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数电设计报告
2013—2014学年第三学期
《数字电子技术课程设计》报告
（适用专业：
电气12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2014年7月4日～8日
目录
1、设计任务与要求
2、系统设计总体方案
3、各子模块设计
3.1时钟分频模块
3.2倒计时模块
3.3交通灯控制模块
3.4点阵显示模块
4、总体设计
5、实习总结与讨论
6、附录
一、设计任务与要求
1、数字电子技术课程设计题目：
交通灯控制电路设计
2、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、绿各四个。
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，红灯亮（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，红灯亮（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，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10s，绿灯闪烁时间为5s，黄灯闪烁时间为5s）。
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；在南北向绿灯期间，点阵显示自己的学号后3位。
扩展要求：
1、利用一个开关将0-20s扩展为0-30s（30-10s之间绿灯亮，其他与基本要求相同）；
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，东西向红灯亮，南北向红灯亮，没有时间限制），实现南北向通行（南北向绿灯闪烁，南北向红灯亮，东西向红灯亮，没有时间限制）。
3、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。
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。
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。
二、系统设计总体方案
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。
三、各子模块设计
1、时钟分频模块
（1）、源代码
modulefenpin（clk50,clk1,clk2,clk1k）;
inputclk;
outputclk1,clk2,clk1k;
reg[31:
0]cnt1,cnt2,cnt3;
regclk1,clk2,clk1k;
initial
begin
clk1=0;
clk2=0;
clk1k=0;
cnt1=0;
cnt2=0;
cnt3=0;
end
always@（posedgeclk50）
begin
if（cnt1==24999999）
begin
clk1<=~clk1;
cnt1<=0;
end
else
begin
cnt1<=cnt1+1;
end
if（cnt2==12499999）
begin
clk2<=~clk2;
cnt2<=0;
end
else
begin
cnt2<=cnt2+1;
end
if（cnt3==24999）
begin
clk1k<=~clk1k;
cnt3<=0;
end
else
begin
cnt3<=cnt3+1;
end
end
endmodule
（2）元件
（3）仿真波形
因把50MHZ分成1HZ波形显示不出来，所以把分频倍数减小1000倍，用于检验。
2、倒计时模块
（1）、源代码
moduledaojishi（clk1,k1,seg1,seg2,out,z）;
inputclk1,k1;
output[6:
0]seg1,seg2;
outputout,z;
reg[6:
0]seg1,seg2;
regz;
initialz=1;
reg[4:
0]out;
integercnt,a,b;
initialcnt=0;
always@（posedgeclk1）
begin
if（k1==0）
begin
if（cnt>0）
cnt=cnt-1;
elseif（cnt==0）
begin
cnt=20;
z=~z;
end
out=cnt;
end
else
begin
if（cnt>0）
begin
cnt=cnt-1;
end
elseif（cnt==0）
begin
cnt=30;
z=~z;
end
out=cnt;
end
a=cnt%10;
case（a）
0:
seg1=7'b0000001;
1:
seg1=7'b1001111;
2:
seg1=7'b0010010;
3:
seg1=7'b0000110;
4:
seg1=7'b1001100;
5:
seg1=7'b0100100;
6:
seg1=7'b1100000;
7:
seg1=7'b0001111;
8:
seg1=7'b0000000;
9:
seg1=7'b0001100;
endcase
b=（cnt-cnt%10）/10;
case（b）
0:
seg2=7'b0000001;
1:
seg2=7'b1001111;
2:
seg2=7'b0010010;
3:
seg2=7'b0000110;
endcase
end
endmodule
（2）元件
（3）仿真波形
3、交通灯控制模块
（1）源代码
modulekongzhi（in,z,clk2,r1,y1,g1,r2,y2,g2,k2,k3,k4,k5,k6）;
inputclk2,z,k2,k3,k4,k5,k6;
input[4:
0]in;
outputr1,y1,g1,r2,y2,g2;
regr1,y1,g1,r2,y2,g2;
integercnt;
initialcnt=0;
always@（in）
begin
if（k2==0）
begin
cnt=in;
if（z==0）
begin
if（cnt>=10）//we
begin
g1=1;r1=0;y1=0;g2=0;r2=1;y2=0;
end
elseif（cnt>=5&&cnt<10）//weg1shine
begin
g1=clk2;r1=1;y1=0;g2=0;r2=1;y2=0;
end
elseif（cnt>=0&&cnt<5）//wey1shine
begin
g1=0;r1=0;y1=clk2;g2=0;r2=1;y2=0;
end
end
elseif（z==1）
begin
if（cnt>=10）//ns
begin
g1=0;r1=1;y1=0;g2=1;r2=0;y2=0;
end
elseif（cnt>=5&&cnt<10）//nsg2shine
begin
g1=0;r1=1;y1=0;g2=clk2;r2=1;y2=0;
end
elseif（cnt>=0&&cnt<5）//nsy2shine
begin
g1=0;r1=1;y1=0;g2=0;r2=0;y2=clk2;
end
end
end
else
if（k3==1）
begin
g1=1;r1=0;y1=0;g2=0;r2=1;y2=0;
end
elseif（k4==1）
begin
g1=clk2;r1=1;y1=0;g2=0;r2=1;y2=0;
end
elseif（k5==1）
begin
g1=0;r1=1;y1=0;g2=1;r2=0;y2=0;
end
elseif（k6==1）
begin
g1=0;r1=1;y1=0;g2=clk2;r2=1;y2=0;
end
end
endmodule
（2）元件
（3）波形仿真
4、点阵显示模块
（1）源代码
moduledianzhen（clk1,clk1k,h,l,z）;
inputclk1,clk1k,z;
//input[4:
0]in1;
output[15:
0]h,l;
reg[15:
0]h,l;
integercnt,cnt1;//jishubianliang
integera,b,c,d,e,f;//fuzhibianliang
initialcnt=0;
initialcnt1=0;
always@（posedgeclk1）
begin
if（cnt<6）
cnt=cnt+1;
else
cnt=0;
end
always@（posedgeclk1k）
begin
if（cnt<16）
cnt1=cnt1+1;
else
cnt1=0;
if（z==0）
begin
if（cnt%6==0）
begin
a=cnt1%16;
case（a）//
0:
beginl=16'b0000_0000_0100_0000;h=16'b0111_1111_1111_1111;end
1:
beginl=16'b0000_0000_1010_0000;h=16'b1011_1111_1111_1111;end
2:
beginl=16'b0111_1001_0001_0000;h=16'b1101_1111_1111_1111;end
3:
beginl=16'b0100_1010_0000_1000;h=16'b1110_1111_1111_1111;end
4:
beginl=16'b0100_1101_1111_0100;h=16'b1111_0111_1111_1111;end
5:
beginl=16'b0100_1000_0000_0000;h=16'b1111_1011_1111_1111;end
6:
beginl=16'b0100_1011_1100_0100;h=16'b1111_1101_1111_1111;end
7:
beginl=16'b0100_1010_0101_0100;h=16'b1111_1110_1111_1111;end
8:
beginl=16'b0111_1011_1101_0100;h=16'b1111_1111_0111_1111;end
9:
beginl=16'b0111_1010_0101_0100;h=16'b1111_1111_1011_1111;end
10:
beginl=16'b0000_0011_1101_0100;h=16'b1111_1111_1101_1111;end
11:
beginl=16'b0000_0010_0101_0100;h=16'b1111_1111_1110_1111;end
12:
beginl=16'b0000_0010_0100_0100;h=16'b1111_1111_1111_0111;end
13:
beginl=16'b0000_0010_1101_1100;h=16'b1111_1111_1111_1011;end
14:
beginl=16'b0000_0000_0000_0000;h=16'b1111_1111_1111_1101;end
15:
beginl=16'b0000_0000_0000_0000;h=16'b1111_1111_1111_1110;end
endcase
end
elseif（cnt%6==2）//
begin
b=cnt1%16;
case（b）
0:
beginl=16'b0000_0001_0001_0000;h=16'b0111_1111_1111_1111;end
1:
beginl=16'b0010_0001_0001_0000;h=16'b1011_1111_1111_1111;end
2:
beginl=16'b0001_0001_0001_0000;h=16'b1101_1111_1111_1111;end
3:
beginl=16'b0001_0001_0001_0000;h=16'b1110_1111_1111_1111;end
4:
beginl=16'b0000_0001_0001_0000;h=16'b1111_0111_1111_1111;end
5:
beginl=16'b0000_0001_0001_0000;h=16'b1111_1011_1111_1111;end
6:
beginl=16'b0111_0001_0001_0000;h=16'b1111_1101_1111_1111;end
7:
beginl=16'b0001_0001_0001_0000;h=16'b1111_1110_1111_1111;end
8:
beginl=16'b0001_0001_0001_0000;h=16'b1111_1111_0111_1111;end
9:
beginl=16'b0001_0001_0001_0000;h=16'b1111_1111_1011_1111;end
10:
beginl=16'b0001_0001_0001_0000;h=16'b1111_1111_1101_1111;end
11:
beginl=16'b0001_0001_0001_0000;h=16'b1111_1111_1110_1111;end
12:
beginl=16'b0010_1000_0000_0000;h=16'b1111_1111_1111_0111;end
13:
beginl=16'b0100_0111_1111_1100;h=16'b1111_1111_1111_1011;end
14:
beginl=16'b0000_0000_0000_0000;h=16'b1111_1111_1111_1101;end
15:
beginl=16'b0000_0000_0000_0000;h=16'b1111_1111_1111_1110;end
endcase
end
elseif（cnt%6==4）//
begin
c=cnt1%16;
case（c）
0:
beginl=16'b0000_0010_0000_0000;h=16'b0111_1111_1111_1111;end
1:
beginl=16'b0000_0010_0000_0000;h=16'b1011_1111_1111_1111;end
2:
beginl=16'b0011_1111_1111_1000;h=16'b1101_1111_1111_1111;end
3:
beginl=16'b0000_0100_0000_0000;h=16'b1110_1111_1111_1111;end
4:
beginl=16'b0000_1001_0000_0000;h=16'b1111_0111_1111_1111;end
5:
beginl=16'b0001_0001_0000_0000;h=16'b1111_1011_1111_1111;end
6:
beginl=16'b0001_1111_1111_0000;h=16'b1111_1101_1111_1111;end
7:
beginl=16'b0000_0001_0000_0000;h=16'b1111_1110_1111_1111;end
8:
beginl=16'b0000_0001_0000_0000;h=16'b1111_1111_0111_1111;end
9:
beginl=16'b0001_0001_0100_0000;h=16'b1111_1111_1011_1111;end
10:
beginl=16'b0001_0001_0010_0000;h=16'b1111_1111_1101_1111;end
11:
beginl=16'b0010_0001_0001_0000;h=16'b1111_1111_1110_1111;end
12:
beginl=16'b0100_0001_0001_0000;h=16'b1111_1111_1111_0111;end
13:
beginl=16'b0000_0111_0000_0000;h=16'b1111_1111_1111_1011;end
14:
beginl=16'b0000_0000_0000_0000;h=16'b1111_1111_1111_1101;end
15:
beginl=16'b0000_0000_0000_0000;h=16'b1111_1111_1111_1110;end
endcase
end
elseif（cnt%6==1||cnt%6==3||cnt%6==5）//black
begin
l=16'b0000_0000_0000_0000;h=16'b1111_1111_1111_1111;
end
end
elseif（z==1）
begin
if（cnt%6==0）//shuzi4
begin
d=cnt1%16;
case（d）
0:
beginl=16'b0000_0000_0000_0000;h=16'b1111_1111_1111_1111;end
1:
beginl=16'b0000_0000_0000_0000;h=16'b1111_1111_1111_1111;end
2:
beginl=16'b0000_0000_0000_0000;h=16'b1111_1111_1111_1111;end
3:
beginl=16'b0000_1000_0000_0000;h=16'b1110_1111_1111_1111;end
4:
beginl=16'b0000_1000_0000_0000;h=16'b1111_0111_1111_1111;end
5:
beginl=16'b0001_1000_0000_0000;h=16'b1111_1011_1111_1111;end
6:
beginl=16'b0010_1000_0000_0000;h=16'b1111_1101_1111_1111;end
7:
beginl=16'b0100_1000_0000_0000;h=16'b1111_1110_1111_1111;end
8:
beginl=16'b0100_1000_0000_0000;h=16'b1111_1111_0111_1111;end
9:
beginl=16'b0111_1110_0000_0000;h=16'b1111_1111_1011_1111;end
10:
beginl=16'b0000_1000_0000_0000;h=16'b1111_1111_1101_1111;end
11:
beginl=16'b0000_1000_0000_0000;h=16'b1111_1111_1110_1111;end
12:
beginl=16'b0001_1110_0000_0000;h=16'b1111_1111_1111_0111;end
13:
beginl=16'b0000_0000_0000_0000;h=16'b1111_1111_1111_1111;end
14:
beginl=16'b0000_0000_0000_0000;h=16'b1111_1111_1111_1111;end
15:
beginl=16'b0000_0000_0000_0000;h=16'b1111_1111_1111_1111;end
endcase
end
elseif（cnt%6==2）//shuzi2
begin
e=cnt1%16;
case（e）
0:
beginl=16'b0000_0000_0000_0000;h=16'b1111_1111_1111_1111;end
1:
beginl=16'b0000_0000_0000_0000;h=16'b1111_1111_1111_1111;end
2:
beginl=16'b0000_0000_0000_0000;h=16'b111
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