数电课程设计题目与要求-交通灯控制电路设计2016

2015—2016学年第二学期《数字电子技术课程设计》任务书（适用专业：电子14级、勘查（卓越）14级）专业班级姓名学号开课系室电工电子学教学中心设计日期2016年6月3日～12日1数字电子技术课程设计题目：交通灯控制电路设计一、设计任务及原理：交通灯的显示有很多方式，如十字路口、丁字路口等，而对于同一个路口又有很多不同的显示要求，比如十字路口，车辆如果只要东西和南北方向通行就很简单，而如果车子可以左右转弯的通行就比较复杂。要完成本实验，首先必须了解交通路灯的燃灭规律。本实验需要用到实验箱上交通灯模块中的发光二极管，即红、黄、绿各三个。依人们的交通常规，“红灯停，绿灯行，黄灯提醒”。其交通灯的燃灭规律为：东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西方向通车，延时一段时间后，东西路口绿灯闪烁，表示左转弯，再延时一段时间后，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北方向开始通车，延时一段时间后，南北路口的绿灯闪烁，表示左转弯，再延时一段时间后，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，南北路口红灯亮，再切换到东西路口方向，重复上述过程。在实验中使用4个七段码管中的任意两个数码管显示时间。东西路和南北路的通车时间均设定为20s（其中，绿灯亮时间为20~10s，绿灯闪烁时间为10~5s，黄灯闪烁时间为5~0s）。数码管的时间总是显示为20、19、18、17……2、1、0、20、19、18……。在显示时间小于等于5秒的时候，通车方向的黄灯闪烁。在东西向绿灯期间，点阵显示自己的姓名,12个LED灯从左向右依次循环点亮；在南北向绿灯期间，点阵显示自己的学号后3位，12个LED灯从右向左依次循环点亮；东西向绿灯闪烁时，点阵显示向左的箭头（固定显示，不闪烁），12个LED灯不亮；南北向绿灯闪烁时，点阵显示向下的箭头（固定显示，不闪烁），12个LED灯不亮；黄灯闪烁期间，点阵无显示，12个LED灯不亮。在东西向绿灯期间，点阵显示自己的姓名；在南北向绿灯期间，点阵显示自己的学号后3位。显示方式：1秒显示一个汉字或者一个数字（汉字和数字均静止不动，即不循环），然后全暗1秒，然后再显示一个汉字或者一个数字，以此类推。扩展要求：1、利用一个开关将0-20s扩展为0-任意数值（该数值必须大于20，其他与基本要求相同）；该任意值可以程序内固定，也可以手动输入。2、增加交警控制模块：用一个开关切换自动模式（上述情况属于自动模式）和人工模式（交警控制模式）：用2个或者4个开关分别实现东西向通行（东西向绿灯亮，南北向红灯亮，没有时间限制），实现南北向通行（南北向绿灯亮，东西向红灯亮，没有时间限制），实现东西向左转弯（东西向绿灯闪烁，南北向红灯亮，没有时间限制），实现南北向左转弯（南北向绿灯闪烁，东西向红灯亮，没有时间限制）。3、点阵显示名字或学号变固定显示为循环显示。2二、具体要求：本实验要完成任务就是设计一个简单的交通灯控制器，交通灯显示用实验箱的交通灯模块和七段码管中的任意两个来显示（七段数码管为片选显示）。系统时钟选择时钟模块的50MHz时钟，黄灯和绿灯闪烁时钟要求为2Hz，七段码管的时间显示为1Hz脉冲，即每1s中递减一次，12个LED灯循环点亮时，每次只亮一个，频率2Hz。实验箱中用到的数字时钟模块、按键开关、数码管、点阵、LED灯与FPGA的接口电路，以及数字时钟源、按键开关、数码管、点阵、LED灯与FPGA的管脚连接在以前的实验中都做了详细说明，这里不再赘述。交通灯模块原理与LED灯模块的电路原理一致，当有高电平输入时LED灯就会被点亮，反之不亮。只是LED发出的光有颜色之分。其与FPGA的管脚连接如下表所示：EDA/SOPC开发平台交通信号灯模块R1纵向D3R2横向E3Y1纵向D4Y2横向E4G1纵向D5G2横向F3信号名称EP2C35IO接脚信号名称EP2C35IO接脚EDA/SOPC开发平台16*16点阵显示模块C0P19R0L8C1P4R1J4C2R6R2H6C3R7R3H5C4R8R4H4C5J3R5H3C6W18R6G7C7R11R7G6C8U10R8P6C9U9R9P5C10U8R10P3C11R16R11N6C12R15R12N4C13R14R13N3C14J6R14M6C15R4R15M5CLKL1系统时钟输入端口，50MHzEDA/SOPC开发平台12位拨动开关模块K1E15K7A16K2B14K8F13K3F9K9F14K4B15K10A17K5A15K11H7K6F11K12A183EDA/SOPC开发平台八位七段数码管显示模块AG6GJ4BG7DPL8CH3SEL0G5DH4SEL1G3EH5SEL2F4FH6EDA/SOPC开发平台12位LED灯显示模块D1E9D7L7D2A11D8B19D3E11D9M8D4B13D10A19D5E14D11M7D6A13D12B20三、输入输出资源说明：1、外部输入脉冲信号时钟源CP（50MHz），经适当分频后供计数器使用。2、输出2组显示译码信号（每组7个输出端），分别接到外部的两个七段数码管M1、M2上，M1和M2分别显示倒计时的十位和个位。3、输出6个高低电平信号，分别接到外部的6个指示纵向、横向的LED灯。（输出高电平时，对应的LED灯亮）其具体框图如下：图1交通灯控制电路结构框图根据如上说明，本设计的主要任务和设计要求是：1、按照现代数字系统的Top-Down模块化设计方法，提出交通灯控制电路设计系统的1Hz纵向指示灯LED1控制器计数器（倒计时；通车时间倒计时）七段LED数码管显示（2个）50MHz纵向指示灯LED3横停指示灯LED6纵向指示灯LED2横向指示灯LED5横向指示灯LED4CLK显示姓名或者学号，LED灯循环4整体设计方案，并进行正确的功能划分，分别提出并实现控制器、计数器、输出译码、点阵显示等模块化子系统的设计方案。2、在QuartusⅡ的EDA设计环境中，完成系统的顶层设计、各子系统的模块化设计。分别完成各个基于Verilog语言实现的子模块（包括控制器电路、计数器电路、输出译码电路、点阵显示电路）的逻辑功能仿真。最后对顶层设计进行功能仿真。3、在2步的基础上，用下载电缆通过JTAG口将对应的sof文件加载到FPGA中。观察实验结果是否与自己的编程思想一致。四、本课程设计的时间安排和评分标准：（一）、时间与地点安排：1、时间：2016年6月3日～6月12日，验收时间6月11日、12日两天，地点待定，2、交流方式：QQ群421763887，如有想提前验收者可提前联系我验收。3、地点：自行决定4、交设计报告的时间：2016年6月13日11点之前；地点：工科E1402（以班为单位，按照班级名单顺序排列）。（二）、评分标准：共100％1、子模块设计占30%（其中的设计、仿真分别记分）；整体顶层设计占20％（包括设计、功能仿真和综合）。2、设计报告：占50％。3、凡设计、仿真等内容基本雷同者（抄袭），均以0分计。三、设计报告及其要求：设计报告提交打印的纸质WORD文档。注意：写好班级、姓名、学号等个人信息。设计报告应当按照给定的模板格式来书写，设计报告应当包含如下4个方面的内容：1、设计题目；2、设计任务及要求（参考设计题目与要求部分）；3、基于VerilogHDL语言的电路设计、仿真与综合；主要包括：各个电路子模块的Verilog源文件、仿真文件，功能仿真波形；顶层设计的Verilog源文件、仿真源文件，功能仿真波形。4、总结与讨论（手写）。