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EDA与VHDL设计实验报告
交通灯控制器
方案一
一、设计任务要求
交通灯控制器:用于十字路口的交通灯控制器。
实验要求:
东西方向各有一组红,黄,绿灯用于指挥交通,红,黄,绿的持续时间分别为25s,5s,20s。
当有紧急情况(如消防车)时,两个方向均为红灯亮,计时停止,当特殊情况结束后,控制器恢复原来状态,正常工作。
组数码管,以倒计时方式显示两个方向允许通行或禁止通行的时间。
二、设计思路及总体结构框图
设计思路:
:由设计任务要求可知,总体输入电路有:
(1)在开始计时之前的等待状态,复位键reset接低电位,接通电源后,首先要将它接高电位,表示计时开始。
(2)当按一下(on_off)键,表示紧急情况发生,两个方向均为红灯亮,计时停止,当再次按下(on_off)键时,控制器恢复原来状态,正常工作。
输出电路:
(1)由于东西和南北方向都要显示时间,因此需要4个数码管,这样在设计中就需要四条输出线choose4,用来选通指定一个LED七段显示数码管。
(2)显示器的每一位都采用LED七段显示数码管进行显示,每一个LED七段显示数码管都要有七条输出线控制,一共使用4个七段数码管,故输出电路使用四个七位输出信号:showtime1,showtime2,showtime3,showtime4。
(3)东西和南北方向都有交通灯亮的情况,故输出电路中要有两个状态控制信号state1,state2分别控制东西和南北的灯,每个方向上有4个灯(增加了左、右转弯显示控制功能),所以state1,state2的类型应该是4位数组型的。
东西方向交通灯
外部电路图如下:
State1
State2
Showtime1
Showtime2
Showtime3
Showtime4
Choose4
clk 4/
stas
reset
南北方向交通灯
on_off 4/
7/
7/
7/
7/
4/
:
(1)在VHDL设计描述中,采用自顶向下的设计思路,该思路,首先要描述顶层的接口,上面的描述已经规定了交通灯控制的输入输出信号:
输入信号:复位开关信号reset;
紧急情况控制信号on_off;
外部时钟信号clk。
输出信号:LED七段显示数码管的选通信号choose4(3 downto 0);
LED七段显示数码管的输出信号showtime1(6 downto 0),showntime2(6 downto 0),showtime3(6 downto 0),showtome4(6 downto 0);
交通灯状态控制信号state1(3 downto 0),state2(3 downto 0)。
(2)在自顶向下的VHDL设计描述中,通常把整个设计的系统划分为几个模块,然后采用结构描述方式对整个系统进行描述。根据实验设计的结构功能,来确定使用哪些模块以及这些模块之间的关系。
由于紧急情况控制信号是采用按键的输入方式,其产生时刻和持续时间的长短是随机不定的,且存在因开关簧片反弹引起的电平抖动现象,因此必须在每个开关后面安排一个消抖和同步化电路模块,以保证系统能捕捉到输入脉冲,故需要有防抖动的模块。
由于外部时钟信号clk的频率为1MHz,而实际需要的内部计时时钟频率为1Hz,提供给消抖同步电路的频率为50Hz(满足按键)和提供给产生选通信号电路的时钟频率为200Hz(满足视觉暂留效应)。
当正常计时开始后,需要进行定时计数操作,由于东西和南北两个方向上的时间显示器是由两个LED七段显示数码管组成的,因此需要产生两个2位的计时信息:2个十位信号,2个个位信号,这个定时计数操作可以由一个定时计数器来完成,又因为交通灯的状态变化是在计时为0的情况下才能进行的,因此需要一个计时电路来产生使能信号,因此定时计数的功能就是用来产生2个2位计时信息和使能信号。
另外还需要将时间显示出来,为了节省资源,我采用了循环点亮LED七段显示数码管的方法来显示计时输出。通过信号choose4(3 downto 0)来对4个LED七段显示数码管进行选择。
由于不能使用7448自动译码集成电路,故在LED七段显示数码管显示时间时,要把计时结果转换为七段码输出到相应的LED七段显示数码管上,因此还需要一个转换电路。
交通灯状态控制也需要一个电路,当有使能信号及无紧急情况下,交通灯状态不发生变化,有紧急情况时,两个方向上均为红灯亮,紧急情况消除后,回到原来状态,无使能信号时,交通灯状态不变。
通过上面的分析,不难得知可以把交通灯控制系统划分为6个模块:键输入模块,时钟分频模块,计时模块,选通模块,显示模块,控制模块。各个模块之间的连接关系如下: