architecture one of div is</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　process(clk3)</p><p>　　variable cnt:integ

15、er range 0 to 1250;</p><p>　　variable tmp:std_logic;</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if(clk3'event and clk3='1')then</p><p>　　if cnt>=1249 the

16、n</p><p><b>　　cnt:=0;</b></p><p>　　tmp:=not tmp;</p><p>　　else cnt:=cnt+1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b&

17、gt;</p><p>　　clkout1<=tmp;</p><p>　　end process;</p><p><b>　　end one;</b></p><p><b>　　時(shí)序仿真圖：</b></p><p><b>　　模塊二： 控制器</

18、b></p><p>　　控制器的作用是根據(jù)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的值確定狀態(tài)轉(zhuǎn)換。本控制器的設(shè)計(jì)方法是利用時(shí)鐘沿的上升沿讀取前級(jí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，然后做出反應(yīng)。主要控制紅、綠、黃燈的亮、滅。</p><p><b>　　VHDL源程序：</b></p><p>　　LIBRARY IEEE;</p><p>　　USE IEE

19、E.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH;</p><p>　　ENTITY jiaotongd1 IS</p><p>　　PORT (CLK,R,SPC: IN STD_LOGIC;

20、 --時(shí)鐘、復(fù)位、特殊情況</p><p>　　LIGHT: OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0); --light:G1,R1,Y1,G2,R2,Y2;</p><p>　　Q1,Q2 : OUT INTEGER RANGE 0 TO 65);</p><p>　　END jiaotongd1 ;</p>

21、<p>　　ARCHITECTURE behav OF jiaotongd1 IS</p><p>　　TYPE STATES IS (S0,S1,S2,S3); --定義枚舉</p><p>　　SIGNAL STATE : STATES ;</p><p>　　SIGNAL T1,T2: INTEGER RANGE 0 TO 65;</p

22、><p><b>　　BEGIN </b></p><p>　　P1: PROCESS (CLK,STATE)</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　IF R='1'THEN STATE<=S0;T1<=60;T2<=65; --復(fù)位

23、</p><p>　　ELSIF SPC='1' THEN LIGHT<="010010"; --特殊情況亮紅燈</p><p>　　ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN </p><p>　　CASE STATE IS</p>

24、;<p>　　--states為s0時(shí)，南北方向亮綠燈，東西方向亮紅燈,60s</p><p>　　WHEN S0=> LIGHT<="100010"; </p><p>　　T1<=T1-1;T2<=T2-1; </p><p>　　Q1<=T1;Q2<=T2;</p>&l

25、t;p>　　IF T1=0 THEN</p><p>　　STATE<=S1;T1<=4;T2<=4;</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　--states為s1時(shí)，南北方向亮黃燈，東西方向亮紅，5s </p><p>　　WHEN S1=> LIGHT&

26、lt;="001010"; </p><p>　　T1<=T1-1;T2<=T2-1; </p><p>　　Q1<=T1;Q2<=T2;</p><p>　　IF T1=0 THEN</p><p>　　STATE<=S2;T1<=35;T2<=35;</p>&

27、lt;p><b>　　END IF; </b></p><p>　　--states為s2時(shí)，南北方向亮紅燈，東西方向綠燈，35s </p><p>　　WHEN S2=> LIGHT<="010100"; </p><p>　　T1<=T1-1;T2<=T2

28、-1; </p><p>　　Q1<=T1;Q2<=T2;</p><p>　　IF T2=0 THEN</p><p>　　STATE<=S3;T1<=6;T2<=6;</p><p>　　END IF; </p><p>　　--南北方向同時(shí)滅燈6s

29、 </p><p>　　WHEN S3=> LIGHT<="000000"; </p><p>　　T1<=T1-1;T2<=T2-1; </p><p>　　Q1<=T1;Q2<=T2;</p><p>　　IF T1=0 THEN</p><

30、;p>　　STATE<=S0;T1<=60;T2<=65;</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　WHEN OTHERS=>STATE<=S0;T1<=60;T2<=65;--主干道</p><p><b>　　END CASE;</b>&l

31、t;/p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　END behav;</p><p><b>　　時(shí)序仿真圖：</b></p><p>　　模塊三： 顯示控制電路</p><p>　

32、　譯碼首先是將二進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù)轉(zhuǎn)化為BCD碼，在把BCD碼經(jīng)過(guò)譯碼電路轉(zhuǎn)換數(shù)碼管顯示：</p><p><b>　　VHDL源程序：</b></p><p><b>　　二進(jìn)制轉(zhuǎn)化BCD:</b></p><p>　　LIBRARY IEEE;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC

33、_1164.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.all;</p><p>　　ENTITY yima2 IS</p><p>　　PORT (datain: IN STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO

34、 0); --時(shí)鐘、復(fù)位、特殊情況</p><p>　　--light:G1,R1,Y1,G2,R2,Y2;</p><p>　　daout: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));</p><p>　　END yima2 ;</p><p>　　ARCHITECTURE behav OF yima2 I

35、S</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　PROCESS(datain)</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　case datain is</p><p>　　when "0000000"=&g

36、t;daout<="00000000";</p><p>　　when "0000001"=>daout<="00000001";</p><p>　　when "0000010"=>daout<="00000010";</p><p>

37、　　when "0000011"=>daout<="00000011";</p><p>　　when "0000100"=>daout<="00000100";</p><p>　　when "0000101"=>daout<="0000010

38、1";</p><p>　　when "0000110"=>daout<="00000110";</p><p>　　when "0000111"=>daout<="00000111";</p><p>　　when "0001000"

39、;=>daout<="00001000";</p><p>　　when "0001001"=>daout<="00001001";--9</p><p>　　when "0001010"=>daout<="00010000";</p>&l

40、t;p>　　when "0001011"=>daout<="00010001";</p><p>　　when "0001100"=>daout<="00010010";</p><p>　　when "0001101"=>daout<="

41、00010011";</p><p>　　when "0001110"=>daout<="00010100";</p><p>　　when "0001111"=>daout<="00010101";</p><p>　　when "00100

42、00"=>daout<="00010110";</p><p>　　when "0010001"=>daout<="00010111";</p><p>　　when "0010010"=>daout<="00011000";</p>

43、<p>　　when "0010011"=>daout<="00011001";--19</p><p>　　when "0010100"=>daout<="00100000";</p><p>　　when "0010101"=>daout<

44、;="00100001";</p><p>　　when "0010110"=>daout<="00100010";</p><p>　　when "0010111"=>daout<="00100011";</p><p>　　when &qu

45、ot;0011000"=>daout<="00100100";</p><p>　　when "0011001"=>daout<="00100101";</p><p>　　when "0011010"=>daout<="00100110";&l

46、t;/p><p>　　when "0011011"=>daout<="00100111";</p><p>　　when "0011100"=>daout<="00101000";</p><p>　　when "0011101"=>daou

47、t<="00101001";--29</p><p>　　when "0011110"=>daout<="00110000";--30</p><p>　　when "0011111"=>daout<="00110001";</p><p&g

48、t;　　when "0100000"=>daout<="00110010";</p><p>　　when "0100001"=>daout<="00110011";</p><p>　　when "0100010"=>daout<="00110

49、100";</p><p>　　when "0100011"=>daout<="00110101";</p><p>　　when "0100100"=>daout<="00110110";</p><p>　　when "0100101&qu

50、ot;=>daout<="00110111";</p><p>　　when "0100110"=>daout<="00111000";</p><p>　　when "0100111"=>daout<="00111001";--39</p>

51、<p>　　when "0101000"=>daout<="01000000";</p><p>　　when "0101001"=>daout<="01000001";</p><p>　　when "0101010"=>daout<=&qu

52、ot;01000010";</p><p>　　when "0101011"=>daout<="01000011";</p><p>　　when "0101100"=>daout<="01000100";</p><p>　　when "01

53、01101"=>daout<="01000101";</p><p>　　when "0101110"=>daout<="01000110";</p><p>　　when "0101111"=>daout<="01000111";</p&

54、gt;<p>　　when "0110000"=>daout<="01001000";</p><p>　　when "0110001"=>daout<="01001001";--49</p><p>　　when "0110010"=>daout

55、<="01010000";</p><p>　　when "0110011"=>daout<="01010001";</p><p>　　when "0110100"=>daout<="01010010";</p><p>　　when

56、"0110101"=>daout<="01010011";</p><p>　　when "0110110"=>daout<="01010100";</p><p>　　when "0110111"=>daout<="01010101"

57、;</p><p>　　when "0111000"=>daout<="01010110";</p><p>　　when "0111001"=>daout<="01010111";</p><p>　　when "0111010"=>d

58、aout<="01011000";</p><p>　　when "0111011"=>daout<="01011001";--59</p><p>　　when "0111100"=>daout<="01100000";--60</p><

59、p>　　when "0111101"=>daout<="01100001";</p><p>　　when "0111110"=>daout<="01100010";</p><p>　　when "0111111"=>daout<="01

60、100011";</p><p>　　when "1000000"=>daout<="01100100";</p><p>　　when "1000001"=>daout<="01100101";--65</p><p>　　when others=&g

61、t;daout<="11111111";</p><p><b>　　END CASE;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　END behav;</p><p><b>　　BCD譯碼顯示：</b></p><p&

62、gt;　　LIBRARY IEEE;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.all;</p><p>　　ENTITY yima IS</p&

63、gt;<p>　　PORT (datain: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); --時(shí)鐘、復(fù)位、特殊情況</p><p>　　--datain2: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p><p>　　daout1: OUT STD_LOGIC_VECTOR( 6 DOWNTO 0); --lig

64、ht:G1,R1,Y1,G2,R2,Y2;</p><p>　　daout2: OUT STD_LOGIC_VECTOR( 6 DOWNTO 0));</p><p>　　END yima ;</p><p>　　ARCHITECTURE behav OF yima IS</p><p><b>　　begin</b>&

65、lt;/p><p>　　PROCESS(datain)</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　case datain(7 downto 4) is</p><p>　　when "0000"=>daout1<="1000000";</p&

66、gt;<p>　　when "0001"=>daout1<="1111001";</p><p>　　when "0010"=>daout1<="0100100";</p><p>　　when "0011"=>daout1<="0

67、110000";</p><p>　　when "0100"=>daout1<="0011001";</p><p>　　when "0101"=>daout1<="0010010";</p><p>　　when "0110"=&g

68、t;daout1<="0000010";</p><p>　　when "0111"=>daout1<="1111000";</p><p>　　when "1000"=>daout1<="0000000";</p><p>　　when

69、 "1001"=>daout1<="0010000";</p><p>　　when others=>daout1<="0000000";</p><p><b>　　END CASE;</b></p><p>　　case datain(3 downto 0)

70、 is</p><p>　　when "0000"=>daout2<="1000000";</p><p>　　when "0001"=>daout2<="1111001";</p><p>　　when "0010"=>daout2&l

71、t;="0100100";</p><p>　　when "0011"=>daout2<="0110000";</p><p>　　when "0100"=>daout2<="0011001";</p><p>　　when "010

72、1"=>daout2<="0010010";</p><p>　　when "0110"=>daout2<="0000010";</p><p>　　when "0111"=>daout2<="1111000";</p><p

73、>　　when "1000"=>daout2<="0000000";</p><p>　　when "1001"=>daout2<="0010000";</p><p>　　when others=>daout2<="0000000";</p&

74、gt;<p><b>　　END CASE;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　END behav;</p><p><b>　　四、總體設(shè)計(jì)電路圖</b></p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)總體電路圖</p><p>&

75、lt;b>　　部分管腳分配圖</b></p><p><b>　　五、硬件驗(yàn)證：</b></p><p>　　輸入CLK接50MHZ的晶振，輸出G1、Y1、R1、G2、Y2、R2分別接到6個(gè)發(fā)光二極管上，從而可以顯示主道以及次道之間的紅綠燈亮滅的狀態(tài)。數(shù)碼管依次顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間；結(jié)果正確，滿足要求。</p><p><b&

76、gt;　　六、總結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)這次實(shí)訓(xùn)，我們?cè)诔绦虻墓δ?，源程序修改以及最后的硬件調(diào)試波形仿真中取得了更深一步的成就，通過(guò)理論結(jié)合實(shí)際進(jìn)行不斷地修改、討論。填補(bǔ)了我們?cè)谶@一方面的不足，當(dāng)最后結(jié)果出來(lái)的時(shí)候，我們心比蜜甜，通過(guò)這次實(shí)訓(xùn)，我們?cè)趯?shí)踐中學(xué)會(huì)了很多在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)中無(wú)法學(xué)到得東西。將使我們?cè)谝院蟮墓ぷ髦惺芤娣藴\。</p><p><b>