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基于FPGA的交通灯数字电路设计

使用VHDL语言在QuartusⅡ软件平台下实现了对交通灯控制器的设计仿真,

并通过Cyclone系列EP1C12Q240C8(QuickSOPC开发板)器件下载模拟实现。教

学中在实验室采用EDA技术即可完成较复杂数字电路系统的设计仿真,体现

EDA教学的优越性。

VA

一【术发蠢技研】

基于FGA的交通灯数字电路设计P张崇武(山东电子职业技术学院山东济南

201)504

摘

要:使用VD￣言在QatsI软件平台下实现了对交通灯控制器的设计仿真,并通

过CcoeHLuruIyln系列E11Q4CQikOCPC2208(ucSP开发板)器件下载模拟实

现。教学中在实验室采用EAD技术即可完成较复杂数字电路系统的设计仿

真,体现EAD教学的优越性。关键词:交通灯控制器;FG:VD;模拟仿真PAHL中图

分类号:u文献标识码:A文章编号:17-7921)0214146157(00900一O

0前言

本设计的核心是一个计数外围为04(5s—9共0)的计数器和一个根据计数值

做出规定反应的控制器。另外,核心板提供的时钟为4Mt,因此还8tz需要一个分

频电路。还需要驱动七段数码管,因此还必须一个译码电路。系统框图如图l示。

所

交通灯控制器的设计是数字电路教学中的经典问题,传统的设计方法是基于

中､小规模集成电路进行的,采用的电路元件多､接线复杂､故障率高､可靠性低,修

改电路的功能就要修改硬件电路,在教学上费时､费

力还不容易调试,成功率很低。随着电子设计自动化(D)技术的发展,EA在线

可编程逻辑器件的出现,使实验室中制作专用集成电路成为可能。我们使用现场

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可编程门阵列(PA作为设计载体,以硬件描述语言FG)(HLVD)作为系统设计的主

要表达手段,以计算机､大规模可编程逻辑器件的开发软件及开发实验系统为设

计工具,使得我们在实验室就可以制作专用集成电路,大大提高了教学质量。1设

计目标

3设计条件根据设计方案采用的设计语言是VD语言,自上而下的设计方法,

软HL

件环境是QatsI.英文版,硬件环境是EA验室的SatOCuruI50D实mrSP实验箱,

只采用了QikOCucSP核心板与交通灯模块。其中QikOCucSP核心板上搭载

cc0ePcQ4的FG器件,该器件有5个IH,还有一个可供用户ylnEl62OPA7

O自己设计的PC,交通灯模块就是接在此PC上,核心板采用的系统时钟

AKAK是4Mz8H。

在十字路口,每条道路各有一组红､黄､绿灯(E灯)和倒计时显LD示器(数码

管),要求: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

向是绿､黄､红,另一方向是红､绿､黄。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､黄､红的持续时间分别是2s5､2s0､s5。3当任意

一条路上出现紧急情况时,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。当特殊状态结束后,控制

器恢复原来状态,继续正常运行。4)创新功能,如在红灯结束前5使用声音提醒司

机做好起步准备,s使交通灯更加人性化。

4设计过程设计采用自上而下的设计方法,首先根据交通灯控制系统的功能

要求,将功能要求转化成系统状态图,然后再对系统进行模块的划分､定义

各个模块的IO口及具体功能,本系统共有7模块,分别是分频模块/端个

fruny0fruny､计数模块cutr､控制模块cnrle､分eqecl和eqeclonelotorl位模块fne､

显示模块dsly声音模块be,然后对各个模块用ewiipa､epVD语言编程､编译及功

能仿真,检查所编程序是否正确。如果正确则生HL成图形文件供顶层文件调用;

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如果出现错误,则要修改到正确为止,因为顶层程序是对底层程序的概括,它是把

底层程序各个模块连接起来,相当于把每个模块的功能汇聚到一起。实现整个系

统的控制