eda课程设计交通信号灯

课程设计说明书

课程设计名称：EDA交通信号灯

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学生姓名：

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指导教师：

日期：年月日

目录

1 前言 (1)

2 总体方案设计 (2)

2.1 方案分析与选择 (2)

2.2 实现方案 (3)

3 单元模块设计 (6)

3.1 晶体振荡器 (6)

3.2 供电电路 (7)

3.3 LED灯输出 (8)

3.4数码管输出电路 (8)

4特殊器件的介绍 (10)

4 .1CPLD器件介绍 (10)

4.2 FPGA器件介绍 (10)

4.3 EPF10K系列器件介绍 (10)

5 软件仿真与调试 (11)

5.1源代码及说明 (11)

5.2 仿真结果 (15)

5.3 调试 (17)

6 总结 (18)

6.1设计收获 (18)

6.2 设计改进 (18)

参考文献 (19)

附录一：电路原理图 (20)

1前言

随着电子技术的发展，人们的生活水平和质量不断提高，生活设备的智能化程度也越来越高，这些都离不开电子产品的进步。现代电子产品在性能提高、复杂度增大的同时，价格却一直呈下降趋势，而且产品更新换代的步伐也越来越快，实现这种进步的主要因素是生产制造技术和电子设计技术的发展。前者以微细加工技术为代表，目前已进展到深亚微米阶段，可以在几平方厘米的芯片上集成数千万个晶体管。后者的核心就是EDA技术，EDA是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包。

特别是近年来科技的飞速发展，EDA技术的应用不断深入，不仅带动传统控制检测技术日益更新，更在电子信息，通信，自动，控制及计算机应用等领域越显重要。没有EDA技术的支持，想要完成上述超大规模集成电路的设计制造是不可想象的，反过来，生产制造技术的不断进步又必将对EDA技术提出新的要求。随着电子技术的发展和人们对电子设计开发的难度及周期要求，EDA技术必将广发应用于电子设计的各个领域，因此本设计也采用了EDA的设计方法，其设计的优越性明显高于传统的设计方法。

在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为了交管部门管理交通的重要手段。那么，要想在十字路口中做到车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊，要靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。传统的交通信号灯控制电路是由振荡电路、三进制计数器、译码电路、显示驱动电路和开关控制电路等电路组成。在本课程设计中，通过EDA设计程序使十字路口的工作顺序为B方向红灯亮65秒，前40秒A方向绿灯亮，后5秒黄灯亮，接着15秒左转灯亮，最后5秒亮黄灯。然后A 方向红灯亮55秒，前30秒B方向绿灯亮，后5秒黄灯亮，接着15秒左转灯亮，最后5秒亮黄灯，依次重复。

本设计立足系统可靠性及稳定性等高技术要求，采用FPGA芯片实现汽车尾灯控制电路，其电路设计比较简单，外围电路少，易于控制和检查。

2 总体方案设计

2.1 方案分析和选择

通过分析可以知道，所要设计的交通灯信号控制电路要能够适用于十字交叉路口。其示意图如下图所示，A方向和B方向各设红（R）、黄（Y）、绿（G）和左拐（L）四盏灯，四种灯按合理的顺序亮灭，在跳变过程中，使得行驶的车辆有足够的时间停下来。还要求在A和B方向各设立一组计时显示器将各灯亮的时间以倒计时的形式显示出来。

图2.1 十字交叉路口交通灯简略图

要实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、单片机和可编程序控制器等方法。若用单片机来实现的话，其模型可以由电源电路、单片机主控电路、无线收发控制电路四部分组成。在电源电路中，需要用到+5v的直流稳压电源，无线收发控制电路和显示电路可有编码芯片和数据发射模块两部分组成，主控电路元件为AT89C51.硬件设计完成后还要利用计算机软件进行软件部分设计才能够实现相应的功能，虽然由此设计的控制器比较稳定，但这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持。因此，在一点程度上增加了功能修改和系统设计与调试的困难。

然而，若使用基于FPGA的设计方法则具有周期短，设计灵活，易于修改等明显的优点，随着FPGA器件、设计语言和电子设计自动化工具的发展和改进，越来越多的电子系统采用FPGA来设计。未来，使用FPGA器件设计的产品将应用于各个领域。因此，此次的交通信号灯控制设计选择采用基于FPGA的设计方案来实现所需求的功能和要求。

2.2 实现方案

2.2.1 交通灯系统控制框图如图2所示：

图2.1 系统框图 2.2.2计数值与交通灯亮灭关系图:

设A 方向的车流量较B 方向大，因此设A 方向红、黄、绿、左拐灯亮时长分别为55、5

、40、15秒，B 方向红、黄、绿、左拐灯亮时长分别为65、5、30、15秒，与此同时由数码管指示当前状态（红、黄、绿、左拐）的剩余时间。

图2.2 交通灯亮灭关系图

2.2.3环形计数状态图

环形计数器是由移位寄存器加上一定的反馈电路构成的，用移位寄存器构成环形计数器是由一个移位寄存器和一个组合反馈逻辑电路闭环构成，反馈电路的输出接向移位寄存器的串行输入端，反馈电路的输入端根据移位寄存器计数器类型的不同，可接向移位寄存器的串行输出端或某些触发器的输出端。环形计数器，是把移位寄存器最低一位的串行输出端Q1反馈到最高位的串行输入端（即D触发器的数据端）而构成的。

图2.3 环形计数状态图

S =8’(A)GYLR(B)GYLR

S0=1000 0001 ; S1=0100 0001

S2=0010 0001 ; S3=0001 1000

S4=0001 0100 ; S5=0001 0010

在此设计中我们用到得为三位环形计数器，在移位脉冲（时钟）的作用下，反复在三位移位寄存器中不断循环。该环形计数的计数长度为N=n。和二进制计数器相比，它有2n-n个状态没有利用，它利用的有效状态是少的。

要想使环形计器在选定的时序中工作，就必须防止异常时序和死态的出现，因此我们必须对其余无效的状态全部回到有效状态中去。