eda大作业

班级021291学号02129057EDA实验报告学院电子工程学院专业电子信息工程学生姓名02129057导师姓名纠博交通控制器一．设计目标设计一个十字路口交通控制系统，其东西，南北两个方向除了有红、黄、绿灯指示是否允许通行外，还设有时钟，以倒计时方式显示每一路允许通行的时间，绿灯，黄灯，红灯的持续时间分别是70、5和75秒。当东西或南北两路中任一道上出现特殊情况，例如有消防车，警车要去执行任务，此时交通控制系统应可由交警手动控制立即进入特殊运行状态，即两条道上的所有车辆皆停止通行，红灯全亮，时钟停止计时，且其数字在闪烁。当特殊运行状态结束后，管理系统恢复原来的状态，继续正常运行。二．设计思路与实施方案1.设计目标思路整理①在十字路口的两个方向上各设一组红、绿、黄灯，显示顺序为其中一方向（东西方向）是绿灯、黄灯、红灯；另一方向（南北方向）是红灯、绿灯、黄灯。②设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行的时间，其中绿灯、黄灯、红灯的持续时间分别是70s、5s和75s。③当各条路上任意一条上出现特殊情况时，如当消防车、救护车或其他需要优先放行的车辆通过时，各方向上均是红灯亮，倒计时停止，且显示数字在闪烁。当特殊运行状态结束后，控制器恢复原来状态，继续正常运行。2.原理分析本系统主要由分频器，计数器，控制器，倒计时显示器等电路组成。分频器将晶振送来的50MHZ信号变为1HZ时钟信号；计数器实现总共150秒的计数，它也是交通控制系统的一个大循环；控制器控制系统的状态转移和红黄绿灯的信号输出；倒计时显示电路实现75秒，70秒及5秒的倒计时和显示功能。整个系统的工作时序受控制器控制，是系统的核心。基于此，做出交通控制系统的转移图如下：其中，s0：A方向绿灯亮，B方向红灯亮，此状态持续70秒；S1：A方向黄灯亮，B方向红灯亮，此状态持续5秒；S2：A方向红灯亮，B方向绿灯亮，此状态持续70秒；S3：A方向红灯亮，B方向黄灯亮，此状态持续5秒；S4：紧急制动状态，A方向红灯亮，B方向红灯亮，当hold=‘0‘时进入这种状态。当紧急制动信号无效时，状态按照s0—s1—s2—s3—s0循环；当紧急制动信号有效时，立即进入s4，两个方向红灯全亮，计数器停止计数。三．设计过程1.电路设计交通控制系统顶层原理图如下图示，它主要由50MHZ分频器模块，控制器，倒计时计数器模块，7段数码管组成。(1)分频器的设计分频器外部接口如右图所示：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityfp50misport(clk:instd_logic;reset:instd_logic;clk_out:outstd_logic);endentityfp50m;architecturebehavioroffp50missignalcount:std_logic_vector(31downto0);signalQ:std_logic;beginprocess(reset,clk)beginif(reset='0')thencount=(others='0');--复位计数器elsifclk'eventandclk='1'thencount=count+1;if(count=25000000)thenQ=notQ;--反置输出count=(others='0');endif;endif;clk_out=Q;endprocess;endarchitecturebehavior;由于50MHz过大，在这里就不展示分频时序图。(2)控制器的设计控制器control的逻辑符号如下图所示。其中，clk为时钟输入信号；hld为紧急制动信号；ared，agreen，ayellow为东西方向驱动红灯，绿灯及黄灯指示的输出信号；bred，bgreen，byellow分别为南北方向驱动红灯。绿灯及黄灯指示的输出信号。控制器按照上边的状态转移图所示控制系统的时序，即为个方向红，绿，黄灯的亮灭时间。control的VHDL描述文件control.vhd：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entitycontrolisport(clk,hold:instd_logic;ared,agreen,ayellow,bred,bgreen,byellow:outstd_logic);endcontrol;architecturebehaviorofcontrolistypestate_typeis(s0,s1,s2,s3,s4);signalcurrent_state,next_state:state_type;signalcounter:std_logic_vector(6downto0);beginsynch:processbeginwaituntilclk'eventandclk='1';ifhold='0'then--当紧急制动信号有效时，计数器停止工作counter=counter;else--当紧急制动信号无效时，计数器进行周期为150s的计数ifcounter149thencounter=counter+1;elsecounter=(others='0');endif;endif;endprocess;process--状态机的状态转移描述beginwaituntilclk'eventandclk='1';current_state=next_state;endprocess;state_trans:process(current_state)begincasecurrent_stateiswhens0=ifhold='0'thennext_state=s4;elseifcounter69thennext_state=s0;elsenext_state=s1;endif;endif;whens1=ifhold='0'thennext_state=s4;elseifcounter74thennext_state=s1;elsenext_state=s2;endif;endif;whens2=ifhold='0'thennext_state=s4;elseifcounter144thennext_state=s2;elsenext_state=s3;endif;endif;whens3=ifhold='0'thennext_state=s4;elseifcounter149thennext_state=s3;elsenext_state=s0;endif;endif;whens4=ifhold='0'thennext_state=s4;elseifcounter69thennext_state=s0;elsifcounter74thennext_state=s1;elsifcounter144thennext_state=s2;elsifcounter149thennext_state=s3;endif;endif;endcase;endprocess;output:process(current_state)--每种状态下两个路口红绿灯的状态描述begincasecurrent_stateiswhens0=ared='0';agreen='1';ayellow='0';bred='1';bgreen='0';byellow='0';whens1=ared='0';agreen='0';ayellow='1';bred='1';bgreen='0';byellow='0';whens2=ared='1';agreen='0';ayellow='0';bred='0';bgreen='1';byellow='0';whens3=ared='1';agreen='0';ayellow='0';bred='0';bgreen='0';byellow='1';whens4=ared='1';agreen='0';ayellow='0';bred='1';bgreen='0';byellow='0';whenothers=NULL;endcase;endprocess;endbehavior;control的时序图由图可以看出紧急制动有效，即’hold’=0时，两个方向都是红灯。而紧急制动无效时，为s1状态，一方为绿灯，另一方红灯。(3)倒计时计数器upm75（x）的设计倒计时计数器upm75（x）的逻辑符号如下图所示。其中，clk，cr分别为时钟和清零端，en0~en2分别表示倒计数75s，70s，5s使能端，ql[3..0],qh[3..0],oc分别为BCD码的个位，十位跟进位输出。VHDL描述upm75（x）.vhd如下：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityupm75is--实体声明port(clk:instd_logic;en0,en1,en2:instd_logic;cr,hld:instd_logic;ql,qh:outstd_logic_vector(3downto0);oc:outstd_logic);endupm75;architecturebehaviorofupm75is--结构体signalcoul,couh:std_logic_vector(3downto0);beginprocess(cr,clk,hld,en0,en1,en2)beginifcr='0'then--异步清零coul=0000;couh=0000;elsifclk'eventandclk='1'thenifhld='1'then--紧急制动无效时，计数器正常计数ifen0='1'then--en0有效，倒计时75sif(coul=0andcouh=0)then--减法记到00后，重新指数75coul=0101;couh=0111;elsifcoul=0then--否则，个位记到0时置为9，十位减1coul=1001;couh=couh-1;elsecoul=coul-1;--否则，个位减1endif;endif;ifen1='1'then--en1有效，倒计时70sif(coul=0andcouh=0)thencoul=0000;couh=0111;elsifcoul=0thencoul=1001;couh=couh-1;elsecoul=coul-1;endif;endif;ifen2='1'then--en2有效，倒计时5sif(coul=0andcouh=0)thencoul=0101;couh=0000;elsifcoul=0thencoul=1001;couh=couh-1;elsecoul=coul-1;endif;endif;elsecoul=coul;--紧急制动有效时，各位保持不变couh=couh;endif;endif;endprocess;process(coul,couh)beginif(coul=0andcouh=0)then--减到00时，借位输出oc='1';elseoc='0';endif;endprocess;ql=coul;qh=couh;endbehavior;倒计时的时序仿真图如下：1.75s倒计时由图可以看出紧急制动有效时，停止计时，一直持续在75s，满足要求。2.70s倒计时3.5s倒计时(4)七段数码管的设计分频器外部接口如右图所示:LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENT