数字集成电路设计课程作业--实验十一红绿交通灯控制系统设计.docx
数字集成电路设计课程作业题目：红绿交通灯控制系统设计目录一、实验目的3二、实验原理3三、实验内容6四、实验步骤61 .实验代码62 .实验优化与仿真21五、实验总结24一、实验目的：1、初步学会用EDA进行系统设计2、理解电路模块化设计概念二、实验原理：1 .红绿交通灯控制系统如图1所示。硬件电路包括：两组红绿灯（配合十字路口的双向指挥控制）、两组七段数码管（配合红灯时倒计时的显示）、一组手动与自动控制开关（针对交通警察指挥交通控制使用）。图I红绿灯交通信号系统2 .实验电路安排如图2所示。其中，TRAFFIC_SIGN模块是用VHDL语言设计的。TRAFFIC_SIGN模块由4个子模块构成，如图3所示。（1） clgen:时钟脉冲发生电路（即分频电路）在红绿灯交通控制系统中，大多数的情况是通过自动控制的方式指挥交通的。因此,为了避免意外事件的发生，电路必须给一个稳定的时钟才能让系统正常运作。但为了配合高峰时段，防止交通拥挤，有时必须使用手动控制，即让交警能顺利地指挥交通。clk.gen电路最主要的功能就是产生一些额外的输出信号，并将其用做后续几个电路的使能控制与同步信号处理。clk,gen电路系统输入信号：elk：由外接信号发生器提供IKHZ的时钟信号；reset：系统内部自复位信号；clk_gen电路系统输出信号：enascan:将外部的elk信号进行分频（此电路设计除4）处理；ena_lhz:产生每秒一个脉冲的信号;图2实验电路图SESUS SH,-. :SkGi)- SEG73；SeG 1 2SEG7IISH.7iu,SH,tV “HG 飞IUSfcICLK.GENEKA SCASEKA IHZSBC77 SBOT6S«j75 、Ss4SEC7J SEO72 桃7|Vhdl SMV)MflaXk CLK REStfr UMD111 ENASCAN RFKMNT MCI、WUElI :0) TRAFFIC MlrX< SAD < CFAD < CFAD < CPAD <>a:) ，(>A J V "AD < CFAD ViPAI) 4C,AD <f CMD < CPA <：C PAD < CPAD (PAD << CPADVbdlcodeKfcCOUNI RESET KJM STATEll OjSlGN STATF1:0R£D|1 叫ItEDtBNASCANENAIIiZFLASH IIIZ1STATL IHG£¢"16:0 RFSFTRECoVXT LoADn 刈 COCNLDOWZREI<IGRcM 9KASH IHZYLiXOWI I O AMSl WJlTNO(TSTATrTRFC NMREDOGREENLOlGREENl GREENOYHKwlYEUX)WO 一YCLLOW IJ<CPAD 1VePAD IJAD)I,AD>图3红绿灯交通信号系统的VHDL模块图（2） traffijmux:计数秒表选择电路当过马路的时候，绿灯的一方有时会附加一个显示器告诉行人，目前还剩下几秒信号灯变成红灯。因此，traffijmux电路的主要功能就是负责输出显示器需要的值（即倒数的秒数值），作为倒数显示器电路（countdowncircuit）的计数秒表。traffic_mux电路的系统输入信号：elk：由外接信号发生器提供IKHZ的时钟信号；reset：系统内部自复位信号；ena_scan：接收由clgen电路提供的25OHZ的时钟脉冲信号；recount:接收由traffiJfSm电路产生的重新计数的使能控制信号；sign_state：接收由trafficjsm电路产生的状态信号（共2b,4种状态）系统输出宿号；traffic_mux电路的系统输出信号：load：负责产生计数器所需的计数数值（共8b,可输入数值范围。255）；（3） countdown：倒计时控制电路当过马路的前候，绿灯的一方有时会附加一个显示器告诉行人，目前还剩下几秒信号灯变成红灯。因此，countdown电路的主要功能就是负责接收traffijmux电路输出的值（即倒数的秒数超），然后将其转换成BCD码，利用七段显示器显示出来，让行人能清楚地知道在过多久就会变成红灯。countdown电路的系统输入信号：elk：由外接信号发生器提供IKHZ的时钟信号；reset：系统内部自复位信号；ena_lHZ：接收由clk_gen电路提供的IHZ的脉冲信号;recount:重新计数的使能控制信号；load：负责接收计数器所需的计数数值CoUnjdOWn电路的系统输出信号：seg7:负责将计数数值转换成BCD码,并利用七段显示器显示；next_state：当计数器计时完毕时，负责产生一个脉冲信号，作为转态触发信号。（4） traffic_fsm：红绿灯信号控制电路在红绿交通行控制系统中，大多数的情况是通过自动控制的方式指挥交通的。但为了配合高峰时段，防止交通拥挤，有时必须使用手动控制，即让交警自行指挥交通。因此，trafficjsm电路除了负责监控路口红绿灯之外，最主要的功能就是能够利用开关来切毓手动与自动的模式，让交警能够通过外部输入的方式来控制红绿灯交通信号系统的运作。trafficjsm电路的系统输入信号：elk：由外接信号发生器提供IKHZ的时钟信号；reset：系统内部自复位信号；ena_scan：接收由clk_gen电路提供的250HZ的时钟脉冲信号；ena_lHZ：接收由clk_gen电路提供的IHZ的脉冲信号；flash_lHZ：接收由clk,gen电路提供的IHZ的脉冲信号；a_m:年动与自动的切换按钮（1：自动，0：手动）；SJbUtt:红绿灯状态切换键（在手动模式下，每按一次就切换一个状态）nexjstate:接收由countdown电路提供的转态触发信号（在自动模式下）trafficjsm电路的系统输出信号：sign_state：产生的输出状态信号（共2b,4种状态）；red：负责红灯的显示（共2b,4种状态）；green:负责绿灯的显示（共2b,4种状态）；yellow:负责黄灯的显示（共2b,4种状态）；三、实验内容：用VHDL语言实现clk_gen时钟发生电路（即分频电路）；traffijmux:计数秒表选择电路；countdown：倒计时控制电路；traffiJfSm:红绿灯信号控制电路；用上述电路构成红绿交通灯控制系统。四、实验步骤1 .编写红绿交通灯控制系统各个模块的VHDL程序，进行语法检查，直到语法检查正确。(1) clk_gen:分频到IHZ的电路clk_gen.vhd：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_arith.all;useieee.stdJogic_unsigned.all;entityclk_genisport（elk:inStdJogic;ena_lhz:outStdJogic）;-Ihzoutputendentity;architecturebehavofclk_genissignalreg_clk:std_logic:='O'beginena_lhz<=reg_clk;div50m:process（clk）variabletmp:integerrange0to25000000:=0;-50MHz（25000000*2）=lHzbeginifclk,eventandelk=,1,thentmp:=tmp+1;iftmp=25000000thentmp:=0;reg-clk<=notreg_clk;endif;endif;endprocess;endbehave;(2) clk_div:分频到IKHz的电路clk_div.vhd:libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_arith.all;useieee.stdJogic_unsigned.all;entityclk_divisport(elk:inStdJogic;clkout:outStdJogic);-elkdivtoIKHzendentity;architecturebehvofclk_divissignalreg_clk:std_logic:='O'beginclkout<=reg-clk;process(clk)variabletmp:integerrangeOto25000:=0;-50MHz/(25000*2)=100OHzbeginifclk,eventandelk=,1,thentmp:=tmp+1;endif;iftmp=25000thenreg-clk<=notreg_clk;endif;endprocess;endarchitecture;(3) traffiJmUX:计数秒表选择电路traffic_mux.vhd：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;useieee.std_logic_arith.all;entitytraffic_muxisport(elk:inStdJogic;-IKHzCLKinreset:inStdJogic;ena_lhz:inStdJogic;-IHzCLKinrecount:inStdJogic;sign_state:instd_logic_vector(ldowntoO);-zzOOwredzz01,yellowzz10,reen"11"greenflashload:outstd_logic_vector(7downtoO);-abinarycountoutputst_butt:inStdJogic;-manualcontrolnext_state:outStdJogic);-outputtofsm(finitestatemachine)endentity;architecturebehavoftraffic_muxissignalcount:std_logic_vector(7downtoO);signalstate:StdJogic:=,0,;signaltmpr:integerrangeOto30:=30;signaltmpg:integerrangeOto25:=25;signaltmpy:integerrangeOto5:=5;signaltmpgflash:integerrangeOto4:=4;beginprocess(ena_lhz,sign_state)beginif(sign_state="00")then-rif(rising_edge(ena_lhz)thenif(recount='1'orreset='1'ortmpr=Oorst_butt='O,)thentmpr<=30;elsetmpr<=tmpr-1;endif;endif;
