简易交通灯控制电路设计.doc

成 绩 评 定 表 学生姓名 范海娟 班级学号 1103040103 专 业 电子科学与技术 课程设计题目 简易交通灯控制电路设计 评 语 组长签字： 成绩 日期 20 年 月 日 课程设计任务书 学 院 信息科学与工程学院 专 业 电子科学与技术 学生姓名 范海娟 班级学号 03 课程设计题目 简易交通灯控制电路设计 实践教学要求与任务: 完成简单十字路口直行的交通灯控制电路设计。 （1）十字路口，南北方向红：黄：绿为20s：5s：40s且可调； （2）工作时钟10hz； （3）各个方向的红黄绿等可用3个单色灯替代； （4）选做黄灯1hz闪烁； （5）自行设计设计下载后的验证方案； （6）完成全部流程：设计文档、模块设计、代码输入、功能仿真、约束与综合、布局布线、下载验证等。 工作计划与进度安排: 本设计持续两周，其中最后一天为答辩时间。 第1-2天：讲解题目，准备参考资料，检查、调试实验软硬件，进入设计环境，开始设计方案和验证方案的准备； 第3-5天：完成设计与验证方案，经指导老师验收后进入模块电路设计（验收设计文档）； 第6-7天：完成模块电路设计，进行代码输入，并完成代码的仿真（验收代码与仿真结果）； 第 8-9天：约束设计、实现、下载验证（验收验证实现）； 第10天：修正设计、整理设计资料，验收合格后进行答辩。 指导教师： 201 年 月 日 专业负责人： 201 年 月 日 学院教学副院长： 201 年 月 日 摘 要 交通灯控制电路一个简单的输入信号检测与处理、产生输出控制信号的逻辑电路。课程设计报告书详细的介绍了依据功能要求进行控制电路方案设计的过程，并在此基础上将整体电路分为计数器模块、计数器控制模块、状态转移模块等主要功能模块。实现中采用Verilog HDL语言描述、ModelSim 10a 进行功能仿真、QuartusII 11.0进行逻辑综合和适配下载，最后在ALTERA公司的Cyclone的芯片 EP1C6Q240C8上实现并完成测试。在此过程中，完整地建立了测试平台，完成了功能和时序仿真，从而保证了设计的功能与时序的正确性。 关键词：Verilog HDL；FPGAFPGA/CPLD成本的逐渐降低，以及开发测试技术的日益普及，FPGA/CPLD以其较好的集成度和稳定性、可编程实现与升级的特点，在电子设计领域得到了越来越多的应用[1]。 本设计要实现一个十字路口交通灯控制器电路，完成交通灯的调度与控制。传统情况下一般可以采用MCU加接口芯片的形式；或者是现在已较少应用的，采用通用/专用逻辑芯片的方式进行电路的实现。FPGA/CPLD和MCU的方式各有优点：MCU方式灵活性更强，但是逻辑可扩展性不强；可编程逻辑FPGA/CPLD方式实时性更好，逻辑可扩展性也好，如在FPGA/CPLD中使用CPU核，则有着明显的应用优势[2]。 本设计采用FPGA/CPLD的方案，使用ALTERA的Cyclone芯片，开发过程中采用ALTERA的QuartusII 集成工具实现设计。基本流程是这样的：首先根据设计任务要求进行方案的设计，包括引脚确定、时序关系、功能框图与模块划分、调度与控制方法等；然后依据模块设计进行模块HDL代码的输入与功能仿真，功能仿真采用HDL仿真工具Modelsim10.1a；完成功能仿真后再QuartusII平台下进行电路的约束与综合；综合结果无误后进行布局与布线，生成配置文件；在下载前进行时序分析；最后下载、测试，从而完成设计。 由于条件所限无法在现场进行验证，本设计采用开发板上拨挡开关的0/1变化替代控制交通灯复位的指示信号，由实验箱上的交通灯设计模块电路来实现验证。 1 总体电路结构设计 1.1 电路功能与性能 十字路口交通灯控制电路的功能主要集中在四个方面：一是紧急情况（道路出现状况后，停止通行的指示）为主的输入信号的采集与处理；二是交通灯点亮时间的计时；三是十字路口各交通灯点亮时间的控制；四是交通灯点亮状态的转换。 电路的具体功能细节罗列如下： 模块一主要是计数器。计数器只要用于各路口交通灯的点亮时间。计数器的输入有时钟脉冲、复位信号和清零信号控制。时钟上升沿触发，每来一个时钟上升沿，计数值加1。复位信号为异步复位信号，低电平有效，为0时，计数器置零；为1时，计数器正常计数。清零信号受时钟控制，同步清零，高电平有效，当清零信号为高电平时，计数器清零；为低电平时，计数器正常计数。 模块二计数器清零信号的控制。计数器清零信号times_rst有计数器值timers和状态值statem共同控制。我用的是实验箱上10Hz的时钟信号。如果处在00