《交通燈控制器的設(shè)計 EDA課程設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《交通燈控制器的設(shè)計 EDA課程設(shè)計（15頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、
大 學
課程設(shè)計說明書
名稱 交通燈控制器的設(shè)計
院 系 電子信息工程系
班 級
姓 名
學 號
系 主 任
教研室主任
指導教師
目錄
第一章 緒論 3
1電子設(shè)計自動化簡介 3
1.1概要 3
1.2 EDA數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計 4
1.2.1 分析方法 4
第二章 設(shè)計要求 5
2 設(shè)計基本要求 5
2.1電路工作原理 5
第三章 系統(tǒng)
2、的設(shè)計 6
3 系統(tǒng)設(shè)計要求 6
3.1 設(shè)計思路 7
3.2 設(shè)計流程 7
3.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 8
3.4 系統(tǒng)程序 9
3.5 仿真與調(diào)試 14
第四章 心得體會 15
參考文獻 16
第一章 緒論
1電子設(shè)計自動化簡介
1.1概要
EDA技術(shù)是指以計算機為工作平臺，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進行電子產(chǎn)品的自動設(shè)計。
利用EDA工具，電子設(shè)計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計算機完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計、性能分析到設(shè)計出IC版圖或PCB版圖的整個過程的計算機上自動處理完
3、成。
現(xiàn)在對EDA的概念或范疇用得很寬。包括在機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學、軍事等各個領(lǐng)域，都有EDA的應(yīng)用。目前EDA技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學部門廣泛使用。
1.1.1 EDA系統(tǒng)的設(shè)計分類
根據(jù)采用計算機輔助技術(shù)的介入程度，可以分為三類：
第一類：人工設(shè)計方法，這是一種傳統(tǒng)的設(shè)計方法，從方案的提出到驗證和修改均采用人工手段完成，尤其是系統(tǒng)的驗證需要經(jīng)過實際搭試電路完成，花費大、效率低、制造周期長。
第二類：借助計算機來完成數(shù)據(jù)處理、模擬評價、設(shè)計驗證等部分，由人和計算機共同完成，但由于軟件匱乏，該階段許多工作尚需人工完成。
第三類：該階
4、段的世紀方法稱為電子設(shè)計自動化，這個階段發(fā)展起來的EDA工具，目的是在設(shè)計前期將設(shè)計工程師從事的許多高層次設(shè)計由工具完成。整個設(shè)計過程或大部分設(shè)計均有計算機完成。
1.1.2 EDA技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)形式
(1) CPLD/FPGA系統(tǒng)：使用EDA技術(shù)開發(fā)CPLD/FPGA，使自行開發(fā)的CPLD/FPGA作為電子系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)的主體。
(2) “CPLD/FPGA+MCU”系統(tǒng)：綜合應(yīng)用EDA技術(shù)與單片機技術(shù)，將自行開發(fā)的“CPLD/FPGA+MCU”作為電子系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)的主體。
(3) “CPLD/FPGA+專用DSP處理器”系統(tǒng)：將EDA技術(shù)與DSP專用處
5、理器配合使用，用“CPLD/FPGA+專用DSP處理器”構(gòu)成一個數(shù)字信號處理系統(tǒng)的整體。
(4) 基于FPGA實現(xiàn)的現(xiàn)代DSP系統(tǒng)：基于SOPC(a System on a Programmable Chip)技術(shù)、EDA技術(shù)與FPGA技術(shù)實現(xiàn)方式的現(xiàn)代DSP系統(tǒng)。
(5) 基于FPGA實現(xiàn)的SOC片上系統(tǒng)：使用超大規(guī)模的FPGA實現(xiàn)的，內(nèi)含1個或數(shù)個嵌入式CPU或DSP，能夠?qū)崿F(xiàn)復雜系統(tǒng)功能的單一芯片系統(tǒng)。
(6) 基于FPGA實現(xiàn)的嵌入式系統(tǒng)：使用CPLD/FPGA實現(xiàn)的，內(nèi)含嵌入式處理器，能滿足對象系統(tǒng)要求的特定功能的，能夠嵌入到宿主系統(tǒng)的專用計算機應(yīng)用系統(tǒng)。
1.2 EDA數(shù)字
6、系統(tǒng)設(shè)計
1.2.1 分析方法
傳統(tǒng)的電路設(shè)計方法都是自底向上進行設(shè)計的，也就是首先確定可用的元器件，然后根據(jù)這些器件進行邏輯設(shè)計，完成各模塊后進行連接，最后形成系統(tǒng)。
在基于EDA技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計的最重要環(huán)節(jié)——在系統(tǒng)的基本功能或行為級上對設(shè)計的產(chǎn)品進行描述和定義時，我們采用自頂向下分析，自底向上設(shè)計的方法。所謂“自頂向下分析”，就是指將數(shù)字系統(tǒng)的整體逐步分解為各個子系統(tǒng)和模塊，若子系統(tǒng)規(guī)模較大，則還需將子系統(tǒng)進一步分解為更小的子系統(tǒng)和模塊，層層分解，直至整個系統(tǒng)中各子系統(tǒng)關(guān)系合理，并便于邏輯電路級的設(shè)計和實現(xiàn)為止。
1.2．2 實現(xiàn)方法
1．硬件描述語言編程實現(xiàn)法
2．
7、原理圖設(shè)計實現(xiàn)法
3．參數(shù)可設(shè)置兆功能塊實現(xiàn)法
4．軟的或硬的IP核實現(xiàn)法
第二章 設(shè)計要求
2 設(shè)計基本要求
1）設(shè)計一個十字路口的交通燈控制器，能顯示十字路口東西、南北兩個方向的紅、黃、綠燈的指示狀態(tài)。用兩組紅、黃、綠三種顏色的燈分別作為東西、南北兩個方向的紅、黃、綠燈。變化規(guī)律為：東西綠燈亮，南北紅燈亮——東西黃燈亮，南北紅燈亮——東西紅燈亮，南北綠燈亮——東西紅燈亮，南北黃燈亮 ——東西綠燈亮，南北紅燈亮 ……，這樣依次循環(huán)。
2）南北方向是主干車道，東西方向是支干車道，要求兩條交叉道路上的車輛交替運行，主干車道每次通行時間為35秒，支干車道每次
8、通行的時間為25秒，時間可設(shè)置修改。
3）在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時，要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運行車道。
4）要求交通控制器有復位功能，在復位信號使能的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)交通燈的自動復位，并且要求所有交通燈的狀態(tài)變化，包括復位信號引起的均發(fā)生在時鐘脈沖的上升沿。
2.1電路工作原理
根據(jù)交通燈系統(tǒng)設(shè)計要求，可以用一個有限的狀態(tài)機來實現(xiàn)這個交通燈控制器。根據(jù)功能要求，明確兩組交通燈的狀態(tài)，這兩組交通燈總共有四種狀態(tài)，分別可用st0,st1,st2,st3不表示：
st0表示主干路綠燈亮，支干路紅燈亮；
st1表示主干路黃燈亮，支干路紅燈亮；
st2表示主干路紅燈亮，支干路綠燈亮；
st3
9、表示主干路紅燈亮，支干路黃燈亮；
根據(jù)上述四種描述列出的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如下表1所示及交通燈控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下圖1所示：
表1 交通燈控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表
第三章 系統(tǒng)的設(shè)計
3 系統(tǒng)設(shè)計要求
1）設(shè)計一個十字路口的交通燈控制器，能顯示十字路口東西、南北、南北左轉(zhuǎn)三個方向的紅、黃、綠燈的指示狀態(tài)。用三組紅、黃、綠三種顏色的燈分別作為東西、南北、南北左轉(zhuǎn)三個方向的紅、黃、綠燈。變化規(guī)律為：
南北綠燈亮，南北左轉(zhuǎn)紅燈亮 ，東西紅燈亮
南北黃燈亮，南北左轉(zhuǎn)紅燈亮 ，東西紅燈亮
南
10、北紅燈亮，南北左轉(zhuǎn)綠燈亮 ，東西紅燈亮
南北紅燈亮，南北左轉(zhuǎn)黃燈亮 ，東西紅燈亮
南北紅燈亮，南北左轉(zhuǎn)紅燈亮 ，東西綠燈亮
南北紅燈亮，南北左轉(zhuǎn)紅燈亮 ，東西黃燈亮
南北綠燈亮，南北左轉(zhuǎn)紅燈亮 ，東西紅燈亮這樣依次循環(huán)。
2）南北方向是主干車道，東西方向是支干車道，要求兩條交叉道路上的車輛交替運行，主干車道每次通行時間為35秒，主干轉(zhuǎn)彎車道每次通行時間為20秒，支干車道每次通行的時間為25秒，時間可設(shè)置修改。
3）在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時，要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運行車道。
4）要求交通控制器有復位功能，在復位信號使能的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)交通燈的自動復位，并且要求所有交通
11、燈的狀態(tài)變化，包括復位信號引起的均發(fā)生在時鐘脈沖的上升沿。
5)顯示器倒計時顯示時間
3.1 設(shè)計思路
1）本交通燈控制器是一個已知主、主左、支干道通行時間的系統(tǒng)，為了滿足主、主左、支干道通行時間變化要求，我們可設(shè)計一個可預(yù)置主、主左、支干道通行時間的交通控制器。
2）交通燈控制器的電路控制主要包括置數(shù)器模塊、定時計數(shù)器模塊、主控制器模塊和譯碼器模塊。置數(shù)器模塊將交通燈的點亮時間預(yù)置到置數(shù)電路中。計數(shù)器模塊以秒為單位倒計時，當計數(shù)值減為零時，主控電路改變輸出狀態(tài)，電路進入下一個狀態(tài)的倒計時。核心部分是主控制模塊。
3.2 設(shè)計流程
根據(jù)設(shè)計要求和系統(tǒng)所具有功能，并參考相關(guān)
12、的文獻資料，經(jīng)可行方案設(shè)計畫出如下所示的十字路口交通燈控制器系統(tǒng)框圖，及為設(shè)計的總體方案，框圖如下圖（2）所示：
CLK
交通燈控制及計時模塊
掃描顯示模塊
LED顯示
圖（2）交通燈控制器系統(tǒng)框圖
3.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3.4 系統(tǒng)程序
控制器電路程序：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY ledcontrol IS
PORT( reset,clk,urgen : IN STD_LOGIC;
13、state : OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);
sub,set1,set2,set3: OUT STD_LOGIC);
END ledcontrol;
ARCHITECTURE a OF ledcontrol IS
SIGNAL count : STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);
SIGNAL subtemp: STD_LOGIC;
BEGIN
sub<=subtemp AND (NOT clk) ;
statelabel:
PROCESS (reset,clk)
14、BEGIN
IF reset='1' THEN
count<="0000000";
state<="000";
set2<='1';
ELSIF clk'event AND clk='1' THEN
IF urgen='0' THEN count<=count+1;subtemp<='1';ELSE subtemp<='0';END IF;
IF count=0 then state<="000";set1<='1';set2<='1';set3<='1';
ELSIF count=35 then state<="001";se
15、t1<='1';
ELSIF count=40 THEN state<="010";set1<='1';set2<='1';
ELSIF count=60 THEN state<="011";set2<='1';
ELSIF count=65 THEN state<="100";set2<='1';set3<='1';
elsif count=90 THEN state<="101";set3<='1';
ELSIF count=95 THEN count<="0000000"; ELSE set1<='0'; set2<='0';set3<='0';END IF;
16、
END IF;
END PROCESS statelabel;
END a;
輸出顯示電路程序：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY ledshow IS
PORT(
clk,urgen : IN STD_LOGIC;
state : IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);
sub,set1,set2,set3: IN STD_LOGIC;
eg1,ey1,er1,edg2
17、,edy2,edr2,ng1,ny1,nr1: OUT STD_LOGIC;
led1,led2 : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));
END ledshow;
ARCHITECTURE a OF ledshow IS
SIGNAL count1,count2,count3: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
SIGNAL setstate1,setstate2,setstate3: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
SIGNAL etg1,ety1,etr1,edirr1,ed
18、irg1,ediry1,norg2,nory2,norr2: STD_LOGIC;
BEGIN
led1<="00000000" WHEN urgen='1' AND clk='0' ELSE
count1 WHEN state="000" ELSE
count1 WHEN state="001" ELSE
count2 WHEN state="010" ELSE
count2 WHEN state="011" ELSE
count2 WHEN state="100" ELSE
count1;
led2<="00000000" WHEN
19、urgen='1' AND clk='0' ELSE
count3 WHEN state="000" ELSE
count3 WHEN state="001" ELSE
count3 WHEN state="010" ELSE
count3 WHEN state="011" ELSE
count3 WHEN state="100" ELSE
count3 WHEN state="101" ELSE
count3;
etg1<='1' WHEN state="000" AND urgen='0' ELSE '0';
ety1<='1' WHE
20、N state="001" AND urgen='0' ELSE '0';
etr1<='1' WHEN state="010" or urgen='1' OR state="011" OR state="100" OR state="101" OR state="110" OR state="111" ELSE '0';
edirg1<='1' WHEN state="010" and urgen='0' ELSE '0';
ediry1<='1' WHEN state="011" and urgen='0' ELSE '0';
edirr1<='1' WHEN state="0
21、00" OR urgen='1' OR state="001" OR state="100" OR state="101" OR state="110" OR state="111" ELSE '0';
norg2<='1' WHEN state="100" AND urgen='0' ELSE '0';
nory2<='1' WHEN state="101" and urgen='0' ELSE '0';
norr2<='1' WHEN state="000" OR state="001" OR state="010" OR state="011" OR state="110" OR
22、 state="111" OR urgen='1' ELSE '0';
setstate1<="00110101" WHEN state="000" ELSE
"00000101" WHEN state="001" ELSE
"00110000"WHEN state="101" ELSE
"00100000" ;
setstate2<="00010101" WHEN state="000" ELSE
"00100000" WHEN state="010" ELSE
"00000101" WHEN state="01
23、1" ELSE
"00110000" WHEN state="100" ELSE
"00000000" ;
setstate3<="01100101" WHEN state="000" ELSE
"00100101" WHEN state="100" ELSE
"00000101" WHEN state="101" ELSE
"01100101" ;
label3:
PROCESS (sub)
BEGIN
IF sub'event AND sub='1' THEN
IF set3='1' THEN
24、count3<=setstate3;
elsif count3(3 downto 0)="0000" then count3<=count3-7;
ELSE count3<=count3-1;
END IF;
ng1<=norg2;
ny1<=nory2;
nr1<=norr2;
END IF;
END PROCESS label3;
label2:
PROCESS (sub)
BEGIN
IF sub'event AND sub='1' THEN
IF set2='1' THEN
count2<=setstate2;
25、elsif count2(3 downto 0)="0000" then count2<=count2-7;
ELSE count2<=count2-1; END IF;
edg2<=edirg1;
edy2<=ediry1;
edr2<=edirr1;
END IF;
END PROCESS label2;
label1:
PROCESS (sub)
BEGIN
IF sub'event AND sub='1' THEN
IF set1='1' THEN
count1<=setstate1;
elsif count1(3
26、downto 0)="0000" then count1<=count1-7;
ELSE count1<=count1-1;
END IF;
eg1<=etg1;
er1<=etr1;
ey1<=ety1;
END IF;
END PROCESS label1;
END a;
3.5 仿真與調(diào)試
系統(tǒng)總體仿真圖如圖（3）所示：
圖（3）系統(tǒng)總體仿真圖
復位電路仿真圖：
圖（4）復位仿真圖
系統(tǒng)硬件管腳分配圖如下：
圖（5）管腳分配圖
第四章 心得體會
參考文獻
【1】孫加存《 電子設(shè)計自動化 》西安電子科技大學出版社 2008
【2】譚會生等主編，《EDA技術(shù)及應(yīng)用》，西安電子科技大學出版社，2001
【2】江國強《 EDA技術(shù)與應(yīng)用 》北京電子工業(yè)出版社 2003
【3】焦素敏 《 EDA應(yīng)用技術(shù) 》北京清華大學出版社 2005
15
交通燈控制器的設(shè)計 EDA課程設(shè)計
