第一篇：數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)交通燈控制器

東南大學(xué)

《數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)》

設(shè)計(jì)報(bào)告

項(xiàng)目名稱： 交通燈控制器

姓

名：

學(xué)

號：

專

業(yè)：

實(shí) 驗(yàn) 室： 電工電子實(shí)驗(yàn)中心

組

別：

無

同組人員：

無

設(shè)計(jì)時(shí)間： 2016 年月 26 日

——

2016 年 9 月 20日 評定成績：

審閱教師：

目錄

一.設(shè)計(jì)方案及論證……………………………………………… 3 二．模塊設(shè)計(jì)……………………………………………………… 5 三.總體設(shè)計(jì)與仿真……………………………………………… 10 四.總結(jié)…………………………………………………………… 12 一.設(shè)計(jì)方案及論證

1.設(shè)計(jì)使用環(huán)境

本交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用Verilog HDL語言進(jìn)行設(shè)計(jì)編程，利用Cyclone EP1C6Q240C8芯片和一些外圍器件組成硬件電路，利用Quartus II軟件將編寫好的程序進(jìn)行編譯和仿真，并將調(diào)試完成的程序下載到Cyclone EP1C6Q240C8芯片上，通過觀測電路板上的紅綠信號燈以及數(shù)碼管顯示來分析系統(tǒng)的性能。

2.設(shè)計(jì)任務(wù)分析

主干道與鄉(xiāng)村公路十字交叉路口在現(xiàn)代化的農(nóng)村星羅棋布，為確保車輛安全、迅速地通過，在交叉路口的每個(gè)入口處設(shè)置了紅、綠、黃三色信號燈。紅燈禁止通行；綠燈允許通行；黃燈亮則給行駛中的車輛有時(shí)間行駛到禁行線之外。主干道和鄉(xiāng)村公路都安裝了傳感器，檢測車輛通行情況，用于主干道的優(yōu)先權(quán)控制。

設(shè)計(jì)要求：

1)當(dāng)鄉(xiāng)村公路無車時(shí)，始終保持鄉(xiāng)村公路紅燈亮，主干道綠燈亮。2)當(dāng)鄉(xiāng)村公路有車時(shí)，而主干道通車時(shí)間已經(jīng)超過它的最短通車時(shí)間時(shí)，禁止主干道通行，讓鄉(xiāng)村公路通行。主干道最短通車時(shí)間為25s。

3)當(dāng)鄉(xiāng)村公路和主干道都有車時(shí)，按主干道通車25s，鄉(xiāng)村公路通車16s交替進(jìn)行。4)不論主干道情況如何，鄉(xiāng)村公路通車最長時(shí)間為16s。

5)在每次由綠燈亮變成紅燈亮的轉(zhuǎn)換過程中間，要亮5s時(shí)間的黃燈作為過渡。6)用開關(guān)代替?zhèn)鞲衅髯鳛闄z測車輛是否到來的信號。用紅、綠、黃三種顏色的發(fā)光二極管作交通燈。7)數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示

3.測量控制原理

1）通過乒乓開關(guān)來控制FPGA輸入信號的電平，從而控制交通燈工作。

2）利用FPGA輸出的電平信號去驅(qū)動(dòng)靜態(tài)數(shù)碼管及三色小燈來模擬交通燈。

4.頂層設(shè)計(jì)方案框圖及說明

1）交通燈控制器框圖

C表示鄉(xiāng)村道路是否有車到來，1表示有，0表示無；SET用來控制系統(tǒng)的開始及停止；RST是復(fù)位信號，高電平有效，當(dāng)RST為1時(shí)，恢復(fù)到初始設(shè)置；CLK是外加時(shí)鐘信號；MR、MY、MG分別表示主干道的紅燈、黃燈和綠燈；CR、CY、CG分別表示鄉(xiāng)村道路的紅燈、黃燈和綠燈，1表示亮，0表示滅。

2）流程圖

MGCR表示主干道綠燈，鄉(xiāng)村道路紅燈；MYCR表示主干道黃燈，鄉(xiāng)村道路紅燈；MRCG表示主干道紅燈，鄉(xiāng)村道路綠燈；MRCY表示主干道紅燈，鄉(xiāng)村道路黃燈；T0=1表示主干道最短通車時(shí)間到，T1=1表示5秒黃燈時(shí)間到，T2=1表示鄉(xiāng)村道路最長通車時(shí)間到。二.模塊設(shè)計(jì)

1.模塊功能及端口說明

1）分頻模塊

輸入端為clk_in，即實(shí)驗(yàn)箱自帶脈沖輸入信號，輸出端為clk，即想得到的頻率。2）主控制模塊

輸入端為CLK、RST、C。其中c為鄉(xiāng)村道路開關(guān)，為1時(shí)表示鄉(xiāng)村道路有車；rst為初始化開關(guān)，為1時(shí)表示初始化為主干道綠燈，鄉(xiāng)村道路紅燈的狀態(tài)。

輸出端為MG、MY、MR、CG、CY、CR分別表示主干道和鄉(xiāng)村道路的紅黃綠燈，與LED燈相連；mh、ml、ch、cl分別表示主干道和鄉(xiāng)村道路倒計(jì)時(shí)顯示的高低位，與數(shù)碼管相連。

3）數(shù)碼管顯示模塊

輸入端為clk和count，輸出端為LED。

2.主要功能的設(shè)計(jì)方法

1）分頻模塊

試驗(yàn)箱可選晶振有2M和50M，選擇使用2M后，設(shè)置分頻系數(shù)為2000000，每計(jì)數(shù)到1000000，則輸出取反，最終可得到1HZ的時(shí)鐘信號。

2）主控制模塊

設(shè)置兩個(gè)外部控制條件：初始化（RST）；鄉(xiāng)村干道是否有車（C）；

設(shè)置一個(gè)內(nèi)部計(jì)數(shù)變量：NUM，通過相關(guān)運(yùn)算取余取整得到數(shù)碼管顯示高低位；

通過有限狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)四個(gè)狀態(tài)的循環(huán)切換。

3.Verilog設(shè)計(jì)程序及說明

1）分頻模塊

module fre(clk_in,clk);input clk_in;output clk;reg clk;reg [31:0]k;always @(negedge clk_in)begin

if(k>=1000000)//1000000分頻 begin clk<=~clk;//取反

k<=0;end else

k<=k+1;//計(jì)數(shù)

end endmodule 2）主控制模塊

module traffic(CLK,RST,C,MG,MY,MR,CG,CY,CR,mh,ml,ch,cl);input CLK,RST,C;output [3:0]mh,ml,ch,cl;output MG,MY,MR,CG,CY,CR;reg [3:0] mh,ml,ch,cl;reg MG,MY,MR,CG,CY,CR;reg [31:0] COUNT;reg [5:0]state;parameter s1=6'b100001,s2=6'b010001,s3=6'b001100,s4=6'b001010;always @(posedge CLK)if(RST)//初始化

begin

state = s1;//最初狀態(tài)，主通行，鄉(xiāng)村不通行 MG=1;MY=0;MR=0;CG=0;CY=0;CR=1;COUNT = 0;

mh=2;//主干道綠燈25s，鄉(xiāng)村道路紅燈5s

ml=5;

ch=3;

cl=0;

end else case(state)s1: begin COUNT = COUNT+1;

if((COUNT>=25)&&(C==1))//25s已計(jì)完且鄉(xiāng)村道路來車，跳轉(zhuǎn)到s2狀態(tài)

begin

state = s2;//主干道黃燈，鄉(xiāng)村道路紅燈

MG=0;MY=1;MR=0;CG=0;CY=0;CR=1;COUNT = 0;mh=0;ml=5;ch=0;cl=5;end else if(COUNT<25)//25s沒有計(jì)完，保持s1狀態(tài)

begin

state = s1;

MG=1;MY=0;MR=0;CG=0;CY=0;CR=1;

mh=(25-COUNT)/10;//取整取余換算，倒計(jì)時(shí)顯示

ml=(25-COUNT)%10;ch=(30-COUNT)/10;cl=(30-COUNT)%10;end else if(COUNT >= 25 && C == 0)//25s計(jì)完，鄉(xiāng)村道路仍然沒有車

begin

state = s1;//保持s1 MG=1;MY=0;MR=0;CG=0;CY=0;CR=1;mh=0;//數(shù)碼管顯示0

ml=0;

ch=0;

cl=0;

end

end s2: begin COUNT = COUNT+1;

if(COUNT==5)//5s黃燈已計(jì)完

begin

state = s3;//主干道紅燈，鄉(xiāng)村道路綠燈 MG=0;MY=0;MR=1;CG=1;CY=0;CR=0;COUNT = 0;

mh=2;//主干道21s紅燈，鄉(xiāng)村道路16s綠燈

ml=1;

ch=1;

cl=6;

end else

begin

state = s2;//5s黃燈未計(jì)完時(shí)，保持s2狀態(tài)

MG=0;MY=1;MR=0;CG=0;CY=0;CR=1;

mh=0;

ml=5-COUNT;

ch=0;

cl=5-COUNT;

end end s3: begin COUNT = COUNT+1;

if(((COUNT>=16)&&(C==1))||(C==0))//鄉(xiāng)村道路16s通行時(shí)間已結(jié)束，不管有無來車，均跳轉(zhuǎn)s4狀態(tài)

begin

state = s4;//主干道紅燈，鄉(xiāng)村道路黃燈

MG=0;MY=0;MR=1;CG=0;CY=1;CR=0;

COUNT = 0;

mh=0;

ml=5;

ch=0;

cl=5;

end else

begin

state = s3;//16s未結(jié)束，仍保持s3狀態(tài)

MG=0;MY=0;MR=1;CG=1;CY=0;CR=0;

mh=(21-COUNT)/10;

ml=(21-COUNT)%10;

ch=(16-COUNT)/10;

cl=(16-COUNT)%10;

end end s4: begin COUNT = COUNT+1;if(COUNT==5)//5s黃燈時(shí)間結(jié)束

begin

state = s1;//回到s1狀態(tài)

MG=1;MY=0;MR=0;CG=0;CY=0;CR=1;

COUNT = 0;

mh=2;

ml=5;

ch=3;

cl=0;

end else

begin

state = s4;//否則保持s4狀態(tài)

MG=0;MY=0;MR=1;CG=0;CY=1;CR=0;

mh=0;

ml=5-COUNT;

ch=0;

cl=5-COUNT;

end end default:

begin

state = s1;

MG=1;MY=0;MR=0;CG=0;CY=0;CR=1;

COUNT = 0;

mh=0;

ml=5-COUNT;

ch=0;

cl=5-COUNT;

end endcase endmodule 3）數(shù)碼管顯示模塊 module led(clk,count,LED);input clk;input [3:0]count;output [7:0]LED;reg [7:0]LED;always @(posedge clk)begin case(count)

4'b0000:LED=8'b00000011;

4'b0001:LED=8'b10011111;

4'b0010:LED=8'b00100101;

4'b0011:LED=8'b00001101;

4'b0100:LED=8'b10011001;

4'b0101:LED=8'b01001001;

4'b0110:LED=8'b01000001;

4'b0111:LED=8'b00011111;

4'b1000:LED=8'b00000001;

4'b1001:LED=8'b00001001;

default:LED=8'b00000001;endcase end endmodule 4.仿真圖及說明

（1）分頻模塊

由于實(shí)際應(yīng)用中分頻較大，仿真時(shí)為方便觀察，將分頻頻數(shù)設(shè)置為20。輸入為clk_in,周期為10ns；輸出為clk，其周期為200ns，與理論值相符。（2）主控制模塊

與總體仿真相同，在此不再贅述。

三.總體設(shè)計(jì)與仿真

1.頂層設(shè)計(jì)圖及說明

fre為分頻模塊，traffic為主控制模塊，led為數(shù)碼管顯示模塊。輸入端有clk_in、c和rst，輸出端有MG、MY、MR、CG、CY、CR和mh、ml、ch、cl。

2.仿真圖及說明

輸入有：C、CLK和RST 輸出有：CG、CR、CY、MG、MR、MY、ch、cl、mh和ml C為鄉(xiāng)村道路是否來車，1表示來車，0表示無車；CLK為時(shí)鐘信號；RST為初始化功能，1有效；CG、CR、CY、MG、MR、MY分別表示鄉(xiāng)村道路綠燈、紅燈、黃燈，主干道綠燈、紅燈、黃燈；ch、cl、mh、ml分別表示鄉(xiāng)村道路和主干道紅綠燈倒數(shù)顯示高低位。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）鄉(xiāng)村道路無車時(shí)

鄉(xiāng)村道路無車時(shí)，主干道25s倒數(shù)，鄉(xiāng)村道路30s倒數(shù)結(jié)束后，保持0，且主干道綠燈亮，鄉(xiāng)村道路紅燈亮。（2）鄉(xiāng)村道路有車時(shí)

若鄉(xiāng)村道路一直有車，主干道25s（即S1狀態(tài)）倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，主干道切換黃燈，鄉(xiāng)村道路保持紅燈（即S2狀態(tài)）；5s黃燈倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，主干道切換紅燈，時(shí)間21s，鄉(xiāng)村道路切換綠燈，時(shí)間16s（即S3狀態(tài)）；鄉(xiāng)村道路16s綠燈結(jié)束后，切換黃燈，主干道保持紅燈（即S4狀態(tài)），5s黃燈結(jié)束后，回到S1狀態(tài)，即主干道25s綠燈，鄉(xiāng)村道路30s紅燈，若一直有車，則循環(huán)進(jìn)行。

四.總結(jié)

1.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

（1）輸入與輸出

兩個(gè)開關(guān)：一個(gè)初始化控制開關(guān)，一個(gè)鄉(xiāng)村道路開關(guān)。初始化開關(guān)打開后復(fù)位，交通燈開始工作，鄉(xiāng)村道路打開表示鄉(xiāng)村公路上有車。

輸出：四個(gè)數(shù)碼管，兩個(gè)顯示主干道交通燈時(shí)間，兩個(gè)顯示鄉(xiāng)村道路時(shí)間；六個(gè)led燈，兩紅兩黃兩綠分別表示主干道和鄉(xiāng)村公路的紅黃綠燈。（2）運(yùn)行過程

1）初始狀態(tài)（S1）

左側(cè)為主干道倒計(jì)時(shí)，右側(cè)為鄉(xiāng)村道路倒計(jì)時(shí)；主干道綠燈亮，鄉(xiāng)村道路紅燈亮。K1為初始化按鍵，K2為鄉(xiāng)村道路有無來車。

2）主干道25s綠燈結(jié)束后切換黃燈，鄉(xiāng)村道路紅燈（S2）

3）主干道5s黃燈結(jié)束，切換紅燈21s，鄉(xiāng)村道路切換綠燈16s（S3）

4）鄉(xiāng)村道路16s綠燈結(jié)束，切換黃燈，主干道紅燈（S4）

5s黃燈倒計(jì)時(shí)結(jié)束，回到S1狀態(tài)，若一直有車，則循環(huán)S1-S2-S3-S4-S1。

2.問題解決方法

問題1：數(shù)碼管顯示與紅綠燈切換不同時(shí)。

解決方法：紅綠燈輸出后面增加一延時(shí)模塊，延時(shí)一個(gè)CLK，使其與數(shù)碼管顯示同步。問題2：理解錯(cuò)題意，在S3狀態(tài)（即主干道紅燈，鄉(xiāng)村道路綠燈）時(shí)，此時(shí)若鄉(xiāng)村道 路無車通過，應(yīng)立即切換為S4狀態(tài)（即主干道紅燈，鄉(xiāng)村道路黃燈），而不是等當(dāng)前計(jì)數(shù)結(jié)束再切換。

解決方法:將代碼修改為if(((COUNT>=16)&&(C==1))||(C==0))，修改后符合要求，解決了問題。

3.心得體會(huì)

通過此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我對verilog HDL語言有了初步了解，并對利用quartus來進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)有了更加深入的理解，操作也更加熟練。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該先設(shè)計(jì)好總體架構(gòu)，再進(jìn)行模塊的具體設(shè)計(jì)，通過分析每個(gè)模塊要實(shí)現(xiàn)的功能來寫代碼，并注意編寫注釋，便于以后的理解修改。編譯時(shí)要注意設(shè)置頂層文件，先進(jìn)行仿真觀察結(jié)果是否正確，對代碼進(jìn)行修改，仿真結(jié)果正確后再下載到硬件，測試系統(tǒng)功能。

參考書目： ［1］ 夏宇聞，《Verilog數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程》，北京，北京航空航天大學(xué)出版社，2013年 ［2］ 王金明，《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與Verilog HDL》，北京，電子工業(yè)出版社，2011年

第二篇：上海大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)交通燈

電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

——交通燈控制電路

XX大學(xué)機(jī)自學(xué)院自動(dòng)化系

自動(dòng)化

專業(yè)

姓名:

學(xué)號:

指導(dǎo)老師:

2018年X月X日

一、主要用途：

交通信號燈使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力、減少交通事故有明顯效果。

在十字交叉路口，為保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號燈，其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行；黃燈亮表示該條道路上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈亮表示該條道路允許通行。交通燈控制電路自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮各種車輛和行人安全通行，實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化。

二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：

設(shè)計(jì)一個(gè)主干道和支干道十字路口的交通燈控制電路，其要求如下：

1.一般情況下，保持主干道暢通，主干道路燈亮、支干道紅燈亮，并且主干燈亮的時(shí)間不少于60

S；

2.當(dāng)主干道綠燈亮超過60

S，且支干道有車時(shí)，主干道紅燈亮，支干道綠燈亮，但支干道綠燈亮的時(shí)間不得超過30S；

3.每次主干道或支干道綠燈亮變紅燈時(shí)，黃燈先亮5S。

三、設(shè)計(jì)思路步驟及仿真調(diào)試

設(shè)計(jì)分析

分析可知，所需的交通燈有以下四個(gè)狀態(tài)：

a.主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，此時(shí)主干道允許車輛通行，支干道禁止車輛通行。當(dāng)主干道綠燈亮夠60秒后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)。

b.主干道黃燈亮，支干道紅燈亮，此時(shí)主干道允許超過停車線的車輛繼續(xù)通行，而未超過停車線的車輛禁止通行，支干道禁止車輛通行。當(dāng)主干道黃燈亮夠5秒后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)。

c.主干道紅燈亮，支干道綠燈亮。此時(shí)主干道禁止車輛通行，支干道允許車輛通行，當(dāng)支干道綠燈亮夠30秒后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)。

d.主干道紅燈亮，支干道黃燈亮。此時(shí)主干道禁止車輛通行，支干道允許超過停車線的車輛通行，而未超過停車線的車輛禁止通行。當(dāng)支干道紅燈亮夠5秒后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)。

以上a,b,c,d四種狀態(tài)依次交替循環(huán)，達(dá)到指揮交通的功能。

分析得出，交通燈系統(tǒng)共由脈沖信號模塊，交通燈模塊，控制模塊，倒計(jì)時(shí)模塊四部分組成，如下圖1所示。

主干道

A1

A2

A3

控制

模塊

倒計(jì)時(shí)

模塊

脈沖信號模塊

發(fā)生器

T0

支干道

B1

B2

B3

圖1

交通燈控制系統(tǒng)原理框圖

整個(gè)系統(tǒng)的核心是利用能夠進(jìn)行60進(jìn)制、30進(jìn)制以及5進(jìn)制并切換的減法計(jì)數(shù)器，在譯碼器及與非門的配合下實(shí)現(xiàn)交通燈信號燈的切換。

1.脈沖信號模塊

信號的產(chǎn)生采用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。取R1=10kΩ，C2=10uF，通過

f=1tpL+tph≈1.43R1+2R2C2=1

設(shè)計(jì)計(jì)算得R2≈66kΩ，此處采用100kΩ滑動(dòng)變阻器。

設(shè)計(jì)如下圖2所示的多諧振蕩器，產(chǎn)生1Hz的方波周期信號。

圖2

多諧振蕩器

2.交通燈模塊

設(shè)主干道紅燈、黃燈、綠燈分別為A1、A2、A3；支干道紅燈，黃燈、綠燈分別為B1、B2、B3，如下圖3所示。

圖3

交通燈模塊

3.控制模塊

使用74LS163N十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成三進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器，同時(shí)用與非門控制三個(gè)顏色交通燈的亮與滅。

74LS163N的CP信號由倒計(jì)時(shí)模塊高位74LS192N的BO控制。即每當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)的高位產(chǎn)生借位信號時(shí)通過BO傳給74LS163N一個(gè)信號使之變燈。

令前述的a,b,c,d四種交通燈狀態(tài)依次為00,01,10,11，以74163N的QA,QB輸出。

主干道紅燈、黃燈、綠燈分別為A1、A2、A3；支干道紅燈，黃燈、綠燈分別為B1、B2、B3?？傻谜嬷当砣缦?。

QB

QA

A1

A2

A3

B1

B2

B3

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

由真值表化簡可得各信號燈的邏輯表達(dá)式：

A1=QB,A2=QBQA,A3=QBQA,B1=QB,B2=QBQA,B3=QBQA

故采用與非門控制連接交通燈和74LS163N如下圖4：

圖4

74163N和與非門構(gòu)成的交通燈控制模塊

4.倒計(jì)時(shí)模塊

倒計(jì)時(shí)模塊由減法計(jì)數(shù)器和7段數(shù)碼管顯示器組成。

十字路口的交通燈要有數(shù)字顯示，且是倒計(jì)時(shí)，以便人們能夠更好的把握好時(shí)間。具體的工作方式為：當(dāng)主干道的綠燈亮?xí)r，將顯示器置為60s，然后每秒減1，計(jì)數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為00，此時(shí)變燈并置05s，再執(zhí)行每秒減1，減到00后變燈并置30s，遞減。一次工作循環(huán)結(jié)束，而進(jìn)入下一工作循環(huán)。

倒計(jì)時(shí)模塊選用兩片74LS192級聯(lián)，通過將低位的借位端BO與高位的減數(shù)計(jì)數(shù)控制端DOWN連接，構(gòu)成減法計(jì)數(shù)器。CP由多諧振蕩器的輸出端接到低位74LS192的減數(shù)計(jì)數(shù)控制端DOWN控制。

預(yù)置端LOAD接高電平時(shí)計(jì)數(shù)，接低電平時(shí)預(yù)置數(shù)。因此，工作開始時(shí)，LOAD為0，計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)，置數(shù)后，LOAD變?yōu)?，計(jì)數(shù)器開始倒計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)減到數(shù)00時(shí)，LOAD又變?yōu)?，計(jì)數(shù)器又預(yù)置數(shù)，之后又倒計(jì)時(shí)，如此循環(huán)下去。

這可以借助兩片74190的借位端BO來實(shí)現(xiàn)，用或門將兩個(gè)BO連起來，再接在預(yù)置數(shù)端LOAD上。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)減到數(shù)00時(shí)，兩個(gè)BO均產(chǎn)生一低電平信號，通過或門使兩片74190的LOAD端置數(shù)。

由于四種狀態(tài)的置數(shù)各不相同，設(shè)高位74LS192N的置數(shù)端依次為DH,CH,BH,AH,低位的置數(shù)端依次為DL,CL,BL,AL,由前述的真值表和8位置數(shù)端在各狀態(tài)下的取值，分析可得，DH=0,CH=A3,BH=QA,AH=B3

DL=0,CL=QA,BL=0,AL=QA

故可利用信號燈和74163N輸出端的信號結(jié)合與非門控制置數(shù)端在不同狀態(tài)下的取值。設(shè)計(jì)如下圖5

圖5

減法計(jì)數(shù)器和7段數(shù)碼管顯示器構(gòu)成的倒計(jì)時(shí)模塊

三、電路的測試與仿真

狀態(tài)a：

符合設(shè)計(jì)要求1：一般情況下，保持主干道暢通，主干道路綠燈亮、支干道紅燈亮，并且主干燈亮的時(shí)間不少于60

S；

狀態(tài)b：

符合設(shè)計(jì)要求3：每次主干道或支干道綠燈亮變紅燈時(shí)，黃燈先亮5S。

狀態(tài)c：

符合設(shè)計(jì)要求2：當(dāng)主干道綠燈亮超過60

S，且支干道有車時(shí)，主干道紅燈亮，支干道綠燈亮，但支干道綠燈亮的時(shí)間不得超過30S；

狀態(tài)d：

符合設(shè)計(jì)要求3：每次主干道或支干道綠燈亮變紅燈時(shí)，黃燈先亮5S。

綜上所述：該交通燈符合設(shè)計(jì)要求。

四、總結(jié)

這次數(shù)電設(shè)計(jì)對我是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。一開始時(shí)我完全沒有思路，后來通過在網(wǎng)上查閱了一些文獻(xiàn)，理清了設(shè)計(jì)過程，明白了無論多復(fù)雜的功能結(jié)構(gòu)，都要先分析要設(shè)計(jì)哪些模塊，再將各個(gè)模塊分別設(shè)計(jì)，最后匯總。

還有在設(shè)計(jì)時(shí)一定要了解清楚芯片各個(gè)針腳的功能，否則會(huì)遇到很多麻煩。在設(shè)計(jì)時(shí)我用到74LS192芯片，但由于網(wǎng)上資料不夠詳細(xì)，我對于BO端口的功能不是很清楚，導(dǎo)致起初我一直以為只要減法計(jì)數(shù)器減到0時(shí)BO就一直為低電平輸出，使我無法設(shè)計(jì)置位端LOAD。后來我才了解到BO端口是在計(jì)數(shù)器為0時(shí)再減1的瞬間產(chǎn)生一個(gè)短暫的負(fù)向脈沖，正是利用這個(gè)原理才使我的設(shè)計(jì)得以完成。

同時(shí)由于我采用的multisim14版本有些原因不明的bug，也為我的調(diào)試帶來了許多問題。在我的設(shè)計(jì)圖中，我在倒計(jì)數(shù)模塊的或門輸出端接了一個(gè)開關(guān)，是因?yàn)槿绻サ暨@個(gè)開關(guān)，直接用導(dǎo)線連接，就會(huì)導(dǎo)致通電時(shí)計(jì)數(shù)器只從60跳到59就卡住，不再工作。加一個(gè)開關(guān)也是我調(diào)試了好久才發(fā)現(xiàn)的解決辦法。

總之這次數(shù)電項(xiàng)目設(shè)計(jì)使我對上課時(shí)學(xué)到的知識有了更深入的認(rèn)識，更使我體會(huì)到了設(shè)計(jì)的流程和思路，也了解到了設(shè)計(jì)時(shí)常遇到的一些問題和解決方法。

第三篇：北郵數(shù)字邏輯小學(xué)期交通燈控制器

實(shí)驗(yàn)一交通燈控制器

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

a)熟練掌握 VHDL語言和QuartusII軟件的使用。b)用VHDL進(jìn)行較復(fù)雜邏輯電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試。c)熟練掌握isp期間的下載方法。d)理解狀態(tài)機(jī)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。

二、實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備和環(huán)境

a)實(shí)驗(yàn)設(shè)備：TEC－8實(shí)驗(yàn)箱一個(gè)、EPM7128SLC84-15芯片一個(gè)

b)實(shí)驗(yàn)環(huán)境：WinXP+QuartusII

三、實(shí)驗(yàn)任務(wù)及功能介紹

在十字路口，每條道路各有一組紅、黃、綠燈，用以指揮車輛和行人有序的通行。其中紅燈亮表示禁止通行，黃燈亮表示停車，綠燈亮表示可以通行。設(shè)計(jì)一交通燈控制器用于自動(dòng)控制十字路口的交通燈，指揮各種車輛和行人安全通行。a)東西和南北方向各有一組綠、黃、紅等用于指揮交通，綠燈、黃燈和紅燈的持續(xù)時(shí)間分別為5s，1s和6s。其中初始狀態(tài)為東西南北四個(gè)方向紅黃綠燈全亮，持續(xù)1秒。后東西方向綠燈，南北方向紅燈，持5秒。后東西方向黃燈閃爍，南北方向持續(xù)紅燈，維持1秒。后東西、南北方向交換。b)有緊急狀況時(shí)，如有消防車、救護(hù)車或者其他需要優(yōu)先放行的車輛時(shí)，各方向上均是紅燈亮。當(dāng)緊急狀況解除時(shí)，回復(fù)原來的狀態(tài)，繼續(xù)正常運(yùn)行。

c)當(dāng)復(fù)位開關(guān)置1時(shí)，切換到初始狀態(tài)，即四個(gè)方向紅黃綠燈全亮。

四、課題分析及流程圖：

一共六個(gè)狀態(tài)：S0, S1, S2, S3, S4, 緊急狀態(tài)。

五、設(shè)計(jì)思路

a)本題主要是紅黃綠燈時(shí)間的計(jì)時(shí)（即分頻），和狀態(tài)的切換。由于外部時(shí)鐘信號CLK信號為1kHz，而我們需要1Hz，因此需要分頻。

b)對于計(jì)時(shí)，采用計(jì)數(shù)器方式，根據(jù)外部時(shí)鐘信號CLK，在上升沿時(shí)，將計(jì)數(shù)器加一，分別定義T1,T1,T3,T4的整型數(shù)，范圍分別是0～999，0～1999，0～4999和0～199，分別表示1秒、2秒、5秒和0.2秒，其中0.2秒用于黃燈閃爍。引入TIMER數(shù)組來表示該進(jìn)行何種時(shí)間的計(jì)數(shù)，每一位依次表示紅黃綠燈，為分頻后信號。

c)設(shè)計(jì)六個(gè)狀態(tài)：S0, S1, S2, S3, S4和緊急狀態(tài)。對于狀態(tài)切換，引入currentSTATE和nextSTATE兩個(gè)狀態(tài)變量，取值在STATE中選擇：TYPE STATE IS(S0, S1, S2, S3, S4);d)東西南北方向燈的表示：有三個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)，RED、YELLOW和GREEN進(jìn)行輸出，從高位到地位依次表示東西南北四個(gè)方向的燈的狀態(tài)，1亮，0滅。

e)為了得知什么時(shí)候切換狀態(tài)，需引入數(shù)組SWITCH，4位二進(jìn)制數(shù)，每一位依次表示紅黃綠燈計(jì)時(shí)器是否計(jì)時(shí)結(jié)束，若結(jié)束則置1，各位相或，得到CTRL信號若有效，則需要切換狀態(tài)，反之則不用。

f)對于緊急狀態(tài)信號URGENT和復(fù)位信號CLR，則由開關(guān)控制，若置1，則有效，立即切換到緊急狀態(tài)或初始狀態(tài)S0。

六、詳細(xì)設(shè)計(jì)

a)交通燈控制器實(shí)體

b)arc中信號

c)分頻進(jìn)程，以計(jì)數(shù)器形式得出T1，T2，T3，T4四種時(shí)間。

d)判斷何時(shí)切換狀態(tài)

e)控制黃燈閃爍進(jìn)程，每0.2s閃爍一次

f)六種狀態(tài)的表現(xiàn)形式及緊急狀態(tài)的切換

七、心得體會(huì)

這次雖然小學(xué)期有兩周，但時(shí)間仍然是非常緊張。我由于身體原因在上學(xué)期期末申請了緩考，所以在小學(xué)期的同時(shí)還要準(zhǔn)備6門緩考考試，顯得非常忙碌，能夠分給小學(xué)期的時(shí)間也不多。所以在第一天老師布置課題后，我們小組經(jīng)過討論，讓我選擇了簡單一些的交通燈控制器。

在最開始的時(shí)候，顯得無從下手。雖然我們編寫過LED燈顯示和各種譯碼器，但都只是很簡單的一個(gè)進(jìn)程，如今要自己設(shè)計(jì)整個(gè)控制器，覺得有點(diǎn)不知所措。后來用編寫C＋＋等程序的經(jīng)驗(yàn)，我仔細(xì)分析題目，將它分解成更小的模塊，來分別實(shí)現(xiàn)，最后再整合在一起。

狀態(tài)切換和顯示部分的編碼還比較簡單，但是分頻部分又有點(diǎn)不知所云，查閱了網(wǎng)上的例子和書籍后，感覺看不太懂他們的分頻方式，詢問同學(xué)，同學(xué)們也還不太清楚。后來借到第一天老師課上說的參考書，發(fā)現(xiàn)上面的分頻方式是以計(jì)數(shù)器的形式，利用外部時(shí)鐘，來一個(gè)上升沿計(jì)數(shù)器加一，簡單容易理解，所以采用了。

每一次編寫大作業(yè)的時(shí)候我都喜歡全部編寫完畢后再編譯、測試，但是這樣就造成錯(cuò)誤過多而引起不知道從何下手。因此我這一次采取的是逐部分編譯、測試的方式。但是由于對VHDL已經(jīng)一個(gè)多學(xué)期沒有碰過，生疏了很多，語法錯(cuò)誤非常多。而且編譯通過后還經(jīng)常不能運(yùn)行。再反復(fù)完善代碼卻不能運(yùn)行的時(shí)候，詢問下同學(xué)，發(fā)現(xiàn)自己的管腳接的大有問題。是我自己忽略了有特殊指向的管腳，導(dǎo)致我的外部時(shí)鐘CLK沒有輸入進(jìn)去，程序無法繼續(xù)進(jìn)行。并且也發(fā)生了沒有改代碼，但是換了個(gè)實(shí)驗(yàn)箱就運(yùn)行不了的情況，檢查了很久發(fā)現(xiàn)是模式控制沒有打到硬布線模式，影響了整體程序的運(yùn)行，這些都是不通過自己調(diào)試、檢驗(yàn)無法學(xué)習(xí)到的。

這兩周的時(shí)間，我將自己的效率放大到最大，但是仍然因時(shí)間問題無法完成交通燈倒計(jì)時(shí)顯示部分，也是小學(xué)期的一個(gè)遺憾。不過這兩周，我不但又一次加深理解了自己動(dòng)手操作的重要性，也對于芯片的設(shè)計(jì)思路有了更好的理解。由于交通燈控制器是一個(gè)簡單一些的程序，因此我沒有分模塊實(shí)現(xiàn)，沒有用到原理圖，也沒有遇到芯片的邏輯塊溢出的問題，但是在每天的最后，小組討論時(shí)，我們都會(huì)討論解決這些問題，也讓我從中學(xué)到了很多?？傮w來說，這一次的小學(xué)期算是收獲頗豐。附件一：VHDL源代碼 LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY trafficLight IS

PORT(CLR, CLK, URGENT : IN STD_LOGIC;GREEN : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);YELLOW : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);RED : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));

--CLOCK : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));END trafficLight;ARCHITECTURE lightARC OF trafficLight IS TYPE STATE IS(S0, S1, S2, S3, S4);SIGNAL currentSTATE, nextSTATE : STATE;SIGNAL CTRL : STD_LOGIC;SIGNAL SWITCH : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

--切換狀態(tài)

SIGNAL TIMER : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

--時(shí)鐘計(jì)時(shí) SIGNAL T1 : INTEGER RANGE 0 TO 999;

--1s SIGNAL T2 : INTEGER RANGE 0 TO 1999;

--2s SIGNAL T3 : INTEGER RANGE 0 TO 4999;

--5s SIGNAL T4 : INTEGER RANGE 0 TO 199;

--0.2s

--SIGNAL T5 : INTEGER RANGE 0 TO 999;

BEGIN PROCESS(CLK, SWITCH)

BEGIN

IF(CLK'event AND CLK = '1')THEN

IF(SWITCH(0)= '0')THEN TIMER(0)<= '0';

T1 <= 0;

ELSE IF(T1 = 999 AND URGENT = '0')THEN

T1 <= 0;

TIMER(0)<= '1';

ELSE IF(URGENT = '0')THEN

T1 <= T1 + 1;TIMER(0)<= '0';

END IF;END IF;END IF;

IF(SWITCH(1)= '0')THEN TIMER(1)<= '0';

T2 <= 0;

ELSE IF(T2 = 1999 AND URGENT = '0')THEN

T2 <= 0;

TIMER(1)<= '1';

ELSE IF(URGENT = '0')THEN

T2 <= T2 + 1;

TIMER(1)<= '0';

END IF;

END IF;

END IF;

IF(SWITCH(2)= '0')THEN

T3 <= 0;TIMER(2)<= '0';

ELSE IF(T3 = 4999 AND URGENT = '0')THEN

T3 <= 0;TIMER(2)<= '1';

ELSE IF(URGENT = '0')THEN

T3 <= T3 + 1;

TIMER(2)<= '0';

END IF;

END IF;

END IF;

END IF;END PROCESS;

CTRL <= TIMER(0)OR TIMER(1)OR TIMER(2);切換狀態(tài)

PROCESS(CLK, SWITCH(3))

BEGIN

IF(CLK'event AND CLK = '1')THEN

IF(T4 = 199 AND SWITCH(3)= '1')THEN

T4 <= 0;

TIMER(3)<= NOT TIMER(3);

ELSIF(SWITCH(3)= '1')THEN

T4 <= T4 + 1;

END IF;

END IF;

END PROCESS;

PROCESS(CTRL, CLR)

BEGIN

--倒計(jì)時(shí)完成IF(CLR = '1')THEN currentSTATE<= s0;

ELSIF(CTRL'event AND CTRL = '0')THEN currentSTATE<= nextSTATE;

END IF;

END PROCESS;

PROCESS(currentSTATE, URGENT)

BEGIN

IF(URGENT = '1')THEN

--緊急狀態(tài)，所有方向點(diǎn)亮紅燈

GREEN <= “0000”;YELLOW <= “0000”;RED <= “1111”;

ELSE

CASE currentSTATE IS

WHEN s0 => SWITCH <= “0001”;

GREEN <= “1111”;

YELLOW <= “1111”;

RED <= “1111”;

--CLOCK <= “0000”;nextSTATE<= s1;

WHEN s1 => SWITCH <= “0100”;

GREEN <= “1100”;

YELLOW <= “0000”;

RED <= “0011”;

--CLOCK <= “0110”;nextSTATE<= s2;WHEN s2 => SWITCH <= “1010”;

GREEN <= “0000”;

YELLOW(3)<= TIMER(3);--閃爍 YELLOW(2)<= TIMER(3);YELLOW(1 DOWNTO 0)<= “00”;nextSTATE<= s3;WHEN s3 => SWITCH <= “0100”;

GREEN <= “0011”;

YELLOW <= “0000”;

RED <= “1100”;

--CLOCK <= “0110”;nextSTATE<= s4;

WHEN s4 => SWITCH <= “1010”;

GREEN <= “0000”;

YELLOW(3 DOWNTO 2)<= “00”;

YELLOW(1)<= TIMER(3);--閃爍 YELLOW(0)<= TIMER(3);

RED <= “1100”;nextSTATE<= s1;

END CASE;

END IF;

END PROCESS;

--

PROCESS(CLK, CLOCK)

--

BEGIN----------IF(CLK'event AND CLK = '1')THEN

IF(CLOCK = “0000”)THEN CLOCK <= “0110”;ELSE CLOCK <= CLOCK-1;END IF;IF(T5 = 999)THEN T5 <= 0;--

ELSE T5 <= T5 + 1;--

END IF;--

END IF;

--

END PROCESS;END lightARC;

附件二：調(diào)試日志 2015／9／8周二：

復(fù)習(xí)VHDL基礎(chǔ)知識及語法，了解交通燈大致編寫思路。2015／9／9周三：

分解交通燈控制器：分頻部分，狀態(tài)切換部分，顯示部分

今日計(jì)劃：初步完成分頻部分，考慮程序流程和各個(gè)進(jìn)程間的配合。學(xué)習(xí)時(shí)鐘分頻的方式：途徑：去圖書館借書查閱《VHDL數(shù)字電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)踐教程》，采用計(jì)數(shù)器的方式，針對外部時(shí)鐘所給的1kHz分成1Hz，從而得到想要的5s、1s、0.2s等時(shí)間。

遇到問題：能夠得到時(shí)間，但不知道該怎么將時(shí)間運(yùn)用到狀態(tài)切換中。解決方案：上網(wǎng)查閱資料。2015／9／10周四：

今日計(jì)劃：完成狀態(tài)切換部分和顯示部分，考慮如何將分頻好的時(shí)鐘信號用在狀態(tài)切換部分。

遇到問題：切換狀態(tài)部分和顯示部分比較簡單，只是需要注意if－else語句使用，因?yàn)閂HDL語法不熟悉導(dǎo)致語法報(bào)錯(cuò)很多。定義的狀態(tài)太多，重復(fù)性大。

解決方案：開始在狀態(tài)切換時(shí)，沒想好要幾個(gè)狀態(tài)，零零散散分了很多個(gè)，導(dǎo)致很多狀態(tài)其實(shí)根本是重合的，刪減后得到最精簡的6個(gè)狀態(tài)。對于分頻時(shí)鐘，引入TIMER數(shù)組記錄時(shí)鐘是否計(jì)時(shí)完畢，若完畢則需要切換狀態(tài)，將分頻部分與其他部分串接在一起。2015／9／11周五：

今日計(jì)劃：完成程序，在TEC－8上進(jìn)行初步調(diào)試。

遇到問題：忘記如何下載芯片，詢問同學(xué)后解決。成功下載芯片后發(fā)現(xiàn)不能運(yùn)行，燈的顯示也是亂的。

解決方案：回頭看代碼，發(fā)現(xiàn)在TIMER信號表示出計(jì)時(shí)完畢后，并沒有給激勵(lì)進(jìn)行狀態(tài)切換，引入CTRL信號給予激勵(lì)，當(dāng)CTRL有效時(shí)切換狀態(tài)，為了方便觀察CTRL信號的變化，將其連接到燈上。遇到問題：下載芯片后仍舊不能繼續(xù)運(yùn)行，但CTRL信號有改變。2015／9／14周一：

今日計(jì)劃：完善程序，在TEC－8上運(yùn)行成功。

遇到問題：下載芯片后仍舊不能繼續(xù)運(yùn)行，但CTRL信號有改變。解決方案：能夠判斷計(jì)時(shí)結(jié)束，能夠給激勵(lì)改變狀態(tài)，卻沒有改變狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)沒有信號表示紅黃綠燈的切換，用S0～S4來判斷狀態(tài)并切換，但發(fā)現(xiàn)紅黃綠燈有對稱，而S2和S4、S1和S3對于計(jì)時(shí)器來說沒有任何區(qū)別，不需要重復(fù)判斷，因此引入SWITCH數(shù)組，每一位代表一種燈，使得能夠判斷計(jì)時(shí)結(jié)束后切換到何種狀態(tài)，減少重復(fù)。修改編譯報(bào)錯(cuò)。2015／9／15周二：

今日計(jì)劃：完成程序，并在TEC－8上正確運(yùn)行。

遇到問題：下載芯片后仍舊不能運(yùn)行。發(fā)現(xiàn)管腳配置有問題。解決方案：按照老師給的ppt上的管腳配置，CLK接57管腳，CLR、URGENT分別接81，80開關(guān)上。RED，YELLOW，GREEN按順序接到20到34的紅黃綠燈上。（開始將CLR接到1號管腳上，發(fā)現(xiàn)必須一直按著CLR才可以運(yùn)行程序，后將CLR改接開關(guān)上。）

遇到問題：在上午運(yùn)行成功后，下午換了一臺電腦，發(fā)現(xiàn)下載芯片后程序不動(dòng)了。

解決方案：在完全沒有改代碼的情況下只能檢查實(shí)驗(yàn)箱是否有誤碰情況。排除燈顯示問題后，確定是外部時(shí)鐘沒有走，發(fā)現(xiàn)開關(guān)置于獨(dú)立而非硬布線模式，導(dǎo)致程序無法運(yùn)行。撥回獨(dú)立后運(yùn)行正常。2015／9／16周三：

完成交通燈控制器，改正紅綠燈顯示不合理的地方，在考慮加入倒計(jì)時(shí)模塊未果后，接受驗(yàn)收。

第四篇：交通燈控制器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱

交通燈控制器設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)時(shí)：3學(xué)時(shí)

實(shí)驗(yàn)要求：■ 必修

□ 選修

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、學(xué)習(xí)與日常生活相關(guān)且較復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)；

2、進(jìn)一步熟悉EDA實(shí)驗(yàn)裝置和QuartusⅡ軟件的使用方法；

3、學(xué)習(xí)二進(jìn)制碼到BCD碼的轉(zhuǎn)換；

4、學(xué)習(xí)有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

二、實(shí)驗(yàn)原理

交通燈的顯示有很多方式，如十字路口、丁字路口等，而對于同一個(gè)路口又 有很多不同的顯示要求，比如十字路口，車輛如果只要東西和南北方向通行就很 簡單，而如果車子可以左右轉(zhuǎn)彎的通行就比較復(fù)雜，本實(shí)驗(yàn)僅針對最簡單的南北 和東西直行的情況。

要完成本實(shí)驗(yàn)，首先必須了解交通路燈的燃滅規(guī)律。本實(shí)驗(yàn)需要用到實(shí)驗(yàn)箱上交通燈模塊中的發(fā)光二極管，即紅、黃、綠各三個(gè)。依人們的交通常規(guī)，“紅燈停，綠燈行，黃燈提醒”。其交通燈的燃滅規(guī)律為：初始態(tài)是兩個(gè)路口的紅燈全亮之后，主干道的綠燈亮，鄉(xiāng)間道路的紅燈亮，主干道方向通車，延時(shí)一段時(shí)間后，鄉(xiāng)間公路來車，主干道綠燈滅，黃燈開始閃爍。閃爍若干次后，主干道紅燈亮，而同時(shí)鄉(xiāng)間公路的綠燈亮，延時(shí)一段時(shí)間后，鄉(xiāng)間公路的綠燈滅，黃燈開始閃爍。閃爍若干次后，再切換到主干道方向，重復(fù)上述過程。

三、設(shè)計(jì)要求

完成設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試、下載、硬件測試等環(huán)節(jié)，在型EDA實(shí)驗(yàn)裝置上實(shí)現(xiàn)一個(gè)由一條主干道和一條鄉(xiāng)間公路的匯合點(diǎn)形成的十字交叉路口的交通燈控制器功能，具體要求如下：

1、有MR（主紅）、MY（主黃）、MG（主綠）、CR（鄉(xiāng)紅）、CY（鄉(xiāng)黃）、CG（鄉(xiāng)綠）六盞交通燈需要控制；

2、交通燈由綠轉(zhuǎn)紅前有4秒亮黃燈的間隔時(shí)間，由紅轉(zhuǎn)綠沒有間隔時(shí)間；

3、鄉(xiāng)間公路右側(cè)各埋有一個(gè)串連傳感器，當(dāng)有車輛準(zhǔn)備通過鄉(xiāng)間公路時(shí)，發(fā)出請求信號S=1，其余時(shí)間S=0；

4、平時(shí)系統(tǒng)停留在主干道通行（MGCR）狀態(tài)，一旦S信號有效，經(jīng)主道黃燈4秒（MYCR）狀態(tài)后轉(zhuǎn)入鄉(xiāng)間公路通行（MRCG）狀態(tài)，但要保證主干道通行大于一分鐘后才能轉(zhuǎn)換；

5、一旦S信號消失，系統(tǒng)脫離MRCG狀態(tài)，即經(jīng)鄉(xiāng)道黃燈4秒（MRCY）狀態(tài)進(jìn)入MGCR狀態(tài)，即使S信號一直有效，MRCG狀態(tài)也不得長于20秒鐘；

6、控制對象除紅綠燈之外，還包括分別在主干道和鄉(xiāng)間公路各有一個(gè)兩位十進(jìn)制倒計(jì)時(shí)數(shù)碼管顯示。

四、主要儀器設(shè)備

1、微機(jī)

1臺

1套 1套

2、QuartusII集成開發(fā)軟件

3、EDA實(shí)驗(yàn)裝置

五、實(shí)驗(yàn)步驟

源程序：

0module traffic1(clk,s,rst,light,sel,SG);input clk,s,rst;output[5:0] light;

output [2:0]sel;output [7:0]SG;reg [5:0] light;reg clk1;reg [3:0] sc;

reg [7:0] count;reg [7:0] cnt,SG;reg [2:0] sel;reg [3:0]a;parameter s0=0,s1=1,s2=2,s3=3,s4=4;initial

begin

count<=8'b01100000;

light<=6'b001100;

sc=s0;

end

always @(posedge clk)begin

begin cnt=cnt+1;

if(cnt==100)begin clk1=1'b1;cnt=0;end

else clk1=1'b0;//100分頻，CLK為數(shù)碼管掃描頻率，CLK1為計(jì)數(shù)頻率

if(sel<7)sel=sel+1;else sel=6;

end //sel為數(shù)碼管選擇

begin

case(sel)

7: a=count[3:0];//0數(shù)碼管為個(gè)位

6: a=count[7:4];//1數(shù)碼管為十位

default: a=0;

endcase

case(a)

0:SG<=8'b00111111;1:SG<=8'b00000110;

2:SG<=8'b01011011;3:SG<=8'b01001111;

4:SG<=8'b01100110;5:SG<=8'b01101101;

6:SG<=8'b01111101;7:SG<=8'b00000111;

8:SG<=8'b01111111;9:SG<=8'b01101111;//8段譯碼值

default: SG=8'b11111111;

endcase

end end

always @(posedge clk1 or negedge rst)

begin

if(!rst)begin count = 0;sc=s3;end // count set nothing but else 0

else if(count == 0)

begin

case(sc)

s0: begin if(s)begin sc=s1;count = 8'b00000100;light=6'b010100;end else begin sc=s4;count = 8'b01100000;end end

s1: begin count = 8'b00100000;sc=s2;light=6'b100001;end

s2: begin count = 8'b00000100;sc=s3;light=6'b100010;end

s3: begin count = 8'b01100000;sc=s0;light=6'b001100;end

s4: begin if(s)begin sc=s1;count = 8'b00000100;light=6'b010100;end else begin sc = s4;count = 8'b01100000;light<=6'b001100;end end

default begin sc=s0;count =8'h60;end

endcase

end

else

if((sc==s2)&(s==0))begin sc=s3;count = 8'b00000100;light=6'b100010;end

else

if((sc==s4)&(s==1))begin sc=s1;count = 8'b00000100;light=6'b010100;end

else if(count[3:0] == 4'b0000)

begin count = count-7;end

else

begin count = count-1;end

end endmodule

管腳鎖定

六、波形仿真

主干道60s倒計(jì)時(shí)

s信號為1時(shí)

七、實(shí)驗(yàn)心得

通過本次實(shí)驗(yàn)，讓我進(jìn)一步掌握了軟件quartus的使用流程，一開始實(shí)驗(yàn)時(shí)波形仿真是正確的，但在電路上實(shí)現(xiàn)時(shí)主干道亮黃燈時(shí)，鄉(xiāng)間道路亮的是綠燈，這顯然是不對的，后面發(fā)現(xiàn)是管腳鎖定時(shí)出現(xiàn)了問題，改回來之后就沒問題了。管腳鎖定時(shí)不能粗心，不然很容易出現(xiàn)問題。

曹軍

生醫(yī)121班

第五篇：交通燈控制電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

綜 述

本次設(shè)計(jì)主要分為四個(gè)部分，第一部分：信號產(chǎn)生電路；第二部分：電子示電路；第三部分：倒計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)，第四部分：交通燈及交通燈控制電路

在本次設(shè)計(jì)中采用555定時(shí)器產(chǎn)生CP=1Hz的脈沖信號，經(jīng)過用741192設(shè)計(jì)的預(yù)置狀態(tài)為59的60進(jìn)制加計(jì)數(shù)器和預(yù)置狀態(tài)為29的30進(jìn)制計(jì)數(shù)器。并使進(jìn)位位作為脈沖輸出，實(shí)現(xiàn)5分頻，然后用芯片74161和74139實(shí)現(xiàn)南北干道和支東西干道紅，綠，黃色燈亮的時(shí)間控制，最后一部分的減計(jì)數(shù)器選用74193進(jìn)行級聯(lián)計(jì)數(shù)，譯碼器選用cc4511，本人主要設(shè)計(jì)減計(jì)數(shù)器及數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)部分

一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

1．東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時(shí)間30。2．東西方向與南北方向黃燈亮，時(shí)間5s。3．南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時(shí)間60。

二、方案設(shè)計(jì)與論證

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求,我們可以知道這個(gè)交通燈的設(shè)計(jì)是分南北干道和東西干道的,兩個(gè)方面的時(shí)間是不同的,東西方向通行30s,南北方向60s,這就要求我們要有兩個(gè)計(jì)數(shù)器,根據(jù)我自己的經(jīng)驗(yàn),東西方向通行30s完,倒計(jì)時(shí)數(shù)字顯示器會(huì)顯示到0,然后切換到南北方向通行60s完之后, 倒計(jì)時(shí)數(shù)字顯示器也會(huì)顯示到0之后然后切換到南北方向,這樣如此循環(huán),由于黃燈是當(dāng)兩個(gè)計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)到5時(shí)開始閃,我們就可以在這時(shí)發(fā)出一個(gè)脈沖然后一直保持到0,或者是接收0~5這段時(shí)間的脈沖都可以控黃燈只在到了這段時(shí)間才亮;方案：

交通燈控制原理圖:

2.a 交通燈原理框圖

首先由555定時(shí)器產(chǎn)生1s的信號脈沖，通過由一些1k電阻和三片74LS245，兩片74LS192處理構(gòu)成定時(shí)電路處理，產(chǎn)生時(shí)間輸出信號作用電子顯示器，另一部分的1s的信號脈沖通過由兩片74LS112的JK觸發(fā)器組成的路燈控制電路的對1s的信號處理，產(chǎn)生對交通路燈有控制作用的電子邏輯信號，從而實(shí)現(xiàn)按要求的對路燈的正?？刂?。

2三、單元電路設(shè)計(jì)

3.1時(shí)間脈沖產(chǎn)生電路

由 555 定時(shí)器和外接元件 R1、R2、C 構(gòu)成多諧振蕩器，腳 2 與腳 6 直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接 觸發(fā)信號，利用電源通過 R1、R2 向 C 充電，以及 C 通過 R2 向放電端 放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容 C 在 和 之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，且通過調(diào)節(jié)參數(shù)，使得產(chǎn)生的矩形波為1hz的也就是周期為1s的脈沖發(fā)生電路。

3.1a 1s脈沖信號產(chǎn)生電路

3.2電子顯示電路

一個(gè)LED數(shù)碼管可用來顯示一位0～9十進(jìn)制數(shù)和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。小型數(shù)碼管（0.5寸和0.36寸）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）的顏色不同略有差別，通常約為2～2.5V，每個(gè)發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流在5～10mA。LED數(shù)碼管要顯示BCD碼所表示的十進(jìn)制數(shù)字就需要有一個(gè)專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)能力。

3.2a BCD碼顯示電路

3.3計(jì)時(shí)器電路

計(jì)數(shù)器

倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)電路主要由計(jì)數(shù)器構(gòu)成，它在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用是實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)，在此我們選用減法計(jì)數(shù)器，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)說明時(shí)間可預(yù)置，所以需要可預(yù)置數(shù)的減計(jì)數(shù)器。目前，在實(shí)際工程應(yīng)用中，我們已經(jīng)很少使用小規(guī)模的觸發(fā)器去拼接成各種計(jì)數(shù)器，而是直接選用集成計(jì)數(shù)器產(chǎn)品。3.3a 74LS192 74LS193引腳圖

本次課程設(shè)計(jì)需要50進(jìn)制和30進(jìn)制減計(jì)數(shù)器各一個(gè)，所以采用兩個(gè)74193級聯(lián)計(jì)數(shù)，將表示個(gè)位的計(jì)數(shù)芯片借位端BO連接后一級的CPD即可進(jìn)行級聯(lián)計(jì)數(shù)，后一級輸出為十位位。以下為設(shè)計(jì)中用到的50和30進(jìn)制減計(jì)數(shù)器。以下為計(jì)數(shù)器的邏輯電路圖：

3.3b 范圍為49~0的50進(jìn)制減計(jì)數(shù)器

3.3c計(jì)數(shù)范圍為29~0的30進(jìn)減制計(jì)數(shù)器

3.4交通燈控制電路與交通燈

3.4，1交通燈控制電路

交通信號燈轉(zhuǎn)換器其實(shí)就是由計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)，即一個(gè)JK觸發(fā)器，其中J、K端都同時(shí)接高電平，即構(gòu)成了一個(gè)T’觸發(fā)器，目的就是實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能，其時(shí)鐘輸入端是由倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中的兩片74192的八個(gè)輸出端經(jīng)過一個(gè)或門然后經(jīng)過一個(gè)非門接入。

3.4.1a 交通燈控制電路

3.4，2交通燈模擬電路

S0：沒有打開電源的狀態(tài)。S1：東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時(shí)間30s。S0，S1，S2，S3中任一狀態(tài)下打開電源會(huì)進(jìn)入S1狀態(tài)，數(shù)碼管初始值為60。數(shù)碼管最大顯示為60，出現(xiàn)“0”的瞬間進(jìn)入下一狀態(tài)。（S2）S2：東西方向與南北方向黃燈亮，時(shí)間5s。

數(shù)碼管最大顯示為30，出現(xiàn)“0”的瞬間進(jìn)入下一狀態(tài)。S3：南北方向綠燈亮，東西 方向紅燈亮，時(shí)間60s。數(shù)碼管最大顯示為60，出現(xiàn)“0”的瞬間進(jìn)入下一狀態(tài)。

3.4.2a 交通燈模擬電路

心得體會(huì)

經(jīng)過一周的努力，我終于完成關(guān)于交通燈控制電路的電子課程設(shè)計(jì)，通過一周不斷的查資料讓我積累了許多實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，已初步掌握了數(shù)電的應(yīng)用技術(shù)，以及數(shù)字電路的知識和有關(guān)器件的應(yīng)用，我深刻體會(huì)到了數(shù)子電路技術(shù)對當(dāng)今現(xiàn)代社會(huì)的重要作用。經(jīng)過這次設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了許多東西，學(xué)會(huì)了嚴(yán)密的思考，構(gòu)想及怎樣把計(jì)劃付諸于實(shí)際行動(dòng)之中。同時(shí)與社會(huì)的不斷高速發(fā)展的步伐相比，我認(rèn)識到自己所學(xué)的知識和技能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，有些實(shí)際性的問題還不能夠解決，缺少很多有實(shí)際運(yùn)用價(jià)值的知識儲備，缺乏應(yīng)有的動(dòng)手解決實(shí)際問題的能力，缺乏些高效利用及篩選大量資料的能力，缺乏資源共享及應(yīng)有的團(tuán)隊(duì)合作精神，有待進(jìn)一步提高，我應(yīng)當(dāng)學(xué)好自己的專業(yè)知識以適應(yīng)不斷發(fā)展的社會(huì)。

在這次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)會(huì)了如何有效的利用網(wǎng)絡(luò)資源及圖書館的藏書，找到了幾個(gè)很不錯(cuò)的專業(yè)網(wǎng)站，為以后的查閱專業(yè)方面的信息和相互之間的交流打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，學(xué)會(huì)了如何看電路圖，識別電路圖，提高了自己的專業(yè)技能，同時(shí)也培養(yǎng)了自己獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力，也培養(yǎng)了自己認(rèn)真和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，收到了很大的啟發(fā)，為以后的工作積累了些寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]高吉祥.數(shù)字電子技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社

[2]梁宗善.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社 [3]李玲遠(yuǎn)，范綠蓉，陳小宇.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn).北京：科學(xué)出版社 [4]彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社 [5]康光華

電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)電部分）華中理工大學(xué)電子學(xué)教研室