第一篇：基于Multisim的交通燈控制電路的設(shè)計(jì)與仿真

基于Multisim的交通燈控制電路的設(shè)計(jì)與仿真

摘要：Multisim是EDA仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它創(chuàng)建電路方便，且仿真所用的儀器及仿真數(shù)據(jù)讀取方法都與實(shí)際實(shí)驗(yàn)方法相似，有各種虛擬儀器和儀表可以使用。且不消耗實(shí)際元器件。降低了實(shí)驗(yàn)成本，節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高了實(shí)驗(yàn)效率，利用Multisim設(shè)計(jì)并仿真了一個(gè)周期為8S的交通燈控制仿真電路。得到了很好的實(shí)驗(yàn)效果。關(guān)鍵詞：Multisim；EDA仿真；交通燈

Based on the control circuit of the traffic lights Multisim design and

simulation Abstract：Multisim is an important component of the EDA Simulation system, It is easy to create circuit, And the equipment used in the simulation and simulation of data acquisition methods are similar to the actual experimental methods, There are various virtual instruments andmeters can be used.And it does not consume the actual components.It can reduce the experiment cost, test time and improve the experimental efficiency, The Multisim is used to design and simulation of a cycle 8S traffic lights control simulation circuit.The experimental results have been tested very well.Key words：Multisim；EDA Simulation；Traffic lights

0 引言

在搭建實(shí)際電路之前，采用Multisim 10仿真軟件進(jìn)行虛擬測試。Multisim 10軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真分析的基本步驟為：設(shè)計(jì)創(chuàng)建仿真電路原理圖→電路圖選項(xiàng)的設(shè)置→使用仿真儀器→設(shè)定仿真分析方法→啟動(dòng)Multisim 10仿真。系統(tǒng)概述

主干道通行時(shí)，主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，時(shí)間為60 s；支干道通行時(shí)，主干道綠燈亮，主干道紅燈亮，時(shí)間為30 s。每次綠燈變紅時(shí)，黃燈先閃爍3 s(頻率為5Hz)。此時(shí)另一路口的紅燈不變?；谝陨弦?guī)則設(shè)計(jì)的交通控制器控制十字路口兩組紅、黃、綠交通信號(hào)燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，可以方便地實(shí)現(xiàn)指揮各種車輛和行人通行實(shí)現(xiàn)十字路交通管理的自動(dòng)化。

圖1 十字路口的平面位置示意圖 交通控制器電路設(shè)計(jì)與仿真

交通控制器電路按功能分成3個(gè)單元電路：振蕩電路、計(jì)數(shù)器和譯碼顯示電路、主控制電路和信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)。

2．1 振蕩電路

振蕩電路輸出頻率分別為1Hz和5Hz、幅度為5 V的時(shí)鐘脈沖。為提高精度，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)輸出頻率為100 Hz的多諧振蕩器，再通過100分頻(100進(jìn)制計(jì)數(shù)器)而得到1 Hz的時(shí)鐘脈沖，通過20分頻得到5 Hz的時(shí)鐘脈沖。

2．1．1 555定時(shí)器構(gòu)成的100 Hz多諧振蕩器

圖2 555構(gòu)成的100HZ多諧振蕩器原理圖

由555定時(shí)器構(gòu)成的100 Hz多諧振蕩器電路原理圖如圖2所示。電路由一個(gè)555芯片、兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容組成，通過電阻給電容C充電、放電的過程來產(chǎn)生振蕩，從而輸出矩形脈沖。2．1．2 74LS192構(gòu)成的100分頻和20分頻的分頻器

74LSl92是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器、異步并行置數(shù)功能、保持功能以及清零功能。CLR是清零端，LOAD是置數(shù)控制端。用2片74LSl92可以構(gòu)成二級(jí)十分頻器，將100 Hz矩形波100分頻得到1 Hz的時(shí)鐘脈沖、通過20分頻得到5 Hz的時(shí)鐘脈沖。100分頻和20分頻電路如圖3所示。

圖3 74 LS192構(gòu)成的100分頻和20分頻電路圖

右邊1片74LSl92的輸出端QA端是經(jīng)過20分頻得到的5 Hz的時(shí)鐘脈沖，而輸出端QD端是經(jīng)過100分頻后得到的1 Hz的時(shí)鐘脈沖。

2．2 74 LSl92構(gòu)成的計(jì)數(shù)器和譯碼顯示電路

計(jì)數(shù)器電路具有60 s倒計(jì)時(shí)(計(jì)數(shù)范圍為60～1的減數(shù)計(jì)數(shù)器)、30 s倒計(jì)時(shí)(計(jì)數(shù)范圍為30～1的減數(shù)計(jì)數(shù)器)以及3 s計(jì)時(shí)功能。此三種計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)主要是由2片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LSl92芯片組成，然后通過主控制電路實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，最終各個(gè)方向的倒計(jì)時(shí)共用一套譯碼顯示數(shù)碼管顯示出來。74LSl92構(gòu)成的計(jì)數(shù)器電路圖如圖4所示：左邊的1片74LSl92芯片為計(jì)數(shù)器的個(gè)位，右邊的1片74LSl92芯片為計(jì)數(shù)器的十位，個(gè)位和十位計(jì)數(shù)器的四個(gè)輸出端都接上數(shù)碼管顯示。其中作為個(gè)位數(shù)的74LS192芯片的CLK接的是1 Hz時(shí)鐘脈沖。

圖4 74LS192構(gòu)成的計(jì)數(shù)器電路

2．3 主控制電路和信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)

主控制電路和信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)用各種門電路和T觸發(fā)器組成。主控制電路和信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。圖5中的紅燈1，黃燈1，綠燈1是主干道的三個(gè)交通信號(hào)燈，紅燈2，黃燈2，綠燈2則是支干道的三個(gè)交通信號(hào)燈。圖4中的兩片74LSl92的8個(gè)輸出端用或門連起來，接到LD置數(shù)端，決定倒計(jì)時(shí)器是置數(shù)還是計(jì)數(shù)。

圖5 主控制電路

工作開始時(shí)，LD為O，計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)，此時(shí)T觸發(fā)器的初始狀態(tài)Q=0，因此預(yù)置數(shù)為30 s。置數(shù)完后，LD變?yōu)?，計(jì)數(shù)器開始從30 s倒計(jì)時(shí)，T觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)Q=1，主干道的紅燈1及支干道的綠燈2亮。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到“03”秒時(shí)，由于圖4中的十位計(jì)數(shù)器的QD2，QC2，QB2，QA2與個(gè)位計(jì)數(shù)器的QD1，QC1用一個(gè)或非門連起來，使信號(hào)燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，綠燈2滅，黃燈2在這3 s內(nèi)以5 Hz的頻率閃爍，紅燈1不變。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)減到數(shù)“00”時(shí)，LD又變?yōu)?，計(jì)數(shù)器又預(yù)置60 s，之后又倒計(jì)時(shí)，如此循環(huán)下去。2．4 仿真結(jié)果

將上述各單元電路組合起來，可以得到交通控制燈的整體電路，點(diǎn)擊Multisim 10軟件的“Simulate／Run”按鈕或直接按“F5”鍵，便可以進(jìn)行交通燈控制電路的仿真。電路的倒計(jì)時(shí)顯示首先為30 s，支干道的綠燈2亮，支干道的車輛可自由通行；主干道的紅燈1亮，主干道的車輛禁止通行。時(shí)間顯示器從預(yù)置的30 s，以每秒減1，減到數(shù)3時(shí)，支干道的綠燈2轉(zhuǎn)換為黃燈2，而且黃燈以O(shè)．2 s(5 Hz的頻率)閃一次，其他燈不變。減到數(shù)1時(shí)，1 s后顯示器又轉(zhuǎn)換成預(yù)置的60 s，支干道的黃燈2轉(zhuǎn)換為紅燈2，支干道的車輛禁止通行，主干道的紅燈1轉(zhuǎn)換為綠燈1，主干道的車輛可自由通行，如此循環(huán)下去。結(jié)語

利用Multisim 10對十字路口 交通燈控制器各個(gè)單元電路和整體電路的設(shè)計(jì)和仿真，只要點(diǎn)擊鼠標(biāo)就能方便、快捷地搭建電路，并且修改電路方便。在電路設(shè)計(jì)仿真完成之后再構(gòu)建實(shí)際電路，從而降低了成本，大大提高了教學(xué)和專業(yè)設(shè)計(jì)的效率。

參考文獻(xiàn)

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第二篇：交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告

交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告

一、設(shè)計(jì)任務(wù)

用CPLD設(shè)計(jì)路口交通燈控制器

二、設(shè)計(jì)要求

1、滿足一下時(shí)序要求：南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮；南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮；

2、每一方向的紅（綠）黃燈總共維持30秒；

3、十字路口要有時(shí)間顯示，具體為：當(dāng)某一方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為30秒，然后以每秒減一技術(shù)方式工作，直至減到數(shù)為4秒時(shí)，紅綠燈熄滅，黃燈開始間隙閃耀4秒，減到0時(shí)，紅綠燈交換，一次工作循環(huán)結(jié)束，進(jìn)入下一步另一方向的工作循環(huán)；

4、紅綠燈均采用發(fā)光二極管；

5、設(shè)計(jì)由晶振電路產(chǎn)生1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)的單元電路(實(shí)際秒脈沖由開發(fā)箱提供)；

6、要求對整體電路進(jìn)行仿真，觀察并記錄下仿真波形；

7、選作部分：

a、手動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)控制，夜間為黃燈閃耀；

b、白天黃燈亮?xí)r，以2Hz的速度閃爍點(diǎn)亮四秒； c、紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮?xí)r間可以自由修改。

三、設(shè)計(jì)設(shè)備

含有Quartus軟件的電腦一臺(tái)，可下載的試驗(yàn)臺(tái)；

四、設(shè)計(jì)方法

使用VHDL語言進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)運(yùn)行和仿真，以及波形的運(yùn)行仿真，最后進(jìn)行下載仿真；

五、方案論證

方案1：把整個(gè)流程分成幾個(gè)進(jìn)程來做；

方案2：每個(gè)進(jìn)程都使用if和case語句實(shí)現(xiàn)功能的實(shí)現(xiàn)； 方案3：使用狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換；

方案論證：

1、要實(shí)現(xiàn)整個(gè)流程，需要做的輸出內(nèi)容類型不同，如果放在一個(gè)進(jìn)程里面就比較容易混淆，產(chǎn)生混亂。而采用分成幾個(gè)進(jìn)程來做的方式就明確了每個(gè)模塊的內(nèi)容和分工，使其調(diào)理清晰，一目了然；

2、if語句是條件語句，是VHDL語言中常用的基本語句。該流程中的變量比較繁多，而使用case語句分情況列出來，簡潔明了。

3、狀態(tài)機(jī)的使用格式簡潔，使用簡單方便，特別是在進(jìn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時(shí)候。并行的狀態(tài)轉(zhuǎn)換不易出錯(cuò)，可將狀態(tài)轉(zhuǎn)換、賦值、計(jì)數(shù)等多個(gè)功能封裝在某一個(gè)狀態(tài)中，并且更加便于為系統(tǒng)添加新的狀態(tài)功能。

方案選定：

通過以上分析，確定用以上方案為本次設(shè)計(jì)的方案。

六、工作原理

先對所給時(shí)鐘脈沖進(jìn)行分頻到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖；設(shè)計(jì)兩個(gè)時(shí)鐘控制倒計(jì)時(shí)，倒計(jì)時(shí)的時(shí)間可自由修改，由輸入決定；設(shè)計(jì)另一個(gè)時(shí)鐘，用以控制白天與夜間模式的轉(zhuǎn)換；在白天時(shí)，根據(jù)倒計(jì)時(shí)的數(shù)字進(jìn)行紅綠燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換；夜間時(shí)，紅綠燈狀態(tài)改為夜間模式：黃燈閃爍。

七、程序設(shè)計(jì)

------交通燈控制系統(tǒng)所使用的庫和包

-------------------------library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;

-------------------------------交通燈控制系統(tǒng)的實(shí)體

-------------------------entity jt is

port(clk,reset:in std_logic;

------------------時(shí)鐘脈沖clk由系統(tǒng)直接提供，需要進(jìn)行分

頻；reset是啟動(dòng)鍵，當(dāng)reset為1是，系統(tǒng)啟動(dòng)

t0:integer range 0 to30;

------------------紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮的時(shí)間，根據(jù)輸入的不同

系統(tǒng)運(yùn)行的不同

r1,y1,g1,r2,y2,g2:out std_logic;

------------------r1為東西方向紅燈，y1為東西方

向黃燈，g1為東西方向綠燈；r2為南北方向紅燈，y2為南北方向黃燈，g2為南北方向綠燈

ec0,ec1,nc0,nc1:out std_logic_vector(3 downto 0));

------------------ec0,ec1分別為東西方向的倒計(jì)時(shí)間的個(gè)位和十位；

nc0,nc1分別為南北方向的倒計(jì)時(shí)間的個(gè)位和十位

end jt;-------------------------------交通燈控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體（5個(gè)進(jìn)程）

-------------------------architecture one of jt is

type state_type is(s0,s1,s2,s3);

------------------定義狀態(tài)的類型

signal state:state_type;

------------------使用狀態(tài)機(jī)

signal k:std_logic;

------------------分頻后的1Hz的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖

signal c1,c2:integer range 0 to 30;

------------------定義東西、南北方向的兩個(gè)

倒計(jì)時(shí)的計(jì)數(shù)

signal t1:integer range 0 to 3600;

signal t2:integer range 0 to 24;------------------定義一個(gè)時(shí)鐘，用以控制白天與夜間模式 Begin------該進(jìn)程用以分頻

-------------------------q0:process(clk)

variable tt:std_logic_vector(9 downto 0);

------------------中間變量

begin

if clk'event and clk='1' then

if tt=“1111101000” then

----------------------把所給1kHz分頻成1Hz的脈沖

k，10000分頻，仿真值用“ 0000000100”八分頻

tt:=(others=>'0');

k<='1';

else

tt:=tt+1;k<='0';

end if;

end if;end process q0;-------------------------

------該進(jìn)程用以設(shè)計(jì)時(shí)鐘

-------------------------q1:process(k,reset)

begin

if reset='1' then

------------------啟動(dòng)開關(guān)為1時(shí)，系統(tǒng)開始運(yùn)行

t1<=0;t2<=0;

------------------從0點(diǎn)開始 elsif k='1' and k'event then if t1=3599 then

------------------一個(gè)t1循環(huán)是一個(gè)秒，仿真值用“35” if t2=23 then

-------------------一個(gè)t1循環(huán)是一個(gè)小時(shí)，一天24小時(shí) t2<=0;

else t2<=t2+1;end if;t1<=0;else t1<=t1+1;end if;end if;end process q1;-------------------------------該進(jìn)程用以控制白天黑天模式和紅綠燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換

-------------------------q2:process(k,reset,t2)

begin

if t2>=5 and t2<=22 then

-------------------白天模式5：00到22：00之間

if reset='1' then

-------------------啟動(dòng)開關(guān)為1時(shí)，系統(tǒng)開始運(yùn)

行，進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換

r1<='0';y1<='0';g1<='1';-------------------東西方向綠燈亮 r2<='1';y2<='0';g2<='0';-------------------南北方向紅燈亮 state<=s0;-------------------紅綠燈處于初始狀態(tài)s0 c1<=t0;

c2<=t0;-------------------倒計(jì)時(shí)從自由輸入值開始遞減 elsif k='1' and k'event then

case state is

when s0=>-------------------當(dāng)處于第1狀態(tài)時(shí)，討論

if c1=5 then

--------------由于進(jìn)程內(nèi)部的并列進(jìn)

行，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)第4秒時(shí)，進(jìn)入到第2狀態(tài)s1

state<=s1;

c1<=c1-1;

c2<=c2-1;

--------------倒計(jì)時(shí)遞減

elsif c2=0 then

------------倒計(jì)時(shí)減到0時(shí)，再從

初始值開始

c1<=t0;

c2<=t0;

else

----------------否則繼續(xù)保持第1狀態(tài)s0

state<=s0;

c1<=c1-1;

c2<=c2-1;

end if;

when s1=>-------------------當(dāng)處于第2狀態(tài)時(shí)，討論

if c1=1 then--------------由于進(jìn)程內(nèi)部的并列進(jìn)行，當(dāng)

倒計(jì)時(shí)第t0秒時(shí)，進(jìn)入到第3狀態(tài)s2

state<=s2;

c1<=c1-1;

c2<=c2-1;

else----------------否則繼續(xù)保持第2狀態(tài)

state<=s1;

c1<=c1-1;

c2<=c2-1;

end if;

when s2=>-------------------當(dāng)處于第3狀態(tài)時(shí)，討論

if c2=5 then--------------由于進(jìn)程內(nèi)部的并列進(jìn)行，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)第4秒時(shí)，進(jìn)入到第4狀態(tài)s3

state<=s3;

c1<=c1-1;

c2<=c2-1;

elsif c1=0 then

------------倒計(jì)時(shí)減到0時(shí)，再從初

始值開始

c1<=t0;

c2<=t0;

else

----------------否則繼續(xù)保持第3狀態(tài)

state<=s2;

c1<=c1-1;

c2<=c2-1;

end if;

when s3=>-------------------當(dāng)處于第4狀態(tài)時(shí)，討論 if c2=1 then--------------由于進(jìn)程內(nèi)部的并列進(jìn)行，當(dāng)?shù)?/p>

計(jì)時(shí)第t0秒時(shí)，進(jìn)入到第1狀態(tài)s0

state<=s0;

c1<=c1-1;

c2<=c2-1;

else----------------否則繼續(xù)保持第4狀態(tài)

state<=s3;

c1<=c1-1;

c2<=c2-1;

end if;

when others=> state<=s0;

end case;if state=s0 then

r1<='0';y1<='0';g1<='1';

r2<='1';y2<='0';g2<='0';elsif state=s1 then

r1<='0';g1<='0';

r2<='1';y2<='0';g2<='0';

if c1=4 or c1=2 then y1<='1';

else y1<='0';

end if;elsif state=s2 then

r1<='1';y1<='0';g1<='0';

r2<='0';y2<='0';g2<='1';elsif state=s3 then

r1<='1';y1<='0';g1<='0';

r2<='0';g2<='0';

if c2=4 or c2=2 then y2<='1';

else y2<='0';

end if;end if;

--各個(gè)狀態(tài)的紅綠燈變量的賦值，‘1’亮‘0’熄 end if;else-------------------夜間模式22：00到次日5：00之間

c2<=0;c1<=0;r1<='0';r2<='0';g1<='0';g2<='0';y1<=k;y2<=k----------------紅綠燈的狀態(tài)：脈沖k賦給黃燈變量，黃燈閃爍

end if;end process q2;-------------------------------該進(jìn)程用于東西方向倒計(jì)時(shí)的譯碼顯示

-------------------------q3:process(c1)

begin case c1 is when 0=>ec0<=“0000”;ec1<=“0000”;when 1=>ec0<=“0001”;ec1<=“0000”;when 2=>ec0<=“0010”;ec1<=“0000”;when 3=>ec0<=“0011”;ec1<=“0000”;when 4=>ec0<=“0100”;ec1<=“0000”;when 5=>ec0<=“0101”;ec1<=“0000”;when 6=>ec0<=“0110”;ec1<=“0000”;when 7=>ec0<=“1000”;ec1<=“0000”;when 9=>ec0<=“1001”;ec1<=“0000”;when 10=>ec0<=“0000”;ec1<=“0001”;when 11=>ec0<=“0001”;ec1<=“0001”;when 12=>ec0<=“0010”;ec1<=“0001”;when 13=>ec0<=“0011”;ec1<=“0001”;when 14=>ec0<=“0100”;ec1<=“0001”;when 15=>ec0<=“0101”;ec1<=“0001”;when 16=>ec0<=“0110”;ec1<=“0001”;when 17=>ec0<=“0111”;ec1<=“0001”;when 18=>ec0<=“1000”;ec1<=“0001”;when 19=>ec0<=“1001”;ec1<=“0001”;when 20=>ec0<=“0000”;ec1<=“0010”;when 21=>ec0<=“0001”;ec1<=“0010”;when 22=>ec0<=“0010”;ec1<=“0010”;when 23=>ec0<=“0011”;ec1<=“0010”;when 24=>ec0<=“0100”;ec1<=“0010”;when 25=>ec0<=“0101”;ec1<=“0010”;when 26=>ec0<=“0110”;ec1<=“0010”;when 27=>ec0<=“0111”;ec1<=“0010”;when 28=>ec0<=“1000”;ec1<=“0010”;when 29=>ec0<=“1001”;ec1<=“0010”;when 30=>ec0<=“0000”;ec1<=“0011”;----------------------------當(dāng)在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，分別為個(gè)位十位譯碼并顯示

when others=>ec0<=“0000”;ec1<=“0000”;

-------------------------否則，LED燈顯示0

end case;

end process q3;-------------------------------該進(jìn)程用于南北方向倒計(jì)時(shí)的譯碼顯示

-------------------------q4:process(c2)

begin

case c2 is when 0=>nc0<=“0000”;nc1<=“0000”;when 1=>nc0<=“0001”;nc1<=“0000”;when 2=>nc0<=“0010”;nc1<=“0000”;when 3=>nc0<=“0011”;nc1<=“0000”;when 4=>nc0<=“0100”;nc1<=“0000”;when 5=>nc0<=“0101”;nc1<=“0000”;when 6=>nc0<=“0110”;nc1<=“0000”;when 7=>nc0<=“0111”;nc1<=“0000”;when 8=>nc0<=“1000”;nc1<=“0000”;when 9=>nc0<=“1001”;nc1<=“0000”;when 10=>nc0<=“0000”;nc1<=“0001”;when 11=>nc0<=“0001”;nc1<=“0001”;when 12=>nc0<=“0010”;nc1<=“0001”;when 13=>nc0<=“0011”;nc1<=“0001”;when 14=>nc0<=“0100”;nc1<=“0001”;when 15=>nc0<=“0101”;nc1<=“0001”;when 16=>nc0<=“0110”;nc1<=“0001”;when 17=>nc0<=“0111”;nc1<=“0001”;when 18=>nc0<=“1000”;nc1<=“0001”;when 19=>nc0<=“1001”;nc1<=“0001”;when 20=>nc0<=“0000”;nc1<=“0010”;when 21=>nc0<=“0001”;nc1<=“0010”;when 22=>nc0<=“0010”;nc1<=“0010”;when 23=>nc0<=“0011”;nc1<=“0010”;when 24=>nc0<=“0100”;nc1<=“0010”;when 25=>nc0<=“0101”;nc1<=“0010”;when 26=>nc0<=“0110”;nc1<=“0010”;when 27=>nc0<=“0111”;nc1<=“0010”;when 28=>nc0<=“1000”;nc1<=“0010”;when 29=>nc0<=“1001”;nc1<=“0010”;when 30=>nc0<=“0000”;nc1<=“0011”;---------------------------當(dāng)在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，分別為個(gè)位十位譯碼并顯示

when others=>nc0<=“0000”;nc1<=“0000”;

end process q4;-------------------------end architecture one;

----所有進(jìn)程結(jié)束-------------------------

八、仿真結(jié)果

1、clk為輸入脈沖；開始令reset為’1’，啟動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)正常工作后值為’0； t0為紅綠燈循環(huán)時(shí)間，可自由修改，如果輸入值為’0010000’，則為16秒倒計(jì)時(shí)。如下圖：系統(tǒng)從0點(diǎn)開始運(yùn)行，處于夜間模式時(shí)，倒計(jì)時(shí)都為“00”，兩個(gè)方向都為黃燈閃爍，紅綠燈都熄滅。

---------------------------否則，LED燈顯示0

end case;2、5：00之后，進(jìn)入到白天模式：從第1狀態(tài)（東西方向綠燈亮、南北方向紅燈）開始，倒計(jì)時(shí)從16秒開始遞減。倒計(jì)時(shí)第4秒后進(jìn)入第2 狀態(tài)（東西方向黃燈閃爍，南北方向紅燈亮）。

3、倒計(jì)時(shí)第0秒后進(jìn)入第3 狀態(tài)（東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮），倒計(jì)時(shí)再從16秒開始遞減；倒計(jì)時(shí)第4秒后進(jìn)入第4 狀態(tài)（東西方向紅燈亮，南北方向黃燈閃爍）；倒計(jì)時(shí)第0秒后進(jìn)入第1 狀態(tài)（東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮），倒計(jì)時(shí)再從16秒開始遞減

。如此循環(huán)。

4、當(dāng)計(jì)時(shí)器到22：00時(shí)，再次進(jìn)入夜間模式：東西南北方向黃燈閃爍；到次日5：00時(shí)又回到白天模式。如此循環(huán)。

九、討論與改進(jìn)

特點(diǎn)：

1、在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，分進(jìn)程實(shí)現(xiàn)整個(gè)功能，簡單明了；

2、狀態(tài)機(jī)的功能和優(yōu)點(diǎn)得到了較為完整的體現(xiàn)；

3、分夜間和白天模式不同，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)；

4、黃燈以閃爍的形式亮；系統(tǒng)運(yùn)行后紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮的時(shí)間也可自由修改。不足：

1、整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)后從夜間0點(diǎn)開始運(yùn)行，而不能隨意調(diào)為哪個(gè)時(shí)間的交通燈狀態(tài)，只能從程序中改，不能手動(dòng)調(diào)節(jié)；

2、整個(gè)功能還是比較簡單，未能分左右轉(zhuǎn)和直行的情況；

3、緊急情況處理時(shí)也無特殊處理的設(shè)置。

改進(jìn)：

1、在進(jìn)程中可增加一個(gè)輸入量，用以控制系統(tǒng)的時(shí)鐘時(shí)間，方便調(diào)節(jié)模式和交通燈狀態(tài)；

2、在進(jìn)程中可加入幾個(gè)紅綠燈狀態(tài)來分別控制東西方向和南北方向的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和直行的紅綠燈狀態(tài)；

3、在原有程序的基礎(chǔ)上，可通過增加一個(gè)輸入量來控制一種特殊狀態(tài)，用以控制特殊情況的處理，視該特殊情況而定。

二○一○年九月三日

第三篇：基于FPGA的交通燈控制電路設(shè)計(jì)

基于FPGA的交通燈控制電路設(shè)計(jì)

關(guān)鍵字： 交通信號(hào)機(jī) FPGA 脈沖發(fā)生器

目前交通燈廣泛應(yīng)用于道路交通建設(shè)中。本文設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通燈控制電路，要求東西、南北兩條干道的紅、綠、黃交通燈按要求循環(huán)變化，并以倒計(jì)時(shí)方式指示干道通行或禁止的維持時(shí)間。在QuartusⅡ軟件環(huán)境中設(shè)計(jì)、仿真，并在FPGA實(shí)驗(yàn)板上實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)電路的功能。

系統(tǒng)概述

1．1 設(shè)計(jì)思想

基于FPGA的交通燈系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)包括4大模塊，分別為脈沖發(fā)生、狀態(tài)定時(shí)、交通燈閃爍的控制、閃爍時(shí)間的控制，基本原理如圖1所示。

1．2 總體工作情況

交通燈控制要求如表1所示。

該設(shè)計(jì)的交通燈控制分為6個(gè)狀態(tài)。由于各狀態(tài)持續(xù)時(shí)間不同，所以電路的核心控制部分是狀態(tài)機(jī)和定時(shí)器，狀態(tài)機(jī)在定時(shí)器觸發(fā)下周期性循環(huán)，狀態(tài)碼控制6個(gè)燈以一定的規(guī)律變化。變化情況如圖2所示。

系統(tǒng)脈沖由FPGA開發(fā)板晶振經(jīng)過分頻電路實(shí)現(xiàn)。狀態(tài)定時(shí)由74190可逆十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和T’觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，只要置數(shù)合理，翻轉(zhuǎn)信號(hào)到位，就可以使電路在東西(I)、南北(J)兩個(gè)控制狀態(tài)間翻轉(zhuǎn)。紅、黃、綠燈的閃爍由7485數(shù)字比較器和組合邏輯控制，其中7485數(shù)字比較器用于比較計(jì)數(shù)器當(dāng)前持續(xù)狀態(tài)和所需要的狀態(tài)全部時(shí)間，并做出相應(yīng)的變化。組合邏輯控制由AHDL文件編寫真值表實(shí)現(xiàn)。時(shí)間顯示由AHDL文件編寫真值表實(shí)現(xiàn)，輸入正確的邏輯，七段譯碼電路即能得到正確的時(shí)間顯示。

1．3 各功能的組成

整個(gè)電路可以分為4大部分，包括脈沖發(fā)生、狀態(tài)定時(shí)、時(shí)間顯示和數(shù)字比較一組合邏輯控制。

1．3．1 脈沖發(fā)生

脈沖發(fā)生器為整個(gè)系統(tǒng)提供驅(qū)動(dòng)，將輸入端分配給FPGA實(shí)驗(yàn)板的PIN55引腳，則會(huì)由實(shí)驗(yàn)板上產(chǎn)生頻率為10 MHz的輸入脈沖，用7片7490，每一級(jí)都構(gòu)成10分頻電路，使頻率從10 MHz降低為1Hz。

1．3．2 狀態(tài)定時(shí)

狀態(tài)定時(shí)可由預(yù)置BCD碼初值的74190級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)，構(gòu)成減計(jì)數(shù)器。級(jí)聯(lián)原則是：低位計(jì)數(shù)器從全0狀態(tài)變?yōu)樽畲蟠a值狀態(tài)時(shí)可使高位計(jì)數(shù)器減1。級(jí)聯(lián)方式分為異步和同步兩種，本文采取的是異步級(jí)聯(lián)方式，即低位計(jì)數(shù)器溢出信號(hào)控制高位計(jì)數(shù)器的記數(shù)脈沖輸入端?？筛鶕?jù)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘觸發(fā)方式，在低位計(jì)數(shù)器狀態(tài)碼從全“0”變?yōu)樽畲蟠a值的瞬間，為高位計(jì)數(shù)器提供有效的計(jì)數(shù)脈沖邊沿。具體做法是將低片位的溢出信號(hào)RCON端口接到高片位的計(jì)數(shù)脈沖CLK，實(shí)現(xiàn)兩位BCD碼的置數(shù)、翻轉(zhuǎn)和借位，使系統(tǒng)表示的數(shù)字能在22～16之間循環(huán)。

74190功能說明：

(1)GN為計(jì)數(shù)器使能控制端，低電平有效。當(dāng)GN為高電平時(shí)，禁止計(jì)數(shù)。

(2)DNUP為計(jì)數(shù)方式控制，接高電平為減計(jì)數(shù)，接低電平為加計(jì)數(shù)。

(3)LDN為異步預(yù)置數(shù)控制。當(dāng)LDN為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器狀態(tài)QD，QC，QB，QA分別等于D，C，B，A。

(4)計(jì)數(shù)器位序由高至低順序?yàn)镼D，QC，QB，QA。QD為最高位MSB，QA為最低位LSB。

(5)計(jì)數(shù)脈沖CLK上升沿有效。

(6)當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出QDQCQBQA為十進(jìn)制加計(jì)數(shù)的最大狀態(tài)碼“1001”或?yàn)闇p計(jì)數(shù)的最小狀態(tài)碼全“0”時(shí)，極值狀態(tài)碼指示MAX／MIN輸出為高電平。

(7)當(dāng)極值狀態(tài)碼指示MAX／MIN為高電平且CLK為低電平時(shí)，溢出信號(hào)RCON為低電平，即RCON與計(jì)數(shù)脈沖同步。

系統(tǒng)記數(shù)脈沖為1 Hz時(shí)，如表2所示，當(dāng)I狀態(tài)(東西控制狀態(tài))的定時(shí)時(shí)間為22 s，計(jì)數(shù)器應(yīng)該先預(yù)置22的BCD碼；同理，J狀態(tài)(南北控制狀態(tài))之前應(yīng)該預(yù)置16的BCD碼。

狀態(tài)計(jì)時(shí)電路由兩片74190級(jí)聯(lián)而成，構(gòu)成22和16自翻轉(zhuǎn)的電路。其要解決的核心問題包括置數(shù)，翻轉(zhuǎn)和借位。根據(jù)74190芯片的特點(diǎn)，可分析其實(shí)現(xiàn)原理如圖4所示，通過溢出信號(hào)RCON的上升沿實(shí)現(xiàn)借位，使得數(shù)字能夠從20到19，個(gè)位向十位借位，順利過渡。

置數(shù)和翻轉(zhuǎn)之間有先后關(guān)系，即須先置數(shù)后翻轉(zhuǎn)。如表3所示，分析兩個(gè)BCD碼各位特點(diǎn)，可知兩者D7D6D3D0位均為1，D1位均為0，而D5D4D2位不同，如圖5，D5D4D2位由狀態(tài)電平S來控制，當(dāng)為I狀態(tài)時(shí)，計(jì)數(shù)器的預(yù)置的數(shù)為D5=0，D4=D2=1，而為J狀態(tài)時(shí)，計(jì)數(shù)器的預(yù)置的數(shù)為D5=1，D4=D2=0，根據(jù)74190的功能，將2片74190的MAX／MIN引出，通過與非門，分別連在高位和低位的LDN置數(shù)端，通過分析可知，當(dāng)計(jì)數(shù)器從01減到00時(shí)候，高低位的MAX／MIN均為高電平，經(jīng)過與非門以后為低電平，74190被置數(shù)，其置數(shù)值由狀態(tài)S來決定，S是由LDN端信號(hào)經(jīng)過一個(gè)T’觸發(fā)器決定的，即LDN信號(hào)每置數(shù)一次，S翻轉(zhuǎn)1次，從而區(qū)分16和22狀態(tài)。按這個(gè)結(jié)構(gòu)，可分別置數(shù)16和22，使其實(shí)現(xiàn)自翻轉(zhuǎn)。

圖5為狀態(tài)定時(shí)模塊的實(shí)際連接圖。

1．3．3 時(shí)間顯示

時(shí)間顯示要用到7段顯示譯碼電路，由于是兩位BCD碼，故用二選一數(shù)據(jù)選擇器。選擇端S接一個(gè)頻率很高的方波(如1 kHz)；數(shù)據(jù)比較器的輸出和1 Hz脈沖作為AHDL模塊的輸入，即可正確顯示時(shí)間。

為正確顯示時(shí)間，用AHDL文件自編譯碼真值表如下：

1．3．4 數(shù)字比較一組合邏輯控制

該模塊將狀態(tài)定時(shí)模塊輸出的時(shí)間與時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行比較，從而確定電路處于22 s或者16 s的具體的某個(gè)狀態(tài)。由表1可知，東西(I)或南北(J)的控制狀態(tài)都有3個(gè)階段的控制邏輯，分別對應(yīng)3個(gè)時(shí)間段：1～3 s，4～6 s和大于6 s，因此，采用數(shù)字比較器進(jìn)行比較，確定定時(shí)值小于4 s或大于6 s，方法如圖7所示，采用4片7485數(shù)字比較器，兩兩級(jí)聯(lián)，其中一個(gè)由狀態(tài)定時(shí)模塊的輸出與4即二進(jìn)制0100比較；另一個(gè)由狀態(tài)定時(shí)模塊的輸出與6即二進(jìn)制0110比較。

編寫組合邏輯真值表，將狀態(tài)信號(hào)S，兩個(gè)數(shù)字比較器的輸出Y1，Y2和1 Hz脈沖作為輸入，各個(gè)燈的狀態(tài)作為輸出。從而根據(jù)邏輯關(guān)系得出對應(yīng)時(shí)間電路的狀態(tài)，控制紅、黃、綠燈處于不同的狀態(tài)。S判斷電路處于22 s狀態(tài)還是16 s狀態(tài)，Y1，Y2區(qū)分東西、南北六個(gè)階段狀態(tài)，1 Hz脈沖實(shí)現(xiàn)綠燈閃爍。電路的組構(gòu)與調(diào)試

來用QuartusⅡ軟件設(shè)計(jì)各個(gè)模塊，并進(jìn)行仿真。確認(rèn)結(jié)果后，下載至FPGA實(shí)驗(yàn)板中，進(jìn)行相應(yīng)的硬件調(diào)試，調(diào)試結(jié)果與仿真結(jié)果相一致。圖8為仿真波形，系統(tǒng)上電需要調(diào)整的過程，因此電路正常工作前重復(fù)了22s的狀態(tài)。

第四篇：基于51單片機(jī)的交通燈控制電路設(shè)計(jì)

交通燈

一、功能要求

要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間都設(shè)為25秒，黃燈先亮5秒鐘，才能變換運(yùn)行車道；黃燈亮?xí)r，要求每秒鐘閃亮一次。

二、電路圖

說明：1)每一位數(shù)碼管位選要分開，對應(yīng)IO口參照程序中紅色部分 2）圖示數(shù)碼管為共陽，沒加驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示較暗，建議加驅(qū)動(dòng)

三、程序

//TrafficLight.c #include“reg52.h”

//IO口定義 sbit red_1 =P2^0;//南北方向 sbit red_2 =P2^3;//東西方向 sbit yellow_1 =P2^1;sbit yellow_2 =P2^4;sbit green_1 =P2^2;sbit green_2 =P2^5;sbit com1_1 =P3^6;//十位 南北方向 數(shù)碼管位選 sbit com1_2 =P3^7;//個(gè)位 南北方向 sbit com2_1 =P3^4;//十位 東西方向 sbit com2_2 =P3^5;//個(gè)位 東西方向

//全局變量 char time=30;//倒計(jì)時(shí)

unsigned char num1=0,num2=0;//輔助計(jì)時(shí) unsigned char flag1=0,flag2=0;//黃燈閃標(biāo)志位 unsigned char shi1,shi2,ge1,ge2;//數(shù)碼管十位個(gè)位

const unsigned char ledNum[] =

{// 0 1

A

b

c

d

E

F

不顯示-o(18)H(19)h(20)C(21)0(22)n(23)0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xA7,0xA1,0x86,0x8e,0xFF,0xbf,0xa3,0x89,0x8b,0xc6,0xc0,0xab };//共陽數(shù)碼管

//中斷優(yōu)先級(jí)別T0>T1，數(shù)碼管顯示中斷間隔2ms，計(jì)時(shí)時(shí)間間隔50ms //計(jì)時(shí)要求比較精確，間隔長，不應(yīng)該被打斷，故中斷優(yōu)先級(jí)要高，使用T0 //數(shù)碼管中斷可以被打斷，打斷時(shí)間較短，不會(huì)影響顯示，使用T1 //在交通燈中，計(jì)時(shí)和數(shù)碼管顯示一直進(jìn)行，故定時(shí)器開啟后不用停止 void InitInter(void){ TMOD=0x11;//設(shè)置定時(shí)器工作方式為16位計(jì)時(shí)器

TH0=(65535-45872)/256;//11.0592M晶振，50ms TL0=(65535-45872)%256;TH1=(65535-1835)/256;//11.0592M晶振，2ms TL1=(65535-1835)%256;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1;TR1=1;}

void Display(void){ static unsigned char i=1;

switch(i){ case 1:

com2_2=0;

P0=ledNum[shi1];

com1_1=1;

break;case 2:

com1_1=0;

P0=ledNum[ge1];

com1_2=1;

break;case 3:

com1_2=0;

P0=ledNum[shi2];

com2_1=1;

break;case 4:

com2_1=0;

P0=ledNum[ge2];

com2_2=1;

break;

default:;}

i++;if(i>4)i=1;}

//紅燈可以直接變成綠燈，但綠燈必須先變成黃燈再變紅燈 void main(void){ bit i=0;InitInter();

while(1){

red_1=0;//0為亮

red_2=1;

green_2=0;

time=30;

while(time>5)

{

shi1=time/10;

ge1=time%10;

shi2=(time-5)/10;

ge2=(time-5)%10;

}

green_2=1;

yellow_2=0;

flag2=1;

num2=0;

while(time>0)

{

shi1=time/10;

ge1=time%10;

shi2=time/10;

ge2=time%10;

}

flag2=0;

yellow_2=1;

red_2=0;

red_1=1;

green_1=0;

time=30;

while(time>5)

{

shi2=time/10;

ge2=time%10;

shi1=(time-5)/10;

ge1=(time-5)%10;

}

green_1=1;

yellow_1=0;

flag1=1;

num2=0;

while(time>0)

{

shi2=time/10;

ge2=time%10;

shi1=time/10;

ge1=time%10;

}

flag1=0;

yellow_1=1;

//red_1=0;

//green_2=0;} } void Timer_0(void)interrupt 1//計(jì)時(shí) { TH0=(65535-45872)/256;TL0=(65535-45872)%256;num1++;if(num1>=20){

num1=0;

time--;

//if(time<0)time=30;

//處理time，顯示方式

} if(flag1||flag2){

num2++;

if(num2>=10)

{

num2=0;

if(flag1)yellow_1=~yellow_1;

if(flag2)yellow_2=~yellow_2;

} } }

void Timer_1(void)interrupt 3 { TH1=(65535-1835)/256;//11.0592M晶振，2ms TL1=(65535-1835)%256;

Display();}

第五篇：課程設(shè)計(jì)任務(wù)書-24交通燈控制電路設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

題目：交通燈控制電路設(shè)計(jì)

時(shí)間： 年 月 日—— 年 月 日

設(shè)計(jì)的說明：

本設(shè)計(jì)需要用到實(shí)驗(yàn)箱上交通燈模塊中的發(fā)光二極管，即紅、黃、綠各三個(gè)。依人們的交通常規(guī)，“紅燈停，綠燈行，黃燈提醒”。交通燈顯示用實(shí)驗(yàn)箱的交通燈模塊和七段碼管中的任意兩個(gè)來顯示。系統(tǒng)時(shí)鐘選擇時(shí)鐘模塊的1KHz時(shí)鐘，黃燈閃爍時(shí)鐘要求為2Hz，七段碼管的時(shí)間顯示為1Hz 脈沖，即每1s 中遞減一次，在顯示時(shí)間小于3 秒的時(shí)候，通車方向的黃燈以2Hz 的頻率閃爍。系統(tǒng)中用S1 按鍵進(jìn)行復(fù)位。

設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求：

1、在十字路口的兩個(gè)方向上各設(shè)一組紅、綠、黃燈；初始狀態(tài)是兩個(gè)路口的紅燈全亮之后，東西路口的綠燈亮，南北路口的紅燈亮，東西方向通車，延時(shí)一段時(shí)間后，東西路口綠燈滅，黃燈開始閃爍。閃爍若干次后，東西路口紅燈亮，而同時(shí)南北路口的綠燈亮，南北方向開始通車，延時(shí)一段時(shí)間后，南北路口的綠燈滅，黃燈開始閃爍。閃爍若干次后，再切換到東西路口方向，重復(fù)上述過程。

2、設(shè)置數(shù)碼管顯示允許通行或者禁止通行的時(shí)間，東西路和南北路的通車時(shí)間均設(shè)定為20s。數(shù)碼管的時(shí)間總是顯示為19、18、17……2、1、0、19、18……。在顯示時(shí)間小于3 秒的時(shí)候，通車方向的黃燈閃爍。

3、當(dāng)各條路中任意一條上出現(xiàn)特殊情況，如消防車、救護(hù)車或其他需要優(yōu)先放行的車輛時(shí)，各方向上均是紅燈亮。倒計(jì)時(shí)停止，且顯示數(shù)字在閃爍。當(dāng)特殊運(yùn)行狀態(tài)結(jié)束后，控制器恢復(fù)原來狀態(tài)，繼續(xù)正常運(yùn)行。

4、要求對整體電路進(jìn)行仿真，提供仿真波形圖，并分析結(jié)果

5、硬件測試結(jié)果用照片的形式記錄下來。

提高部分：編寫能手動(dòng)控制交通燈通行時(shí)間的交通燈控制器。

指導(dǎo)教師：

學(xué)生：

日期：