[毕业设计 论文 精品]基于FPGA的交通灯课程设计论文.doc

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1、目录%1.方案分析与对比21.1方案分析21・2方案对比2%1.整体设计论述3%1.单元模块设计与仿真63.1时钟分频模块63・2交通灯控制及计时模块73.3扫描显示译码模块1013133.4顶层文件的编写硬件实验方案及实验结果4・1硬件实验方案4.2实验结果15五.收获和体会1517六・参考文献13附录（程序代码）%1.方案分析与对比§1.1方案分析通过分析可以知道，所要设计的交通信号灯控制电路要能够适用于由-条主干道和一条支干道的汇合点形成的十字交叉路口。能够做到主、支干道的红绿灯闪亮的时间不完全相同，在绿灯跳变红灯的过程屮能够用黄灯进行过渡，使

2、得行驶过程屮的车辆有足够的时间停下来。还要求在主、支干道各设立一•组计吋显示器，能够显示相应的红、黄、绿倒计时。可以利用VHDL语言合理设计系统功能,使红黄绿灯的转换有一个准确的吋间间隔和转换顺序。§1.2方案对比实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器和单片机等方案来实现。若用单片机方案来实现的话，模型可以由电源电路、单片机主控电路、无线收发控制电路和显示电路四部分组成。在电源电路屮，需要用到+5V的直流稳压电源，无线收发控制电路和显示电路应由编码芯片和数据发射模块两部分组成，主控电路的主要元件为AT89C5K硬件设计完

3、成后还要利用计算机软件经行软件部分的设计才能够实现相应的功能。虽然利用单片机系统设计的交通灯控制器相对来说较稳定，能够完成较多功能的实现，但这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了功能修改及系统设计与调试的困难。相反，使用基于FPGA的设计方法具有周期短，设计灵活，易于修改等明显的的优点。而且，随着FPGA器件、设计语言和电子设计自动化工具的发展和改进，越来越多的电子系统采用FPGA来设计。未来，使用F卩GA器件设计的产品将出现在各个领域里。因此，此次的交通信号灯控制器的设计将采用基于FPGA的设计方案來实现所要求的功能。

4、%1.整体设计论述根据设计要求和系统所具有的功能，并参考相关的文献资料，经行方案设计,可以画出如下图所示的交通信号灯控制器的系统框图。系统的状态图如下所示so：支干道没有车辆行驶，支干道绿灯，支干道红灯S1:支干道有车辆行驶，支干道绿灯，支干道红灯S2:主干道黄灯，支干道绿灯S3:主干道红灯，支干道绿灯S4:主干道红灯，支干道黄灯根据以上设计思路，可以得到如下的顶层文件原理图顶层文件的实体图:ijtdled[5..O]sel[2..O]carseg[6..01:inst6%1.单元模块设计与仿真§3.1时钟分频模块系统的动态扫描需要1HZ的脉冲，而系

5、统时钟计时模块需要1HZ的脉冲。分频模块主要为系统提供所需的吋钟计吋脉冲。该模块将lkHZ的脉冲信号进行分频，产生1S的方波，作为系统吋钟计吋信号。其实休模块如下：fpelkCLK1Sinst,・a••斗••、亠•o斗・•■¥••、亠•••尸•••/••将EXDTIME改为5SCLK采用系统的1KHZ的时钟脉冲仿真波形如下:可以看到能够得到Is的时钟脉冲%1.单元模块设计与仿真§3.1时钟分频模块系统的动态扫描需要1HZ的脉冲，而系统时钟计时模块需要1HZ的脉冲。分频模块主要为系统提供所需的吋钟计吋脉冲。该模块将lkHZ的脉冲信号进行分频，产生1S的

6、方波，作为系统吋钟计吋信号。其实休模块如下：fpelkCLK1Sinst,・a••斗••、亠•o斗・•■¥••、亠•••尸•••/••将EXDTIME改为5SCLK采用系统的1KHZ的时钟脉冲仿真波形如下:可以看到能够得到Is的时钟脉冲§3.2交通灯控制及计时模块控制模块根据外部输入信号和计时模块产生的输出信号，产生系统的状态机，控制其他部分协调工作。计时模块用来设定主干道和支干道计时器的初值,并为扫描显示译码模块提供倒计吋时间。控制及计吋模块采用状态机进行设计，可以定义出5种状态，分别为SO:主干道绿灯，支干道红灯且没有车辆行驶；S1:主干道绿灯，

7、支干道红灯或支干道有车辆驶入；S2:主干道黄灯，支干道红灯；S3:主干道红灯，支干道绿灯；S4:主干道红灯，支干道黄灯。利用CASE语句定义状态的转换方式及吋间的变换方式，达到主干道绿灯亮45秒，支干道绿灯亮25秒，黄灯亮5秒的设计要求。其实体模块如下：CLK1STIME1H[3..O]carTIME1L[3..O]TIME2H[3..O]TIME2L[3..O]count[6..0]led[5..01instlCAR为支干道车辆检测开关在支干道有车的情况下，模块可以进行减计吋CLKIS为IS的时钟脉冲TIME1H、TIME1L、TIME2H、TIM

8、E2L分别为主干道时钟高位、主干道吋钟低位、支干道时钟高位、支干道时钟低位LED为LED灯发光情况，分别为主