EDA交通控制器的设计

SOPC/EDA综合课程设计报告设计题目：交通控制器的设计设计者：学号：37号班级：电气084指导老师：完成时间：2011年1月16号设计报告综合测试总评格式（10）内容(40)图表（10）答辩（20）平时（20）SOPC/EDA综合课程设计报告作者：·2·目录摘要................................................................................................................................................3引言................................................................................................................................................3第一章设计要求及总体方案........................................................................................41.1设计要求..........................................................................................................................41.2方案分析..........................................................................................................................41.3方案对比..........................................................................................................................4第二章整体设计论述........................................................................................................52.1系统框图..........................................................................................................................52.2控制器状态转换图........................................................................................................52.3设计思路..........................................................................................................................6第三章软件编程设计........................................................................................................73.1交通信号控制模块........................................................................................................73.2分频计数器模块...........................................................................................................113.3动态数码管扫描输出模块.........................................................................................133.4原理图输入综合模块..................................................................................................14第四章系统整体数据......................................................................................................154.1系统不同状态仿真结果.............................................................................................154.1.1控制器启动........................................................................................................154.1.2控制器正常工作...............................................................................................154.1.3控制器倒计时...................................................................................................16第五章设计总结.................................................................................................................17参考文献...................................................................................................................................18SOPC/EDA综合课程设计报告作者：·3·基于VHDL的交通控制器设计摘要：主要研究基于VHDL的基本逻辑电路和状态机电路的交通控制器设计。在状态连续变化的数字系统设计中，采用状态机的设计思想有利于提高设计效率，增加程序的可读性，减少错误的发生几率。同时，状态机的设计方法也是数字系统中一种最常用的设计方法。一般来说，标准状态机可以分为穆尔（Moore）机和米利（Mealy）机两种。在穆尔机中，其输出仅仅是当前状态值的函数，并且仅在时钟上升沿到来时才发生变化。最后给出了描述其功能的VHDL语言程序设计方法。通过编程、调试、仿真、下载正确地实现了LED和数码管动态扫描显示控制的结果，其硬件系统的实验验证也获得了与软件模拟仿真结论相吻合的结果。关键词：交通控制器，状态机，VHDL语言数码管动态显示引言伴随着社会的发展以及人类生活水平的提高，汽车的数量在不断的增加，交通问题日益突出，单靠人力来指挥交通已经不可行了，所以，设计交通灯来完成这个需求就显得越加迫切了。为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，往往采用电子控制的交通信号来指挥。随着技术市场与人才市场对EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入，EDA技术在电子信息、通信、自动控制及计算机应用等领域的重要性日益突出。一下就是运用数字电子设计出的交通灯：其中红灯亮，表示该条路禁止通行；黄灯亮表示停车；绿灯亮表示允许通行。SOPC/EDA综合课程设计报告作者：·4·第一章设计要求及总体方案1.1设计要求设计一个由一条主干道和一条支干道的汇合点形成的十字交叉路口的交通灯控制器。具体要求如下：主、支干道各设有一个绿、黄、红指示灯，两个显示数码管。主干道处于常允许通行状态，而支干道有车来才允许通行。当主、支道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行60s，支干道每次放行20s，在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中，要亮4s的黄灯作为过渡，并进行减计时显示。1.2方案分析通过分析可以知道，所要涉计的交通信号灯控制电路要能够适用于有一条主干道和一条支干道的汇合点形成的十字交叉路口。能够做到主、支干道的红绿灯闪亮的时间不完全相同，在绿灯跳变红灯的过程中能够用黄灯进行过渡，使得行驶过程中的车辆有足够的时间停下来。还要求在主、支干道各设立一组计时显示器，能够显示相应的红、黄、绿倒计时。可以利用VHDL语言设计系统功能，使红黄绿灯的转换有一个准确的时间间隔和转换顺序。1.3方案对比实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以利用标准逻辑器件、可编程序控制器和单片机等方案来实现。虽然利用单片机系统设计的交通灯控制器相对来说较稳定，能够完成较多功能的实现，但这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了功能修改及系统设计与调试的困难。相反，使用基于FPGA的设计方法具有周期短，设计灵活，易于修改等明显的优点。而且，随着FPGA器件、设计语言和电子设计自动化工具的发展和改进，越来越多的电子系统采用FPGA来设计。未来，使用FPGA器件设计的产品将出现在各个领域里。因此，此次的交通控制器的设计将采用基于FPGA的设计方案来实现所要求的功能。SOPC/EDA综合课程设计报告作者：·5·第二章整体设计论述2.1系统框图根据设计需求和系统所具有的功能，并参考相关的文献资料进行方案设计，根据模块的划分可以画出如图2-1所示的交通灯控制器系统框图。1kHZ1HZ支干道检测1KHZ数码管及LED信号图2-1控制器系统框图2.2控制器状态转换图根据设计要求，整个交通控制器的状态转换图如图2-2示(仅画出主干道状态转换图，支干道类似)：CLK分频器模块控制及计数器模块S动态数码管扫描输出模块LED显示数码管位码数码管段码SOPC/EDA综合课程设计报告作者：·6·图2-2主干道状态转换图2.3设计思路交通控制器由单片的CPLD/FPGA来根据设计要求和系统所具有的功能，并参考相关的文献资料，进行方案设计。我们选择按照自顶向下的层次化设计方法，整个系统可以分为4个模块，交通信号控制模块、分频计数器模块、动态数码管扫描输出模块、原理图输入综合模块。S=0立刻转换下一状态S=1S=1S=0S=0S=10系统下载，主干道开始60s倒计时，不论S有无信号，皆为MGCR状态。判断S1保持MGCR状态，显示保持4秒。2转入MYCR状态，开始4s倒计时3转入MRCG状态，开始20s倒计时判断S4转入MRCY状态，开始4s倒计时SOPC/EDA综合课程设计报告作者：·7·第三章软件编程设计3.1交通信号控制模块充分理解状态转换图，根据状态转换图设计出相应的应用状态机的交通信号控制器程序。设计源程序：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYTRAFFICISPORT(CLK,ENA,S:INSTD_LOGIC;--时钟，使能，传感器S输入信号MQL,MQH,SQL,SQH:BUFFERSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);--计数显示信号MR,MY,MG,SR,SY,SG:OUTSTD_LOGIC);--红绿灯信号输出ENDTRAFFIC;ARCHITECTUREONEOFTRAFFICISSIGNALMQ:INTE