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基于FPGA设计——交通灯.pdf

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基于FPGA设计——交通灯.pdf

FPGA课程设计 —— 交通灯控制器 通信工程学院 电科 0701 班 罗超( 17) 第一部分 技术规范 1.1 功能描述 : 实现一个由一条主干道和一条支干道的汇合点形成的十字路口的交 通灯控制器,具体功能: (1) 主、支干道各设有一个绿、黄、红指示灯,两个显示数码管。 (2) 主干道处于长允许通行状态, 而支干道有车来时才允许通行。 当 主干道允许通行亮绿灯时, 支干道亮红灯。 而支干道允许通行亮绿灯 时,主干道亮红灯。 (3) 当主干道、支干道均有车时,两者交替允许通行,主干道每次通 行45 秒,支干道每次通行 25 秒,在每次由绿灯向红灯转换的过程中, 要亮 5 秒的黄灯作为过渡, 并进行减计时显示。 每个周期结束时都要 进行支干道是否有车的检测,若有车则进行下一个周期,若没有,则 主干道亮绿灯,支干道亮红灯,直到检测到支干道有车。 1.2 系统总体框图: 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, 经行方 案设计,可以画出如下图所示的交通信号灯控制器的系统框图。 clk 时 钟 分 频 模块 计 时 模块 数码管段码 sel rst 扫 描 显 交 通 示 译 码 灯 控 模块 carsignal 制 模 数码管位码 块 seg LED 灯 I/O 管脚的描述 名称 方向 电平 位宽 功能 clk Input 3.3V 1 系统时钟信号( 10KHZ) carsignal Input 3.3V 1 检测支路是否有车 rst Input 3.3V 1 复位信号 led Output 3.3V 6 LED灯 sel Output 3.3V 7 数码管段码 seg Output 3.3V 4 数码管位码 表一:系统总体 I/O 管脚的描述 注:其中系统时钟的频率选为 10KHZ,复位采取同步复位方式, 且低有效。支干道检测到有车时, carsignal=1 ;否则,carsignal=0 。 方案核心 :在交通灯控制器的设计中, 交通灯控制及计时模块是本设 计的关键模块。 第二部分 总体设计方案 交通灯 2.1 系统详细框图: 在系统总体框图的基础上进一步详细设计,得到如下系统详细框 图。 交 通 LED 灯 灯 控 clk 时 钟 制 模 显 示 分 频 块 控 制 显 示 模块 单元 单元 rst 定时 carsignal 模块 译码单元 数码管显示 图三:系统详细框图 注:系统总体 I/O 管脚描述请查看技术规范。 2.2 具体模块设计 1. 时钟分频模块 系统的动态扫描需要 10KHZ 的脉冲,而系统时钟计时模块需要 1HZ的脉冲。分频模块主要为系统提供所需的时钟计时脉冲。该模块 将 10KHZ的脉冲信号进行分频,产生 1S 的方波(占空比为 50%),作 为系统时钟计时信号。 clk clk_out rst 时钟分频模块 图四:时钟分频模块框图 I/O 管脚描述如下: 名称 方向 电平 位宽 功能 clk input 3.3V 1 系统时钟( 10KHZ) rst input 3.3V 1 复位信号 clk_out output 3.3V 1 分频后时钟信号( 1HZ) 表二:时钟分频模块 I/O 端口描述 注:系统时钟的频率为 10KHZ,分频后的时钟信号为 1HZ (占空比为 50%)。复位信号为同步复位,且低有效。 2. 交通灯控制及计时模块 控制模块 JTDKZH:根据主干道、支干道输入信号以及时钟信号 CLK, 发出主、支干道指示灯的控制信号,同时向各个定时单元、显示控制 单元发出使能控制信号产生系统的状态机,控制其他部分协调工作。 计时模块分别实现 45s,25s,5s 的定时,根据主、支干道输入信号和 时钟信号以及交通灯控制器发出的使能信号按要求进行定时用来设 定主干道和支干道计时器的初值, 并为扫描显示译码模块提供倒计时 时间。 控制模块采用状态机进行设计,可以定义出 5 种状态,分别为 S0: 主干道绿灯,支干道红灯且没有车辆行驶; S1: 主干道绿灯,支干 道红灯且支干道有车辆驶入; S2: 主干道黄灯,支干道红灯; S3: 主干 道红灯,支干道绿灯; S4: 主干道红灯,支干道黄灯。利用 CASE语句 定义状态的转换方式及时间的变换方式,达到主干道绿灯亮 45 秒, 支干道绿灯亮

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