交通灯控制器设计报告.doc

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1、交通灯控制器设计报告一．设计目的.（1）   初步学习，运用VHDL(Verilog)语言编写模块程序。（2）   巩固课堂所学的组合逻辑电路，时序逻辑电路及其有关的应用，如计数器，分频器等。（3）   提高实践及运用意识。二．设计任务及要求.利用EDA/SOPC实验开发平台提供的八位七段管码显示模块以及EP2C35核心板，实现交通灯信号控制器。设交通灯信号控制器用于主干道公路的交叉路口，要求是优先保证主干道的畅通，因此，平时处于“主干道绿灯，支道红灯”状态。（1）当处于“主干道绿灯，支道红灯”状态：①主干道有车要求通行，支道也有车要求通行时，若主干道通行时间大于等于30秒则切换到“

2、主黄，支红”，4秒后自动切换到“主红，支绿”。②主干道无车要求通行，支道有车要求通行时，立即切换到“主黄，支红”，4秒后自动切换到“主红，支绿”。其它情况保持“主绿，支红”状态。（2）当处于“主干道红灯，支道绿灯”状态：①支道有车要求通行时，保持“主红，支绿”状态，但最多保持30秒然后自动切换到“主红，支黄”状态，4秒后自动切换到“主绿，支红”状态。②支道无车要求通行时，立即切换到“主红，支黄”状态，4秒后自动切换到“主绿，支红”状态。（3）利用八位七段管码显示模块其中的2位实现时间显示。（4）扩展要求：自主设计（如改变时间显示方式，丰富控制逻辑等）三．设计原理及方案.1.总体设计框

3、图 2.原理概述：（1）由于主干道，支干道的交通灯均在绿，黄，红三种状态之间有顺序的转换，组合共有四种。所以，利用状态机按照设定的条件实现“主绿，支红”、“主黄，支红”、“主红，支绿”、“主红，支黄”4种状态之间的切换。(2)因为红黄绿灯之间转换有时间限制，所以要有计数器，可用七段数码管显示模块，由于时间是两位数，所以只需要八位七段管码显示模块其中的2位实现时间显示。(3)由于实验室提供的基准频率为50MHZ,所以得用分频器得到所需要的频率。 四．电路设计及实现.（1）各模块设计程序及模块图：1定时器定时器由系统秒脉冲和同步计数器构成。时钟脉冲上升沿到来时，在控制信号ST的作用下，计

4、数器从零开始计数，并向控制器提供模M25、M5信号，即TL、TY。定时器框图如下。　器件：计数器选用74LS161或74LS163及门电路若干。定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）和计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。２控制器控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。根据ASM图可得状态表如表1-1。选用两个D触发器FF1、FF0为时序寄存器产生4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Qn1Q0n＝0

5、0状态时，如果TL＝0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1＝01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项"X"表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。状态转换信号Q1nQ0nTLTYQ1n+1Q0n+1ST000X000001X01101X001001X1111110X110111X10110X010010X1001输入输出现态状态转换条件次态交通灯控制器状态图根据状态转换表可以推出状态方程和ST信号方程，其方法是：将Q1n+1Q0n+1和ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中"1"用原变量表示，"0"用反变量表示，然

6、后将各与项相或，即可得到下面的方程：根据以上方程，选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值Qn1Q0n加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。控制器的逻辑图如图所示。器件：74ls74（D触发器）、74ls153（双四选一数据选择器）3译码器系统输出是在Q1Q0驱动下的六个信号灯，各状态与信号灯的关系由下表出。状态AGAYARBGBYBR001   0   00   0   1010   1   00     0     1100   0   11     0     0110   0   10     1     0译

7、码器状态图由上表得到灯光信号与控制器状态变量的关系为:器件:选用74LS138或74LS139（2）总体原理图： （3）管脚对应表信号名称对应FPGA管脚名说明50MHzL1基准时钟AG6七段数码管aBG7七段数码管bCH3七段数码管cDH4七段数码管dEH5七段数码管eFH6七段数码管fGJ4七段数码管gSEL0G5数码管选择控制端0SEL1G3数码管选择控制端1SEL2F4数码管选择控制端2R1D3主干道红灯Y1D4主干道黄灯G1D5主干道绿灯R2E3