交通燈拔控制器設(shè)計(已修改)
2025-01-26 01:27 本頁面
【正文】 交通燈控制器設(shè)計 ? 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，綠燈亮一段時間，由綠變黃再到紅。這時即使還有車輛穿越高速路，高速路的綠燈也要亮一段時間 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)：把兩個黃燈時間設(shè)相同 5S 將高速綠燈最短時間和農(nóng)場路綠燈最長時間設(shè)置為相同 10S 僅需一個計數(shù)器，能對兩個時間間隔發(fā)生信號：一個間隔短、一個間隔長 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)時鐘信號 C：探測農(nóng)場路上兩個方向的車輛 ? 輸出信號 HG、 HY、 HR：分別點亮高速路上的綠燈、黃燈、紅燈 FG、 FY、 FR：分別點亮農(nóng)場路上的綠燈、黃燈、紅燈 轉(zhuǎn)換過程時間顯示 ? 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 ? 為方便實驗，探測器由按鍵代替。當按下 FPGA開發(fā)板上按鍵時，產(chǎn)生的觸發(fā)信號相當于檢測到農(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 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 7段數(shù)碼管，顯示狀態(tài)為轉(zhuǎn)換過程剩余的時間 。 系統(tǒng)模塊圖（硬件電路） ? 控制器有限狀態(tài)機將 Reset,CLK,TL(相對長時間已到點 )和 TS(相對短的時間已經(jīng)到點 )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)位定時器，開始對長和短時間間隔進行計數(shù) )信號 ? 定時器子系統(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 ? 定時器（短時間間隔 TS和長時間間隔 TL定時器） ? 控制器的有限狀態(tài)機 次態(tài)和輸出組合邏輯 狀態(tài)寄存器（ n個狀態(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 ? 因為車輛可在任意時刻到達，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同步觸發(fā)器，該觸發(fā)器由系統(tǒng)時鐘控制 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：當按鍵按下時，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)生一個下降沿和一個上升沿，只要撲捉到這兩個沿，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是處于高電平和低電平之間進行抖動，加上本實驗的時鐘頻率很高，容易產(chǎn)生信號采集錯誤，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行上升沿和下降沿檢測。 實驗三 按鍵檢測實驗 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 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 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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