1、課程設計報告2015-2016學年第2學期提交時間:2016/7/15課程設計名稱:電子綜合設計EDA課程設計院（系）:電子信息學院專業： 電子信息工程 班級:電子1313姓名：XX學號： 1310034303XX綜合實驗時間:2016/7/11-2016/7/15指導教師:二海電機學院課程設計任務書課程名稱電子綜合設計EDA課程設計課程代碼033117P11、數字式競賽搶答器 2、自動售票機3、乒乓球比賽游戲機課程設計4、電子密碼鎖課題清單5、出租車自動計費器6洗衣機控制器 7、交通信號燈控制器8、電梯控制器設計時間2016年7月11日2016年7月15日、課程設計任務匯總 設計任務：交通信

2、號燈控制器 功能要求: 1、設計一個交通信號燈控制器，由一條主干道和一條支干道匯合成十字路口, 在每個入口處設置紅、綠、黃三色信號燈，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行, 黃燈亮則給行駛中的車輛有時間停在禁行線外;2、紅、綠、黃發光二極管作信號燈，用傳感器或邏輯開關作檢測車輛是否到來 的信號;3、主干道處于常允許通行的狀態，支干道有車來時才允許通行。主干道亮綠燈 時，支干道亮紅燈；支干道亮綠燈時，主干道亮紅燈;4、主、支干道均有車時，兩者交替允許通行，主干道每次放行時間A,支干道 每次放行時間A,設立A B計時顯示電路;5、在每次由綠燈亮到紅燈亮的轉換過程中，要亮黃燈C時間作為過渡，使行駛 中的車

3、輛有時間停到禁行線外，設立 C計時顯示電路。時間A>B>C第一章 設計原理1.1設計要求 1.2 設計思路和原理1.3實現方法 第二章 Verilog HDL 程序設計2.1 整體設計2.2 具體設計第三章 仿真測試3.1 波形仿真第四章 設計總結目錄.4.4.4.4.6.677.1.0.第一章設計用LED顯示燈表示交通狀態，并以7段數碼顯示器顯示當前狀態支干道紅燈亮；反之亦然，二者交替允許通行，主干道每次放行每次由綠燈變為紅燈的過程中，亮光的黃燈作為過渡，黃燈的時LED燈顯示1.1設計要求設計一個交通控制器， 剩余秒數主干道綠燈亮時， 35s，支干道每次放行25s。間為5s。能進

4、行特殊狀態顯示，特殊狀態時東西、南北路口均顯示紅燈狀態。用 倒計時，并且能實現總體清零功能，計數器由初始狀態開始計數，對應狀態的顯示燈亮。能 實現特殊狀態的功能顯示。1.2設計思路和原理(1) 主、支干道用傳感器檢測車輛到來情況，實驗電路用邏輯開關代替。(2) 選擇1HZ時鐘脈沖作為系統時鐘。(3) 45s、25s、5s定時信號可用順計時，也可用倒計時，計時起始信號由主控電路給出, 每當計滿所需時間，啟、閉三色信號燈，并啟動另一計時電路。(4) 交通燈狀態變化如表1及圖1所示：主干道(A)狀態主干道(A)交通燈 及顯示時間支干道(B)交通燈 及顯示時間支干道(B)狀態0綠(45s )紅(50s

5、)01黃(5s )0*2紅(30s)MM綠(25s)1oe黃(5s)2Emerge ncy紅(0 )MM紅(0)Emerge ncy表1交通燈狀態圖狀態0檢測到支 路無行人 和車輛/"狀態1; 一、*狀態圖1交通燈狀態圖（5）交通燈設計輸入信號4個：CLK時鐘），EN（使能），EMERGENCY急），BCHECI檢測）；輸出信號4個：LAMPA主干道信號燈），LAMPB支干道信號燈），ACOUNT主干道計數器），BCOUN支干道計數器）。交通燈控制原理如圖2所示。=CL(Kl、1 滬=1> 堂 I匸EN御1；EWERGEWCT1)'tfV 1BCMEtft4.bofKc

6、 cCrftCrfCLKLANPAI2CqENLAMPBIZOgEKRCENC/ACCMJtJT(T DECHECKeCCXJW7F.O交通燈原理圖1.3實現方法本次采用文本編輯法，即利用Verilog實現設計所要求的交通燈控制及時間顯示。HDL語言描述交通控制器，通過狀態機計數法,設計中用兩組紅黃綠LED模擬兩個方向上的交通燈，用4個7段數碼管分別顯示兩個方向上的交通燈剩余時間，控制時鐘由試驗箱上頻率信 號提供。第二章Verilog HDL 程序設計2.1整體設計根據上章設計原理，交通燈控制的關鍵是各個狀態之間的轉換和進行適當的時間延時， 根據狀態機的設計規范，本次設計了三個狀態之間的循環轉

7、化，其真值表及狀態轉化圖如下 所示：狀狀狀狀狀狀狀狀狀狀狀狀00狀狀狀狀狀001狀狀狀狀狀100狀狀01狀狀狀狀狀010狀狀狀狀狀010狀狀11狀狀狀狀狀100狀狀狀狀狀001狀狀10狀狀狀狀狀010狀狀狀狀狀010圖2交通燈控制狀態轉化說明：該狀態圖為交通燈在正常情況下的狀態轉化圖，進入控制后， 狀態00時主干道綠 燈及支干道紅燈亮起，進入狀態 01后兩路黃燈亮起，狀態11時主干道紅燈及支干道綠燈亮 起。進入10狀態兩路黃燈亮起。結束一個循環，從 00狀態重新開始循環。為實現控制與顯示的功能，需要設計交通燈點亮順序控制程序，倒數計時程序，七段數 碼管顯示程序，數碼管顯示掃描程序，其系統結構圖

8、如下所示：圖3交通燈控制系統結構圖其中rst為復位信號，elk為時鐘信號，hold為特殊情況控制信號，輸入hold時兩個方向紅 燈無條件亮起。2.2具體設計根據整體設計要求，編寫各個功能部分 Verilog HDL 程序，設置各輸入輸出變量說明如clk：為計數時鐘；為掃描顯示時鐘；使能信號，為 1 的話，則控制器開始工作； 復位信號，為 1 的話，控制及技術回到初始狀態；qclk： en： rst：hoid :特殊情況控制信號，為1的話，則兩個方向無條件顯示為紅燈; light1 ： 控制主干道方向四盞燈的亮滅；其中，light10light2 ，分別控制主干道方向綠燈、黃燈和紅燈；light

9、2： 控制支干道方向四盞燈的亮滅；其中，light20 light22 ，分別控制支干道方向的綠燈、黃燈和紅燈；num1: 用于主干道方向燈的時間顯示， 8 位， num2: 用于支干道方向燈的時間顯示， 8 位， counter：用于數碼管的譯碼輸出；st1，st2:數碼管掃描信號。 詳細設計步驟：(1)(2)(3)(4)(5)(6)可驅動兩個數碼管；可驅動兩個數碼管；確定 4個輸入信號與 4 個輸出信號，具體見圖 2；將50MHZ寸鐘分頻為1MHZ設計紅黃綠 3 中信號燈切換的時間及順序； 設計支路檢測狀態下的信號燈切換；設計緊急(EMERGENCY狀態下信號燈的切換；程序使用 3alwa

10、ys 塊1 ，詳細代碼如下：總體程序見程序清單所示第三章 仿真測試3.1 波形仿真在仿真軟件下創建工程，新建編輯設計文件，將程序輸入，整體編譯后，新建波形仿真 文件。設置仿真時間，時鐘周期，輸入輸出端口，進行波形仿真。具體仿真波形圖及說明如 下所示：仿真截止時間： 100us；f:目時鐘：elk 1us, qcik O.lus3.1.1正常工作時波形仿真圖Valur圖4Mciiiom'戸誥廣史 £ 士 ¥ r I Q >UJ. Dims二他 I. |”jALon叢liqnEirDg lignURq亡口|_ TterJ&CJH-1fPdkaiICOQJL

11、llLll"& I i i ir"i n & I于追晶迪畑冷飲 F：恍:w郴燼品毬謎燼燼僦<；M-昭糠讎裁邀廳蒔讒勰翅iim蚪報爲怦嘆逐藍沁蠱也矗 2. biBt* i sa=厶亠=三-3=卜*a=zBddaK4d"亠亠 4B= r S qz 丿.Siq En&BE?-*JS d42_=SB>_f 3 左 E ±4g -n g厠沁茲蠢蕊體腫繰邈遊蘆激報鬟涂碎惡盛遞課遼遷設迄iiM7jiMJumn'JiJi.rtriniMLi'Jinoi iiMtCOT;jijLLlJiniuiriif：ji.ruL.n

12、aiuijiii?j舅筆逐蠶澎懣鑿1蔭站譲g簣筋i霆爭*陽黒U dhonm Hirin'= jn<E. -= -V 7=：沒有緊急情況時主干道和支干道的信號燈的顯示狀態U 王 P - - X? Z產迫尸 £ T±±r 廣=|口 m ncw"曲,IgsiLilruiMrujndliOl mjrrjpOl IRHErH_«n*erT-E:ir rtlo»acDiionocioqOLCQblft31£mu、* P |B r h Wrrra" ，'. J- H k-j龍:回溉<x砒磁軸籾西斎刼曲

13、誡麗血畑沁於誡逐致 XWJQOOOCS%憂軌XCXCCH其OCOCOOOC卸眞KXOOCC'M其優住豹典置加期 X命七3# E"'S Bf_ 1M> 0C1F您繆誨錚沁髓二離希如鶴胡:盟:辭勰琛空:*:英鍛密許沁置:碎斗4藏濟坯瞬II11J b1- 5 TT -FT '， VLFTfrr plf r i- wt I jt+a nV! t t ' t t ' t tt itv - -tp n - ' t - - p - : t t ;- t t . l k i i' tth; i tt ,- ttT.-廠 '.A二匚

14、廳磁惑型?鹽畏;阿ZT1 firr-scjsirjinjwjoirjijii-ju JULUiJLiJiwnnjiiujujuL tommuniuiinojinnu' *&. '=亠 £f ' f'-B * L.r i.T * -r丿e事W 貳”5 q 商3 4 E* F+Jb+JiKC 衣.4, rt-Fn-SS r 卜 f> *jfirjuuuiJULlir* r*v L L d* ' 丿 n * *_nJI圖5沒有緊急情況時主干道和支干道的信號燈的顯示狀態II皿"1 A 豈 Pumr? >(Ml taib-鴨

15、 Hhjpoqk 嗎 liongog:00A 哮 IkjhtjyoqCOl 電 CDdntn-£.CQlaiijxiI*吃pE ItzcW dt1li科ko1 二 rtlfla fdlf1« holdC I haunc國Ub111-1biirn» dL,IMr11rid-i11j f n "I 11IQ UL,1 1gxxxxx)oo(如>：船 exxxxxxxw>w(斗 槪._曲£ 'OXOexXX 啄<)0豁 畑備武畑燼沁珠漲工。岡'：一1 筲 XXXKWTOO) :Mx'KXXJOOWLW.gxx

16、xxx>xx <XXXXW誥>冋I-pi沢1.TTITOT；< -in X吟翌雜;忌宓a觀氏二駅濾瞬淘圜富M瑚舉二二 藍尸亠一二*丁亠亠 v- -J'J-. - ev -. J-J'JT- - . J 二 -evj-': j-j-fj- 1J- _.-.' .F-7花、«att£figffiEC£MX>-1 1fUJOLmUJUlILllBLlJU'. dlfli 渥鮒瞌崑i癌世嶷爲S嗨遜%1U.ULUUliUliULUUJUUlLllJUllbLJUlIUlJ 套蠢盍ii語鮭JULUUUMlJ

17、JlJULLiJlflillln.0.Er-1 LU豆clz"，丿耳盧時吐勺t r- 11D 血如kJ II圖6沒有緊急情況時主干道和支干道的信號燈的顯示狀態產皤 丄戸|3 上也 t r "j QI t 2心000=二li 冷jiLAiiKh-歸*1 Mjrtw1tfalbiB> 童 ruimipfilnCaODLBl許 電 ikifiQpmi300)0013噹1護n網AidP 噂 IE2X)|31D雪3”叭阿loiian1 !|»?Ife宋9Eft *nrli w3鬲E1Ifl raL3pn】b礙瓶XXXe霸如壽XXX必朋X罰滅曲XXXX»蕊腑於

18、加滋X：因 沖如於密00)000梵妙畑000沁：、畑卿妙邛10000000004 上吐注ce?«1 I011» IX>_ «L Vb T r u ; f . VF-否-1 t'f -Si.->“占-罕;- rt -r： r蘭F：=-咒.-.?- -七，丄r ri律刪詭我?戸海落確甌SS律壺轉童爭齊脅-1"石匸錢?S 5$聲?舉祗1 =卜 1' r V'Z- - q p -> r ！'.- -*> ！<!搐痣驚鹼幷絵緞倔磁籃磁粋淤灌贈沁 了矯誓H鑒翹址.tWSS齊淨碾號犧牌鑼詁阿阿檢強K和耀宙5

19、 土 + _ BiHiB 、k4 InAv" 'TL.r-1-KriLTBr. .rauBBr *£* - k j _ = ? i v i-. r t rirawrajmnTLioiiunnjLTnjL；; JLirounrrainnmuL-Ju:rauKuibiiirnnori 圖7沒有緊急情況時主干道和支干道的信號燈的顯示狀態«D11D19Dcniinio CDL tao囁VjinLpm：#贓 盧占I目i±±r t ii* , O >1 D cDn.n舊厶-丄沁J,Rg I'flhtki.a. m I呼甘Bm cQii

20、r4曲匡切Em迪 ub dk qdk鼻mlbiDoin:.:嚴:u*, . 1 ,嚴'，.I . . ” 7 . n .氓注球誹瀬腑沖熔陰M瞬梆嘰* 球杯冷、 鳥口門$；品如工號剤驅霞也忖閃ONIOK砒M朋或XOORZ 其 0 Jix :r yiy J-塔!lUQ da二E；W1Z1W匚鶴S日會:轄畤灌卿輕翠聽鯊黑M港攀押娶託郵懈歸痔爭豎睥籤搐蟄瞬獗昶愛:愕轉網ijij Lj：uiji. iiijiTjir iiiiLji.jfjiiruiiH iiiii. n i.i'riniiiuii.di.ii. .：；甫盛呑詡富帝曲*:病;盜；瓷:瓷二門叮【II)! I圖8沒有緊急情況

21、時主干道和支干道的信號燈的顯示狀態盧 茁I 1£ ±r I t t Q k >» L ddebb Il皿二00115131UdLLd電翟 rtuttUtf.II： 瞬 nunVpN 嚨!謝皿2 AC:?"脫匡切iiiiiiXiiS 扁IG710譏電！】"gio flsnrn4«rLTtnHII I II. j i 一 nJU ii.n( liiifi i.ii .iiiiiiiiiini J III ii.Ill| III I III" 11.11 fill圖9有緊急情況時主干道和支干道的信號燈的顯示狀態波形仿真主要完

22、成了控制與計數以及數碼管顯示的波形圖。nu m1, num2分別表示主干道和支干道的倒計時，num1 = 00100000主干道計時20秒num2 = 00100101支干道計時25秒; s1用來表示主干道最短通車時間是否已到， 到了 s1=1； s2用來表示支干道最長通車時間是否已到，到了 s2=1，控制輸出量從高位到低位分別表示紅，黃，綠為light1=001，light2=100，counter用于時鐘計數。hold為緊急情況時主干道和支干道的信號燈為紅燈。sysy圖6頂層文件圖結果分析：仿真結果符合設計要求，交通燈有規律的變化，顯示倒計時；在檢測支路無車輛和緊急情況下，交通燈可以做出相

23、應調整。設計中使用FSM（三段式），此方式描述方法雖然代碼結構復雜了一些，但是使 FSM做到了同步寄存器輸出，有利于實現交通燈控制2。第四章設計總結這次課程設計，通過對交通等控制器設計，解決了之前課上存在的一些困惑，就是對測 試程序的編寫，調試，對于測試程序有了很大的提升。在程序編寫和調試過程中從圖書館借 閱了很多相關程序，并對原理和算法進行理解，收獲很大。對于課題，首先進行了單元模塊的設計，將每一個單元模塊設計完成后再經行仿真, 仿真成功后就可以進行頂層文件的編寫了，在頂層文件的編寫過程中遇到了一些問題，特別 是各模塊之間的連接，以及信號的定義，總是有錯誤。有的時候信號的定義容易出現混淆，

24、在反復的修改過后，頂層文件終于能夠編譯成功了。在波形仿真的過程中，同樣遇到了困難， 有的時候會出現仿真時間過長的問題，這個時候應該修改系統時鐘的頻率。在設計的過程中 還應該多聯系下實際情況，要了解實際情況下交通信號燈的工作情況，才能更好的完成此次 的課程設計。這次的課程設計使我鞏固了以前學習到的知識，還使我掌握了以前沒有掌握的 知識，同時鍛煉了自己的能力。通過這次課程設計 ,并進一步熟練了對 Xilinx ISE 軟件的操作。通過與同學探討和 請教老師，終于把問題都解決了，并加深了對交通燈原理和設計思路的了解。同時也掌握了 做課程設計的一般流程，為以后的設計積累了一定的經驗。做課程設計時，先查

25、閱相關知識， 把原理吃透，確定一個大的設計方向，在按照這個方向分模塊的把要實現的功能用流程圖的 形式展示。最后參照每個模塊把輸入和輸出引腳設定， 運用我們所學的 Verilog 語言進行編程。 總之，通過這次的設計，進一步了解了 EDA 技術，收獲很大，對軟件編程，排錯調試，相 關儀器設備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。程序清單module sy(en,clk,qclk,rst,rst1,hold,num1,num2,light1,light2,counter,st1,st2);input en,clk,qclk,rst,hold,rst1;output st1,st2;output7

26、:0 num1,num2;output6:0counter;output2:0 light1,light2;reg tim1,tim2,st1,st2;reg1:0state1,state2,ste;reg2:0light1,light2;reg3:0num;reg6:0counter;reg7:0 num1,num2;reg7:0 red1,red2,green1,green2,yellow1,yellow2;always (en ) if(!en)begin / 設置計數初值green1<=8'b00110101;red1<=8'b00100101;yellow

27、1<=8'b00000101;green2<=8'b00100101;red2<=8'b00110101;yellow2<=8'b00000101;end always (posedge clk )beginendif(rst) /復位與特殊情況控制beginlight1<=3'b001;num1<=green1;end else if(hold)beginlight1<=3'b100;num1<=green1;else if(en)begin / 使能有效開始控制計數if(!tim1) /開始控制

28、begin /主干道交通燈點亮控制tim1<=1;case(state1)2'b00:begin num1<=green1;light1<=3'b001;state1<=2'b01;end2'b01:begin num1<=yellow1;light1<=3'b010;state1<=2'b11;end2'b11:begin num1<=red1;light1<=3'b100;state1<=2'b10;end2'b10:begin num1<=ye

29、llow1;light1<=3'b010;state1<=2'b00;enddefault:light1<=3'b100;endcaseendelsebegin /倒數計時if(num1>0)if(num13:0=0)beginnum13:0<=4'b1001;num17:4<=num17:4-1;endelse num13:0<=num13:0-1;if(num1=1) tim1<=0;endendelsebeginlight1<=3'b010;num1=2'b00;tim1<=0;e

30、ndend always (posedge clk )beginif(rst) /復位與特殊情況控制beginlight2<=3'b100;num2<=red2;else if(hold)beginlight2<=3'b100;num2<=red2;end else if(en)beginif(!tim2)begintim2<=1;case(state1)2'b00:begin num2<=red2;light2<=3'b100;state2<=2'b01;end2'b01:begin num2&l

31、t;=yellow1;light2<=3'b010;state2<=2'b11;end2'b11:begin num2<=green2;light2<=3'b001;state2<=2'b10;end2'b10:begin num2<=yellow2;light2<=3'b010;state2<=2'b00;enddefault:light2<=3'b100;endcaseendelsebegin /倒數計時if(num2>0)if(num23:0=0)begin

32、num23:0<=4'b1001;num27:4<=num27:4-1;endelse num23:0<=num23:0-1;if(num2=1) tim2<=0;endend else begin tim2<=0;state2<=2'b00;light2<=3'b010;end endalways (posedge qclk) begin / 數碼管掃描if(rst1)beginst1=0;st2=0;endelsebegincase(st2,st1)2'b00:begin num<=num13:0;st2,st

33、1<=2'b01; end2'b01:begin num<=num17:4;st2,st1<=2'b10; end2'b10:begin num<=num23:0;st2,st1<=2'b11; end2'b11:begin num<=num27:4;st2,st1<=2'b00; endendcaseendendalways (posedge qclk) begin / 數碼管譯碼顯示case(num)4'b0000: counter<=7'b0111111; /04'b0001: counter<=7'b0000110; /14'b0010: counter<=7'b1011011; /24'b0011: counter<=7'b1001111; /34'b0100: counter<=7'b1100110; /44'b010