【文章內(nèi)容簡介】 供電源，節(jié)約成本，但輸出功率不高。復(fù)位電路部分，考慮到程序的簡潔，避免冗長，采用按鍵復(fù)位，在芯片的復(fù)位端口外接復(fù)位電路，通過按鍵對單片機(jī)輸入一個(gè)高電平脈沖，達(dá)到復(fù)位目的。輸入信號部分，直接在 I/O 口接上按鍵開關(guān)，精簡和優(yōu)化電路，該系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制只用單片機(jī)本身的 I/O口就可以實(shí) 現(xiàn)，顯示電路采用共陽數(shù)碼管。整個(gè)系統(tǒng)組成框圖如圖 ： 圖 方案二系統(tǒng)組成框圖 A 車道信號 燈 B 車道信號燈 倒計(jì)時(shí)顯示器 邏輯控制電路 主控制器 計(jì)時(shí)控制電路 預(yù)置數(shù)產(chǎn)生電路 時(shí)鐘產(chǎn)生電路 AT89C52 單片機(jī) 數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示 晶振電路 復(fù)位電路 各車道信號燈 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 38 頁 方案三：采用可編程邏輯器件來實(shí)現(xiàn) 該設(shè)計(jì)方案以 CPLD器件為核心，用 VHDL編程實(shí)現(xiàn)各計(jì)時(shí)單元以及控制電路的功能，在 Max+Plus Ⅱ軟件上仿真調(diào)試，顯示電路采用 7段得共陰數(shù)碼管。系統(tǒng)組成框圖如圖 ： 圖 系統(tǒng)組成框圖 （ 2）方案論證 方案一采用的是集成硬件電路的搭建，各個(gè)模塊之間的接口很難保證，而且用到大量芯片來搭建各個(gè)模塊，整個(gè)電路系統(tǒng)體積相對較大，增 加了系統(tǒng)的調(diào)試難度，不滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的需求。 方案二采用的以單片機(jī)為核心，電路整體簡單，擴(kuò)展性良好，很大程度上降低了調(diào)試難度，但是不滿足本次課題基于 VHDL語言的要求，所以不采用。 方案三以 CPLD 器件為核心，以 VHDL 語言為基礎(chǔ)，編程具有很大的靈活性，而且這種語言也易于掌握和理解，調(diào)試和修改都比較容易，滿足課題的要求，所以最終選擇方案三。 具體設(shè)計(jì)以及模塊劃分 設(shè)計(jì)方案： 該設(shè)計(jì)分為 6 個(gè)基本模塊：標(biāo)準(zhǔn)信號電路、信號燈控制電路、信號燈、各定時(shí)單元電路、顯示控制電路、譯碼顯示電路，組成框圖如上圖 。 標(biāo)準(zhǔn)信號為整個(gè)電路提供 1Hz 信號，信號燈控制電路控制 8 路燈的亮滅，定時(shí)電路分為 45s、10s、 5s、 60s定時(shí)單元，分別控制 8路燈的亮滅時(shí)間，顯示控制電路控制每一路燈的倒計(jì)時(shí)顯示時(shí)間，譯碼后通過數(shù)碼管顯示。 工作原理 交通燈的亮滅規(guī)律為：甲車道的綠燈亮，乙車道的紅燈亮，甲車道通車，經(jīng) 45s 后，甲車道綠燈滅，甲車道左拐燈亮，經(jīng) 10s后，甲車道黃燈開始閃爍，同時(shí)乙車道黃燈開始閃爍，閃爍 5s后，甲車道紅燈亮，而同時(shí)乙車道的綠燈亮，乙車道開始通車，經(jīng) 45s 后，乙車道綠燈滅，乙車道的左拐燈亮，經(jīng) 10s后，甲乙車道黃燈同時(shí)開始閃爍。閃爍 5s后，再切換到甲車道，重復(fù)上述過程。在試驗(yàn)箱開始表示甲路的綠色發(fā)光二極管亮 45s，然后依次是表示左拐的 藍(lán) 色二極管亮 10s 和黃色二極管亮 5s，此過程乙路的紅色二極管亮 60s；此后乙路的綠色發(fā)光二極管， 藍(lán) 色發(fā)光二極管和黃色發(fā)光二極管依次亮 45s、 10s、 5s，此過程甲路紅色發(fā)光二極管亮 60s。重復(fù)以上過程。在試驗(yàn)過程標(biāo)準(zhǔn)信號 各定時(shí)電路 顯示控制電路 譯碼顯示電路 信號燈控制電路 信號燈 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 共 38 頁 中的四個(gè)數(shù)碼管，分兩個(gè)為一組，前一組表示甲路的倒計(jì)時(shí)時(shí)間，后一組表示乙路的倒計(jì)時(shí)時(shí)間。 交通燈工作示意圖 十字路口的東西方向和南北方向分別安裝紅、綠、黃、藍(lán)交通信號燈，設(shè)置示意圖如圖 示。 南北方向和東西方向各設(shè)四路信號燈，分別代表紅燈、黃燈、綠燈、左拐燈。交通規(guī)則明確顯示必須按照交通指示燈來執(zhí)行，尤其是左拐，只有在左拐燈亮的時(shí)候才可以左拐。圖 的交通示意圖，但是結(jié)合上述原理很容易理解。 圖 交通燈工作示意圖 甲路 乙路 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 38 頁 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 交通燈控制器的頂層電路圖是采用硬件描述語言設(shè)計(jì)的一個(gè)復(fù)雜電路系統(tǒng)，而且采用自頂向下的設(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)按功能逐層分割的層次化設(shè)計(jì)方法。在頂層設(shè)計(jì)中，要對內(nèi)部各功能模塊的連接關(guān)系和對外的接口關(guān)系進(jìn)行描述，而功能模塊實(shí)際的邏輯功能和具體的實(shí)現(xiàn)形式則由下一層模塊來描述。 系統(tǒng)的頂層電路如圖 ， CLK為整個(gè)電路提供 1Hz的標(biāo)準(zhǔn)信號，用四個(gè)定時(shí)單元 60s 、 45s、10s、 5s 分別控制四盞交通指示燈的倒計(jì)時(shí)顯示時(shí)間，交通燈控制部分 JTDKZ 控制交通燈的每一種狀態(tài)，顯示控制部分 XSKZ部分主要控制交 通燈的亮滅時(shí)間，圖中譯碼器是 47 譯碼器，譯碼后數(shù)據(jù)輸出到共陰數(shù)碼管。 圖 頂層電路圖 交通燈主制模塊 主要控制部分分別列出四種顏色燈的亮滅狀態(tài)，分為六種狀態(tài) A、 B、 C、 D、 E、 F，每種狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間也即是對應(yīng)控制每一路的四種燈亮的時(shí)間。如圖 交通燈控制模塊生成的器件， CLK 是輸入標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號， AR、 AY、 AG、 AL為輸出信號控制甲車道的四盞指示燈， BR、 BY、 BG、 BL為輸出信號控制乙車道的四盞指示燈，部分程序如下： entity jtdkz is port(clk:in std_logic。 ar,ay,ag,al,br,by,bg,bl:out std_logic)。 定義各路信號燈 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 共 38 頁 end entity jtdkz。 architecture art of jtdkz is type state_type is(A,B,C,D,E,F)。 信號燈的亮滅狀態(tài)分為六種 signal state:state_type。 begin t:process(clk)is variable s:integer range 0 to 60。 整形變量 s范圍 0到 60 when A=ar=39。039。ay=39。039。ag=39。139。al=39。039。 A狀態(tài)各路燈的亮滅 br=39。139。by=39。039。bg=39。039。bl=39。039。 if s=45 then a路綠燈亮狀態(tài)持續(xù) 45s state=B。clr:=39。039。en:=39。039。 else state=A。clr:=39。139。en:=39。139。 定時(shí)單元以及顯示控制、譯碼電路 （ 1） 45s 定時(shí)單元控制兩路綠燈的顯示時(shí)間，從 DOUT45端口輸出到顯示控制模塊的 AIN45 端口， 45s 定時(shí)單元模塊生成器件如圖 所示， EN45A、 EN45B分別甲路和乙路綠燈的使能信號控制應(yīng)該哪一路的綠燈亮。 45s定時(shí)單元主要的 VHDL程序段如下： 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 38 頁 entity t45s is port (clk,en45a,en45b:in std_logic。 輸入的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘和使能信號 dout45:out std_logic_vector(7 downto 0))。輸出 8位二進(jìn)制數(shù) end entity t45s。 architecture art of t45s is signal t6b:std_logic_vector(5 downto 0)。 begin process(clk, en45a,en45b) is begin if(clk39。event and clk=39。139。) then if en45a=39。139。or en45b=39。139。 then t6b=t6b+1?？刂戚敵鰯?shù)據(jù) else t6b=000000。 （ 2） 60s 定時(shí)單元控制兩路紅燈的顯示時(shí)間，從 DOUT60端口輸出到顯示控制模塊的 AIN60 端口， 60s 定時(shí)單元模塊生成器件如圖 所示， EN60A、 EN60B分別甲路和乙路紅燈的使能信號控制應(yīng)該那一路紅燈亮。 60s定時(shí)單元的主要程序段如下： entity t60s is port (clk,en60a,en60b:in std_logic。 輸入的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘和使能信號 dout60:out std_logic_vector(7 downto 0))。輸出 8位二進(jìn)制數(shù) end entity t60s。 architecture art of t60s is signal t6b:std_logic_vector(5 downto 0)。 begin process(clk, en60a,en60b) is begin if(clk39。event and clk=39。139。) then if en60a=39。139。or en60b=39。139。 then t6b=t6b+1。 使能信號控制 else t6b=000000。 （ 3） 10s定時(shí)單元控制兩路左拐燈的顯示時(shí)間，從 DOUT10端口輸出到顯示控制模塊的 AIN10 端口， 10s 定時(shí)單元模塊生成器件如圖 所示， EN10A、 EN10B分別甲路和乙路紅燈的使能信號控制應(yīng)該那一路紅燈亮。 10s定時(shí)單元的主要程序段如下： 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁 共 38 頁 entity t10s is port (clk,en10a,en10b:in std_logic。 輸入的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘和使能信號 dout10:out std_logic_vector(7 downto 0))。 輸出 8位二進(jìn)制數(shù) end entity t10s。 architecture art of t10s is signal t4b:std_logic_vector(3 downto 0)。 begin process(clk, en10a,en10b) is begin if(clk39。event and clk=39。139。) then if en10a=39。139。or en10b=39。139。 then t4b=t4b+1。使能信號的控制 else t4b=0000。 （ 4） 5s定時(shí)單元控制兩路黃燈的顯示時(shí)間，從 DOUT5端口輸出到顯示控制模塊的 AIN5 端口，5s定時(shí)單元模塊生成器件如圖 ， EN5A、 EN5B分別甲路和乙路紅燈的使能信號控制應(yīng)該那一路紅燈亮。 5s定時(shí)單元的主要程序段如下： entity t5s is port (clk,en5a,en5b:in std_logic。 輸入的 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘和使能信號 dout5:out std_logic_vector(7 downto 0))。 輸出的 8位二進(jìn)制數(shù) end entity t5s。 architecture art of t5s is signal t3b:std_logic_vector(2 downto 0)。 begin process(clk, en5a,en5b) is begin if(clk39。event and clk=39。139。) then if en5a=39。139。or en5b=39。139。 then t3b=t3b+1。使能信號的控制 else t3b=000。 （ 5）譯碼顯示 顯示譯碼電路生成器件如圖 ，將用于顯示 BCD 碼數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，將顯示控制輸出的四位二進(jìn)制數(shù)送入譯碼器后顯示到共陰數(shù)碼管上。程序如下： 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁 共 38 頁 entity ymq is port(ain4:in std_logic_vector(3 downto 0)。 輸入四位 BCD碼 dout7:out std_logic_vector(6 downto 0))。 輸出 7位二進(jìn)制數(shù) end entity ymq。 when 0000=dout7=0111111。數(shù)碼管顯示 0 when 0001=dout7=0000110。數(shù)碼管顯示 1 when 0010=dout7=1011011。數(shù)碼管顯示 2 when 0011=dout7=1001111。數(shù)碼管顯示 3 when 0100=dout7=1100110。數(shù)碼管顯示 4 when 0101=dout7=1101101。數(shù)碼管顯示 5 when 0110=dout7=1111101。數(shù)碼管顯示 6 when 0111=dout7=0000111。數(shù)碼管顯示 7 when 1000=dout7=