基于quartusll 交通灯控制系统企业管理Word格式文档下载.docx
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由于不能使用7448自动译码集成电路,故在LED七段显示数码管显示时间时,要把计时结果转换为七段码输出到相应的LED七段显示数码管上,因此还需要一个转换电路。
交通灯状态控制也需要一个电路,当有使能信号及无紧急情况下,交通灯状态不发生变化,有紧急情况时,两个方向上均为红灯亮,紧急情况消除后,回到原来状态,无使能信号时,交通灯状态不变.
通过上面的分析,不难得知可以把交通灯控制系统划分为6个模块:
键输入模块,时钟分频模块,计时模块,选通模块,显示模块,控制模块。
各个模块之间的连接关系如下:
reset showtime
on_off
reset0 on_off0
clk1
timel,times
clk2 clk0 choose4
三、总体结构框图
No
yes
Yes
No
No
Yes
No
Yes Yes
No
Yes
Yes
No
No
Yes
No
Yes
四、分块电路设计.
(1)键输入模块(keyin)
紧急情况on_off;
用来消除抖动的时钟信号clk1,由时钟分频模块提供。
去抖后的提示信号on_off0.
(2)时钟分频模块(clk_div)
外部时钟信号clk;
输出信号:
消除抖动的时钟信号clk1;
计时内部时钟信号clk2;
产生选通信号的时钟信号clk0.
(3)计时模块(time):
定时计时时钟clk2,由时钟分频模块提供;
去抖动后的提示信号on_off0;
复位信号reset;
状态提示信号state(1downto 0);
东西方向的十位信号eq1(3 downto 0);
东西方向的个位信号eq0(3downto 0);
南北方向的十位信号sq1(3 downto 0);
南北方向的个位信号sq0(3downto0);
使能信号timel,times。
(4)选通模块(choose):
选通时钟信号clk0,由时钟分频模块提供。
选通信号choose4(3downto 0)。
(5)显示模块(display):
计时的十位或个位信号;
控制LED七段显示数码管的七位数组型信号。
(6)控制模块(keep):
复位信号reset;
去抖后的紧急情况提示信号on_off0;
定时计时时钟信号clk2;
使能信号timel,times;
东西方向交通灯状态控制信号state1(3 downto0);
南北方向交通灯状态控制信号state2(3downto 0);
交通灯状态提示信号state(1downto0)。
五、总体电路图(图形法)。
六、仿真波形
状态变化仿真图:
以下显示选通信号的仿真波形
七、源程序
主模块:
---—-----—traffic module----——---
libraryieee;
use ieee。
std_logic_1164。
all;
useieee.std_logic_arith.all;
useieee。
std_logic_unsigned。
all;
entitytracficis
port(reset :
instd_logic;
---—--—------—-----——--复位信号
clk :
in std_logic;
-——-——--—---——-—---——-—外部时钟信号
showtime1,showtime2,showtime3,showtime4:
outstd_logic_vector(6 downto0);
—————--—-————---——----—--- 控制LED七段显示数码管的七位数组型信号
choose4:
outstd_logic_vector(3downto0);
——--——--选通信号
on_off :
instd_logic;
—-———------—---——----——-紧急情况控制信号
state1,state2:
out std_logic_vector(3downto0));
---交通灯状态控制信号
end tracfic;
architecturesystemoftracficis——-—-—--—————----元件例化调用
component keyin-—---——---—-—-—---——--—---———--—-去抖动模块
port(a,b:
instd_logic;
c:
outstd_logic);
endcomponent;
component time-—-———-—---—-—-—--——-—---—-—---——--计时模块
port(a,b,k:
in std_logic;
c:
instd_logic_vector(1downto0);
d,e,f,g:
out std_logic_vector(3downto 0);
j,h:
outstd_logic);
endcomponent;
component choose—----—-———-—--—---—-——--———-————选通模块
port(a:
instd_logic;
b:
out std_logic_vector(3downto0));
end component;
componentdisplay-—--—---——-—-—---—----——-------显示模块
port(a:
instd_logic_vector(3downto0);
b:
outstd_logic_vector(6downto0));
end component;
componentclk_div----—----—-—--—---———----—----——时钟分频模块
port(a:
instd_logic;
b,c,d:
outstd_logic);
endcomponent;
component keep—--—-—---—-——-—----————------------状态控制模块
port(a,b,c,g,j:
instd_logic;
d,e:
out std_logic_vector(3downto 0);
f:
outstd_logic_vector(1downto0));
endcomponent;
signalon_off0:
std_logic;
紧急情况经去抖后的输出信号;
signalstate:
std_logic_vector(1downto0);
控制计数器的状态提示信号;
signalclk0,clk1,clk2:
std_logic;
时钟分频后的输出信号;
signaleq0,sq0:
std_logic_vector(3downto 0);
南北和东西计数器的个位输出;
signaleq1,sq1:
std_logic_vector(3downto 0);
南北和东西计数器的十位输出;
signaltimel,times:
std_logic;
计数器对控制器的反馈信号;
begin 用信号把各个模块连起来;
u1:
keyin portmap(clk1,on_off,on_off0);
u3:
time portmap(clk2,on_off0,reset,state,eq0,eq1,sq0,sq1,timel,times);
u4:
choose portmap(clk0,choose4);
u5:
display portmap(eq0,showtime1);
u6:
displayportmap(eq1,showtime2);
u7:
displayport map(sq0,showtime3);
u8:
displayport map(sq1,showtime4);
u9:
keep portmap(on_off0,timel,times,clk2,reset,state1,state2,state);
u10:
clk_divportmap(clk,clk0,clk1,clk2);
endsystem;
去抖模块:
----——--keyinmodule—-——-
libraryieee;
useieee。
std_logic_1164.all;
entitykeyinis
port(A,B:
instd_logic;
C :
outstd_logic);
end keyin;
architecture keyin_arcof keyinis
componentkand2
port(A,B :
instd_logic;
C:
outstd_logic);
endcomponent;
componentkdf
port(A,B :
instd_logic;
C,D:
outstd_logic);
endcomponent;
componentknand2
port(A,B:
instd_logic;
C:
outstd_logic);
endcomponent;
signal TMP1,TMP2,TMP3,TMP4,TMP5,TMP6:
std_logic;
begin
u0:
knand2 portmap(A,TMP1,TMP2);
u1:
knand2portmap(TMP2,TMP3,TMP1);
U2:
kdfportmap(TMP2,B,TMP4,TMP3);
U3:
kdf portmap(TMP4,B,TMP6,TMP5);
u4:
kand2portmap(TMP4,TMP5,C);
endkeyin_arc;
libraryieee;
—-—twoinputsandgatedescription
useieee.std_logic_1164.all;
entity kand2 is
port(A,B:
instd_logic;
C :
outstd_logic);
endkand2;
architecturekand2_arcofkand2is
begin
C<
=Aand B;
endkand2_arc;
———end oftwoinputsandgatedescription
libraryieee;
--—twoinputs and_notgatedescription
useieee.std_logic_1164。
entity knand2 is
port(A,B:
in std_logic;
C :
outstd_logic);
endknand2;
architectureknand2_arc ofknand2 is
begin
C〈=not(Aand B);
end knand2_arc;
—--endoftwoinputs and_not gate description
libraryieee;
-—-D triggerdescription
useieee。
std_logic_1164.all;
entity kdfis
port(A,B:
in std_logic;
C,D:
outstd_logic);
endkdf;
architecturekdf_arcofkdf is
process(B)
begin
if(B'
eventandB='
1’)thenC〈=A;
D<
=notA;
endif;
end process;
end kdf_arc;
选通模块:
该模块是为节省资源而设的,实验中有四个LED七段数码管显示计数,点亮一个LED需电流5-50mA,同时点亮4个LED,CPLD可能无法负荷这样的电流驱动,而且功率太大,散热也是问题。
同时这么做也容易造成电路被烧毁,因此需要逐个循环点亮.又为使显示结果持续不致闪烁抖动,只需每个扫描频率超过人眼视觉暂留频率24Hz以上,就能达到.选择200Hz作为时钟,分到4个数码管,每个数码管50Hz(大于24Hz),故不会有闪烁。
libraryieee;
-------choosemodule----———-——
useieee.std_logic_1164。
all;
useieee。
std_logic_unsigned。
entitychooseis
port(a:
instd_logic;
b:
outstd_logic_vector(3downto0));
endchoose;
architecture choose_arcofchooseis
signalm :
integer range0to3;
begin
process(a)
begin
if(a'
event and a='
1')then
if(m=3)thenm〈=0;
elsem<
=m+1;
end if;
endif;
casemiswhen0=〉b〈=”0111";
when 1=>b〈=”1011"
;
when2=〉b〈=”1101"
when3=>
b<="1110";
endcase;
endprocess;
endchoose_arc;
分频模块:
实验中需要三个不同频率的时钟:
消抖电路需要10Hz的时钟,选通电路需要200Hz的时钟,计时需要1Hz的时钟。
外部提供的时钟的频率为1MHz,故需要经过分频得到,但由于外部时钟的频率和我们所需要的时钟的频率相差太远,一次分频到底又占用太多的资源,所以我采用的是先对外部时钟进行一定的分频,再依次向下分,得到我们需要的时钟,这样可以节省很多资源。
libraryieee;
---——clk_div module--—-——-
use ieee.std_logic_1164.all;
entity clk_divis
port(a:
instd_logic;
--------—--—-----——--—-————---外部时钟信号
b:
out std_logic;
—------—--—-----—--—--—---——-频率为200Hz的时钟信号
c:
outstd_logic;
—--—-—--—-----—-—---—----—---频率为10Hz的时钟信号
d:
outstd_logic);
————-—---————-—--—--—-——----频率为1Hz的时钟信号
endclk_div;
architectureclk_div_arcofclk_divis
signalclk_10k:
std_logic;
signal clk_200:
std_logic;
signal clk_10:
std_logic;
signalclk_1:
std_logic;
signal m:
integerrange 0to100;
signal n:
integerrange0to50;
signall:
integerrange0to20;
signalg:
integerrange0to10;
begin
p1:
process(a)-—--—-—----先对外部时钟进行100分频,得到频率为10KHz的时钟信号
begin
if(a'
event anda=’1')then
ifm=99thenm<=0;
elsem〈=m+1;
endif;
if(m<=49) thenclk_10k<
='
0’;
elseclk_10k<='
1';
end if;
endif;
endprocess;
p2:
process(clk_10k)-—--—--对10KHz的时钟信号再进行50分频,得到200Hz的时钟信号
begin
if(clk_10k'
eventandclk_10k=’1')then
ifn=49thenn<=0;
elsen<
=n+1;
endif;
if n<=24thenclk_200<=’0’;
else clk_200<
='
1';
endif;
endif;
endprocess;
b<=clk_200;
p3:
process(clk_200)--—-对200Hz的时钟信号进行20分频,得到10Hz的时钟信号
begin
if(clk_200'eventandclk_200='
1'
)then
if l=19thenl〈=0;
else l<=l+1;
endif;
ifl<
=9thenclk_10〈='
0’;
else clk_10<
=’1'
endif;
endif;
end process;
c<
=clk_10;
p4:
process(clk_10)-—-—对10Hz的时钟信号进行10分频,得到需要的1 Hz的时钟信号
begin
if(clk_10'
eventandclk_10='
1')then
if g=9theng<
=0;
else g<
=g+1;
endif;
ifg〈=4 thenclk_1〈='
0'
elseclk_1<=’1’;
endif;
endif;
endprocess;
d<
=clk_1;
endclk_div_arc;
显示模块:
——--—-display module-—------
library ieee;
useieee.std_logic_1164。
all;
useieee。
std_logic_signed.all;
useieee。
std_