课程设计（论文）-基于fpga的交通灯控制器

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1、《基于FPGA的交通灯控制器》课程设计学生姓名：王军峰学号：专业班级：集成电路0701指导教师：刘有耀2010年7月2日目录一、设计任务:………………………………………………………3二、题目分析与整体构思:………………………………………3三、硬件电路设计…………………………………………………4四、验证仿真………………………………………………………6五、程序设计………………………………………………………8六、验证设计………………………………………………………13七、故障及问题分解……………………………………………14八、心得体会:………………………………………

2、……………14九、参考文献:……………………………………………………15一、设计任务（一）有一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，主干道为东西向，支干道为南北向。为确保车辆安全，迅速地通行，在交叉道口的每个入口处设置了红，绿，黄3色信号灯。（二）要求：（1）主干道绿灯亮时，支干道红灯亮，反之亦然，两者交替允许通行，主干道每次放行45s，支干道每次放行40s。每次由绿灯变为红灯的过程中，黄灯亮5s作为过渡。（2）能实现正常的倒计时显示功能。（3）能实现总体清零功能：计数器由初始状态开始计数，对应状态的指示灯亮。（4）能实现特殊状态的功能显示：进入特殊

3、状态时，东西、南北路口均显示红灯状态。二、题目分析与整体构思（一）该交通灯控制器应具备的功能主干道绿灯45sec，支干道绿灯40sec，黄灯5sec过渡。同时用数码管指示当前状态（红、黄、绿）剩余时间。另外，设计一个紧急状态和复位状态，当紧急状态出现时，两个方向都禁止通行，指示红灯；紧急状态解除后，指示紧急状态前的时间。当复位状态出现时，整个系统恢复起始状态。（二）实现方案从题目中计数值与交通灯的亮灭的关系如图（1）所示。当主干道绿灯40秒和5秒黄灯过渡时，支干道必须禁止通行，即支干道红灯亮40+5=45秒；当支干道由红灯转为绿灯时，支干道亮40秒绿灯和5秒

4、黄灯过渡，此时主干道红灯应亮40+5=45秒。040s45s90s绿灯亮黄灯亮红灯亮主干道时间支干道红灯亮绿灯亮黄灯亮45s85s90s图1图（2）为各个模块组成图，显示器模块其功能是输出主干道和支干道的倒计时数。该模块输入为1KHZ的动态扫描时钟信号和4个0~9的十进制数；输出由LED七段数码管显示输入的4位十进制数。显示模块控制器分频器50Mflagretr1y1g1r2y2g2红绿灯显示图2三﹑硬件电路设计动态LED显示的设计方法是将不同LED模块的所有的LED的驱动端一对一地连接到一起，而将其公共极（阴极或阳极）分别由不同的IO口来驱动（主要针对7段

5、码和LED点阵模块）。动态显示方式主要是出于简化电路和产品成本考虑在大多数场合都可以达到用户要求。动态显示虽然占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。另外，本设计显示需要使用的是4个七段显示数码管。在计时结果显示电路中，七段数码管显示部分是一个不容忽视的环节，如若处理不得当，可能引起系统功率过大，产生散热问题，严重时甚至会导致系统的烧毁。为了解决好以上问题，下面就对七段数码管显示电路做简要的分析和介绍。通常点亮一个LED所需的电流是5～50mA，通电的电流愈大，LED的亮度愈高，相对的也会使其寿命缩短。一般以10mA的导通电流来估算它所必须串联

6、的阻值，其计算方式参考如图1所示。　　图1单个LED的串接电阻计算方式七段显示器可分为共阳极、共阴极型两种，它们都可以等效成8个LED的连接电路，其中如图2就是共阴极型七段显示器的等效电路和每节LED的定义位置图。　　因此，若要点亮七段显示器以实现一个3的数字符号并不点亮P点LED，则输入七段显示码是“”（低电平点亮），而且这个码字的每个位所对应位置和如图2相同，顺序是“pgfedcba”。依此类推可得到0～9的显示码。图2共阴极型七段显示器的LED位置定义和等效电路由于本设计的目标是设计倒计时显示系统，要求显示4个0~9的数字，依照图1的计算方式，同时点亮

7、－个七段显示器的8节LED，结果将需电流为10mA×8＝80mA。若再进－步同时点亮4个七段显示器，这时所需电流为80mA×4=320mA。这对于一般的电子电路来说，是一个不小的电流，不但CPLD＆FPGA无法负荷这样的电流驱动，而且这个功率也太大，散热也是问题，电路容易被烧毁。因此显示电路部分不能直接实现各个计时结果同时显示，只能另外通过一个扫描电路对计时输出进行逐个扫描，使七段数码管以两个为一个组，逐个进行显示。只要每个扫描频率超过人的眼睛视觉暂留频率24Hz，就可以达到点亮两个七段数码管，却能享有所有七段数码管同时显示的视觉效果，而且显示也不致闪烁抖动

8、，从而间接实现计时结果同时显示。故输入除了四个十进制