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1、湖南涉外经济学院Hunan International Economics UniversityEDA技术课程实验报告EDA技术及应用交通灯控制器设还信息科学与工程陈外流104328318117050课程名称: 报告题目: 学 部: 姓 名: 学 号: 班 级: 同组者: 指导教师:电信1002周际远曹铁军信息科学与工程学院2012-2013学年第二学期课程设计任务书报告题目交通灯控制器的设计完成吋间6. 19学生姓名陈外流专业班级电信1002 班指导教师曹铁军职称教授总体设计要求和技术要点(1)1.任务及耍求设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设罝红
2、、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行， 绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。红、绿、黄发 光二极管作信号灯，用传感器或逻辑开关作检测车辆是否到来的信号。主干道处 于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。主干道亮绿灯时，支干道亮红 灯；支干道亮绿灯时，主干道亮红灯。主、支干道均有车时，两者交替允许通行, 主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，设立45秒、25秒计时、显示电路。 在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5秒黄灯作为过渡，使行驶中的车 辆有时间停到禁行线外，设立5秒计时、显示电路。按湖南涉外经济学院课程 设计管理办法要求提交课程设计报告。工作内容及时间
3、进度安排第17周：周1周2 :立题、论证方案设计周3周5 :程序 设计与调试第18周：周1-一周3 :硬件调试与测试、撰写课程设计报告周4- 周5 :验收答辩课程设计成果1.与设计内容对应的软件程序2.课程设计总结报告摘要本实验为自主选题设计实验，实验选择具有倒 计时显示功能的红黄绿三色交通设计，实验中 采用VHDL作为设计功能描述语言，选用Altera 公司的 EP1K30144-PIN TQFP 最为主 控芯片，实验报告中简要介绍了 FPGA器件， 并给出了设计原理图，详细的介绍了交通灯的设计流程，实验报告中还附有实验代码实验结果照片AbstractThis experiment desi
4、gned for independent choice experiment,experiment choice which has thefunction of the countdown displayred yellow green traffic design,description language (VHDL as designfunction is applied in theexperiments, the most main controlchip select MAX II EPM240T100C5Altera company, experiment report,this
5、 paper briefly introduces the MAXII device series, and gives the designdiagram, detailed introduces thetraffic lights of the design process，the experiment report with the coderesults photo graph.目录一概述1.1课程设计背景1.2课程设计题目1.3课题功能补充二、系统设计与论证2.1系统设计思路2. 2系统框架设计2. 3输入输出设计2.4模块设计过程2.4. 1状态转换模块2.4.2数码管显示模块.2
6、.5模块描述2. 5. 1主控制模块2.5.2 45s时间倒计时模块.2.5.3 25s时间倒计时模块.2.5.4 5s吋间倒计吋模块.2. 5.5数据选择模块.1 111 2 .23444 55566772. 6整体电路图 S系统仿真四、心得体会五、附录5.1主控制模块源程序5. 2 45s模块源程序5.3 25s模块源程序5.4 5s模块源程序5.5数据选择模块源程序.99.10 .10 .12 .13 .14 16六、参考文献16七、老师评语及成绩171.1课程设计背景经过两个学期的电子线路设计测试实验，我们从基础的模电、数电典型电路的设计和 实现做起，从PSpice和MAXII的设计与
7、仿真，到面包板搭建电路的实践与测试，在 不断的学习和积累中，了解了电子技术设计的基本过程和基础知识。在本学期，我们 迎来了电子技术课程设计，这是一次将理论付诸实践的宝贵机会，是提升我们运用电子技术设计手段实现实际问题的能力的良好机遇。在选题阶段，我踌躇满志的和另一个同学选择了 SD卡音乐播放器这个选做题，但是 由于没有足够地去深入了解相关的技术问题，致使在开题时没有通过曾老师的验收， 只能十分遗憾的选择了基础题，改做交通灯控制器了。虽然奋些遗憾，因为当初觉得 自己冇能力完成那样一个选做题，但是这也给了我一个深刻的教训，在机遇和挑战面 前，再有信心也要做好充足的准备来证明你的实力。另一方面给我的
8、启示就是，尽管 一个相同的题A前人做了很多工作，给我们提供了一个很好的平台，但是如果我们只 是去读懂和使用它们，仅限在这样一个层次是远远不够了，要学会从前人的研宂成果 中寻找新的突破点，利用自己已掌握的知识或者所具备的能力，在原有的基础上实现 更加丰富的功能，这才应该是我们做课程设计的最终目的。仅仅看懂别人的设计思路 和代码并不是能力的体现，而真正锻炼我们能力的是在充分掌握前人设计手段的基础上，融会贯通地使原有的设计更加结合实际，更加完善。1.2课程设计题目设计一个十字路口交通信号灯的控制电路。要求红、绿灯按照一定的要求亮和灭，并在亮灯期间进行倒计时，且将运行时间用数码管显示出来。要求主干道每
9、次通行时间为45秒，支干道每次通行时间为25秒。每次变换运行车道前绿灯闪烁，持续时间为5秒。即车道要由45转换为25时，主干道在通行时间只剩下5秒钟时，绿灯闪烁显示，支干道仍为红灯。可以对主、支方向上的交通灯运行吋间进行重新设置。1.3课题功能补充在原有题目功能要求的基础上，我对交通灯控制器的功能在设计方面进行了补充，主要体现在：增加主、支干道左转红绿信号灯；增加主、支干道左转运行时间倒计时，并用数码管显示；增加LED同步显示当前运行状态功能，即用LED显示信号灯状态；功能增加了，可以说任务量也增加了不少。就最为关键的吋间设置和显示方面，由于 增加了两个左转方向的运行时间，虽然只是增加了两个状
10、态，但是同时显示四个方向 的等待和通行的倒计时，确实在开始设计时，我有些茫然，觉得无从不手。我花了很 长吋间在网上奔阅实际中的交通灯到底是如何计时和运行的，也到学校周围的路口实 地调查过儿种十字路口交通灯的设置，慢慢的从实际设置需求中理清头绪，具体的设计思路将在后面的部分详细说明。二、系统设计2. 1系统设计思路前面讲到，基于状态机的方法可以轻松实现交通灯的控制，而状态转换利用Verilog 中的case和循环语句很容易实现。我将四种状态的转换顺序设置为：主直一主左一 次直一次左一主直一（依次循环），每个状态在设罝时间的基础上由倒计时进行 状态的变换。以上都是比较容易实现的，也是很多经典的例子
11、上有讲解过的，下面我着重说明下如何实现四个方向同时进行等待和通行的倒计时。用四组数码管来显示主、次干道直行和左转倒计时，首先需要了解这四组数码管显示 的规律，也就是显示计数的规律。在网上査阅资料的吋候，通过观看一段视频，我茅 塞顿开。这个视频展示的是基于51单片机实现的交通灯控制器的实物功能演示，它 也是利用了四组数码管分别显示四个方向的倒计时。通过反复观看我发现，其实在四 个方向中，一个是通行倒计时，另外三个是等待倒计时，而等待倒计时又是它之前状 态通行时间之和，在显示的效果上就是总会有两组倒计时数值是相同的，即和邻状态 的那两个是和同的，一个是正在通行，一个是等待上一状态通行的结束。这之后
12、的两 个状态显示的倒计时是累加上之前未通行状态的设置时间和正在通行状态的剩余时间之和。如图所示:图1状态转换图 主遑剃余时M图2倒计时显示方式（以主千道正在通行力例）2.2系统框架设计通过以上分析，可以较为清晰地看出在系统设计状态转换和一些实现方式的设计思路，下面说明系统的框架整体设计思路。整体框架思路为：首先将教学实验箱提供的50MHZ时钟信号分频，转换为可利用的 1Hz CP信号，同时为了实现绿灯在Is内闪烁一次，再转换出一个2Hz的CP信号提 供给需要闪烁的绿灯。然后是设置吋间的功能模块，通过幵关可以分别设置四个方向 的运行吋间，并将设置的时间传送到状态转换模块中。在状态转换功能模块中，
13、通过 前面传送来的设定通行时间进行倒计时和转换状态，并输出当前方向通行剩余时间和 四向使能EN信号。在时间显示功能模块中，接收到前而的设置时间、剩余时间、使 能信号，运用前面说明的现实方式的逻辑，计算出等待时间，在该向通行时显示剩余 时间，在该向等待时显示等待时间，最终将时间信号输出到数码管显示模块；另外， 由于数码管数量的限制，只能一次性显示8个（即四组），那么宄竞是显示倒计时还 是显示设置时间就需要一个幵关信号来区分，于是设置一个输入信号来判别是否进入 设置模式，并且只能在设置模式下设置吋间。LED信号灯显示功能模块则将状态转换 模块输出的EN使能信号和2Hz的CP信号以及当前剩余时间作为
14、输入，根据状态点亮 相应的LED信号灯。LED显示功能模块的原理和LED信号灯显示模块类似，也是根据 同步状态EN使能信号，通过刷新字符的方式，改变和显示当前通行状态。最后，数 码管显示功能模块是结合DE2教学幵发板数码管的编码规则将BCD码转换为七段码，在译码后显示出来。图3系统框图上图所示的系统框图只是大致说明系统的框架和流程，没有具体到每个模块的输入和 输出，在前而的文字描述中有所说明，更加详细的设计说明将在后而模块功能说明的详细介绍。2. 3输入输出设计根据功能需要，输入设计采用两个按键，模拟主干道、支干道有车过来。吋钟信号输 入为1MHz的吋钟频率振荡器。输入设计采用4个数码管用于显示倒计吋，8个LED灯作为交通信号。2.4模块设计过程2. 4. 1状态转换模块该模块是控制器的核心部分，但是原理其实很简单，只是输入输出量很多，获取的信 息多，处理后输出的信息也多。前文已说明了状态转换的思想是该控制器实现的主要思路，那么如何处理好这么多输入输出的关系就成为了重点需要解决的问题了。 输入部分的关键是四向设定通行时间的传入，这可以从时间设置模块的输出获取。 这四个设定时间传入的时间需耍选择好，即选择恰当的时机读取新的设置通行时间， 因为设置时间的操作
