交通燈拔控制器設(shè)計(jì)(已修改)
2025-01-26 01:27 本頁面
【正文】 交通燈控制器設(shè)計(jì) ? 應(yīng)用場合：繁忙的高速路與較少使用的農(nóng)場路相交 ? 設(shè)計(jì)要求：探測器沿著農(nóng)場路放置，只要有車輛等待著穿越十字路口，就發(fā)出信號 C。 交通燈按照如下方式操作：若農(nóng)場路無車輛，則在高速路保持綠燈。在探測農(nóng)場路有車輛，高速路上的交通燈應(yīng)由綠到黃，再到紅，并允許農(nóng)場路方向燈變綠，綠燈亮一段時(shí)間，由綠變黃再到紅。這時(shí)即使還有車輛穿越高速路，高速路的綠燈也要亮一段時(shí)間 H i g h w a yH i g h w a yF a r m r o a dF a r m r o a dHLHLFLFLCC假設(shè)：把兩個(gè)黃燈時(shí)間設(shè)相同 5S 將高速綠燈最短時(shí)間和農(nóng)場路綠燈最長時(shí)間設(shè)置為相同 10S 僅需一個(gè)計(jì)數(shù)器，能對兩個(gè)時(shí)間間隔發(fā)生信號：一個(gè)間隔短、一個(gè)間隔長 理解問題 ? 確定輸入、輸出、控制器的狀態(tài)配置 ? 輸入信號 Reset:將控制器置于初始狀態(tài) clk:系統(tǒng)時(shí)鐘信號 C：探測農(nóng)場路上兩個(gè)方向的車輛 ? 輸出信號 HG、 HY、 HR：分別點(diǎn)亮高速路上的綠燈、黃燈、紅燈 FG、 FY、 FR：分別點(diǎn)亮農(nóng)場路上的綠燈、黃燈、紅燈 轉(zhuǎn)換過程時(shí)間顯示 ? 狀態(tài) 按照輸出組合唯一原則，僅有 4種不同的輸出，因此控制器有 4個(gè)不同的狀態(tài) HG：高速路亮綠燈（農(nóng)場路亮紅燈） HY ：高速路亮黃燈（農(nóng)場路亮紅燈） FG ：農(nóng)場路亮綠燈（高速路亮紅燈） FY ：農(nóng)場路亮黃燈（高速路亮紅燈） 基于 Spartan3E開發(fā)板 交通燈控制器設(shè)計(jì) ? 為方便實(shí)驗(yàn)，探測器由按鍵代替。當(dāng)按下 FPGA開發(fā)板上按鍵時(shí)，產(chǎn)生的觸發(fā)信號相當(dāng)于檢測到農(nóng)場路上有車。 ? 由于 FPGA板上 led資源有限，農(nóng)場和高速路上的交通燈由兩個(gè) LED管代替， HG狀態(tài)顯示 00， HY狀態(tài)顯示 01， FG狀態(tài)顯示 10， FY狀態(tài)顯示 11 ? Spartan3E開發(fā)板有兩個(gè) 7段數(shù)碼管，顯示狀態(tài)為轉(zhuǎn)換過程剩余的時(shí)間 。 系統(tǒng)模塊圖（硬件電路） ? 控制器有限狀態(tài)機(jī)將 Reset,CLK,TL(相對長時(shí)間已到點(diǎn) )和 TS(相對短的時(shí)間已經(jīng)到點(diǎn) )以及經(jīng)過同步之后的 C（ people)信號等作為輸入，并產(chǎn)生 ST(復(fù)位定時(shí)器，開始對長和短時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù) )信號 ? 定時(shí)器子系統(tǒng)將 Reset,CLK和 ST信號作為輸入，產(chǎn)生 TL和 TS為輸出 ? 車輛傳感器子系統(tǒng)具有一個(gè)異步輸入 C，而它的輸出為 C同步信號 ? 交通燈譯碼器將編碼后的交通燈控制信號轉(zhuǎn)換成不同的信號，分別驅(qū)動獨(dú)立的交通燈 問題分解 ? 車輛傳感器 ? 輸出譯碼和交通燈顯示 ? 定時(shí)器（短時(shí)間間隔 TS和長時(shí)間間隔 TL定時(shí)器） ? 控制器的有限狀態(tài)機(jī) 次態(tài)和輸出組合邏輯 狀態(tài)寄存器（ n個(gè)狀態(tài)位，其中 n由狀態(tài)編碼決定） 車輛探測器 ? 嵌在路上的雙擲開關(guān)用來判斷是否有車輛到達(dá) ? 因?yàn)檐囕v可在任意時(shí)刻到達(dá)，車輛探測器是異步工作的，為了將車輛識別信號同步化，該信號必須通過一個(gè)同步觸發(fā)器，該觸發(fā)器由系統(tǒng)時(shí)鐘控制 車輛探測器（ ） ? 輸入信號為 clk,reset_n,people，其中 people信號來自按鍵。 ? 輸出信號為 people_valid，表示檢測信號有效。 ? 鍵盤檢測原理：當(dāng)按鍵按下時(shí)，輸入電平由高變低，按鍵松開后，輸入電平有低變高，如此會產(chǎn)生一個(gè)下降沿和一個(gè)上升沿，只要撲捉到這兩個(gè)沿，就可以確定按鍵按下。 ? 鍵盤防抖原理：在按鍵被按下的瞬間，由于物理上的原因，導(dǎo)致按鍵在被按鍵的瞬間的過程中其實(shí)是處于高電平和低電平之間進(jìn)行抖動，加上本實(shí)驗(yàn)的時(shí)鐘頻率很高，容易產(chǎn)生信號采集錯(cuò)誤，導(dǎo)致檢測失敗，無法得到正確的結(jié)果。若要正確防抖，需要在檢測到按鍵上升沿后延遲一小段信號在進(jìn)行上升沿和下降沿檢測。 實(shí)驗(yàn)三 按鍵檢測實(shí)驗(yàn) 交通燈譯碼器 ? 使用 2： 4譯碼器 交通燈狀態(tài)顯示模塊 （ ） Spartan3E開發(fā)板上提供兩個(gè) LED七段數(shù)碼管，可以顯示數(shù)字。開發(fā)板上采用的是共陰的，即：低點(diǎn)亮。 在 Spartan3E開發(fā)板上 LED數(shù)碼管不是直接連在 FPGA上，而是通過 74HC595的 8bit的串轉(zhuǎn)并芯片連接到 FPGA上的，這樣連接的目的是可以更有效的使用 FPGA的 IO管腳，然后兩個(gè)數(shù)碼管再通過選通管腳選通。 農(nóng)場和高速路上的交通燈 4種狀態(tài)由兩個(gè) LED管代替。 HG狀態(tài)顯示 00，HY狀態(tài)顯示 01，F(xiàn)G狀態(tài)顯示 10，F(xiàn)Y狀態(tài)顯示 00 交通燈狀態(tài)顯示模塊 （ ） ? 輸入信號有： clk,reset_n,traffic_state， data_sel_temp，其中 traffic_state為信號燈，直接驅(qū)
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