【正文】 .......................................................................................... 16 EDA 課程設(shè)計論文 6 1 主要技術(shù)指標和方案闡述 ，南北方向綠燈亮 ，南北方向綠黃亮 ，南北方向紅燈亮 15s 5s，且在最后 3s 時，兩個方向的黃燈每隔 1s亮滅閃爍 ，東西和南北方向的紅燈全亮，數(shù)碼管停止計時，緊急情況過后，系統(tǒng)恢復(fù)正常 “交通燈”三個 字，且每個字的顯示時間為 方案闡述 系統(tǒng)采用現(xiàn)場可編程邏輯器件作為主控制器，外加按鍵模塊、數(shù)碼管顯示模塊、譯碼器模塊、點陣顯示模塊和蜂鳴模塊構(gòu)成。蜂鳴器作為緊急情況使用。當緊急情況過后，系統(tǒng)恢復(fù)正常，按照緊急情況到來之前繼續(xù)工作。 2 詳細電路設(shè)計 主控制器的設(shè)計 系統(tǒng)采用 altera 公司的 cyconeIII 系列芯片，封裝為 FBGA 貼片式封裝，速度等級 3，引腳個數(shù) 780 個。 緊急情況電路設(shè)計 本設(shè)計的緊急情況用按鍵來模擬，當按鍵按下時，緊急情況到來，按鍵釋放后，緊急情況消失。本設(shè)計中只用到了其中的一個按鍵 S1，當 S1 按下時，緊急情況到來，當 S1 未按下時，沒有緊急情況發(fā)生。 由于 8 位一體的數(shù)碼管不能夠在同一時間全部顯示，因此，要通過譯碼電路對 8 位數(shù)碼管進行譯碼，一次只讓一個數(shù)碼管亮，通過人眼的視覺暫態(tài)效應(yīng)，當掃描時間在人眼視覺效應(yīng)之內(nèi)時，看起來就像是幾個數(shù)碼管同時被點亮。 譯碼器與主控制器的連接圖如下圖所示： 圖 22 38 譯碼器與控制器的接口圖 74LS138 為一個 38 線譯碼器，低電平輸出，其工作原理見下表格： 表 21 74LS138 譯碼表 輸入 輸出 A B C Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 L L L L H H H H H H H L L H H L H H H H H H L H L H H L H H H H H L H H H H H L H H H H H L L H H H H L H H H H L H H H H H H L H H H H L H H H H H H L H H H H H H H H H H H L 從表中可以看出：每輸入一種組合，輸出端只有一端響應(yīng)，這樣可以通過輸入端的組合，選中想要選中的數(shù)碼管，讓其工作。 蜂鳴器模塊 當輸入信號的電平為高電平 1 時，蜂鳴器響起，當輸入電平為低電平 0 時，蜂鳴器不響。 東西方向模塊 東西方向包含紅黃綠燈控制模塊和計時模塊 。 用到的是實驗系統(tǒng)中第一 、二、三個燈，即 LED LED LED3，分別表示紅、黃、綠三種顏色的燈。 可以顯示數(shù)字 09，東西方向用的是第一、二個數(shù)碼管，計時時間為紅燈 15s，黃燈 5s，綠燈 15s。其單個靜態(tài)數(shù)碼管如下圖 41 所示。反之則不亮。工作原理都相同，八個數(shù)碼管的 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 h、 dp 都連在了一起，共 8 根段選引腳， 8 個數(shù)碼管分別由各自的位選信號來控制，被選通的數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，其余關(guān)閉，共 8 根位選引腳，總共 16 根引腳。 南北方向模塊 南北方向包含紅黃綠燈控制模塊和計時模塊。 用到的是實驗系統(tǒng)中第一、二、三個燈，即 LEDLED1 LED12，分別表示紅、黃、綠三種顏色的燈。 計時模塊 計時模塊與東西方向相同，只是南北方向的計時用到的是實驗系統(tǒng)中的第 8 個數(shù)碼管，工作原理與東西方向的完全相同 。 點陣模塊 本設(shè)計主要是完成漢字在 LED 上的顯示， 16*16 掃描 LED 點陣的工作原理與 8 位掃描數(shù)碼管類似，也是用到了人眼的視覺暫態(tài)效應(yīng)，只是顯示的方式與結(jié)果不一樣。單個的 LED 的電路如下圖 131 所示 ： 圖 131 單個 LED 電路圖 由上圖可知，對于單個 LED 的電路圖當 Rn 輸入一個高電平，同時 Cn 輸入一個低電平 時，電路形成一個回路， LED 發(fā)光。 16*16 點陣也就是由 16 行和 16 列的 LED 組成，其中每一行的所有EDA 課程設(shè)計論文 11 16 個 LED 的 Rn 端并聯(lián)在一起，每一列的所有 16 個 LED 的 Cn 端并聯(lián)在一起。具體的電路如下圖 132 所示 ： 圖 132 16*16 點陣電路原理圖 因此，在點陣上顯示一個字，就是要讓這個字在點陣上所覆蓋區(qū)域的 LED燈點亮，而其他區(qū)域的 LED 燈被熄滅，例如，在點陣上顯示中文“漢”字的顯示圖如下圖 133 所示 ： 圖 133 字符在點陣上的顯示 在上圖中，只要將被“漢”字所覆蓋的區(qū)域的點點亮，則在點陣中就會顯示一個“漢”字。當我們選中第一列后，根據(jù)要顯示漢字的第一列中所需要被點亮的點對應(yīng)的 Rn 置為高電平，則在第一列中需要被點亮的點就會被點亮。然后根據(jù)人眼的視覺原理，將每一列顯示的點的間隔時間設(shè)為一定的值，那么我們 就會感覺顯示一個完整的不閃爍的漢字。然后選取下一列來顯示下一列的數(shù)據(jù)。這樣只要第一次顯示第一列的數(shù)據(jù)和第二次顯示第一列的數(shù)據(jù)的時間足夠短，那么人的眼睛就會看到第一列的數(shù)據(jù)總 是顯示的，而沒有停頓現(xiàn)象。在實際的運用當中，一個漢字是由多個八位的數(shù)據(jù)來構(gòu)成的，那么要顯示多個漢字的時候， 這些數(shù)據(jù)可以根據(jù)一定的規(guī)則存放到存儲器中，當要顯示這個漢字的時候只要將存儲器中對應(yīng)的數(shù)據(jù)取出顯示即可。緊急情況過后 蜂鳴器停止報警，系統(tǒng)恢復(fù)正常 。時鐘與控制器的連接圖如下圖所示： 圖 32 數(shù)字時鐘信號模塊電 3 引腳分配 本模塊用到的模塊與實驗箱的引腳連接如下表所示： 模塊名稱 信 號名稱 FPGA I/O 管腳號 功能說明 時鐘模塊 CLK Pin_A14 時鐘信號 緊急情況模塊 S1 Pin_AF5 按鍵 0 東西方向控制模塊 LED1 Pin_AE8 東西方向紅燈 LED2 Pin_J22 東西方向黃燈 LED3 Pin_M24 東西方向綠燈 南北方向控制模塊 LED10 Pin_F22 南北方向紅燈 LED11 Pin_E22 南北方向黃燈 LED12 Pin_F21 南北方向綠燈 數(shù)碼管顯示模塊 LEDAG0 Pin_G16 數(shù)碼管 A 段 LEDAG1 Pin_G17 數(shù)碼管 B 段 LEDAG2 Pin_F18 數(shù)碼管 C 段 LEDAG3 Pin_G18 數(shù)碼管 D 段 LEDAG4 Pin_G15 數(shù)碼管 E 段 LEDAG5 Pin_G14 數(shù)碼管 F 段 LEDAG6 Pin_G12 數(shù)碼管 G 段 LEDAG7 Pin_M21 數(shù)碼管 DP 段 DEL0 Pin_C22 38 譯碼器第一個輸入端 DEL1 Pin_D22 38 譯碼器第二個輸入端 DEL2 Pin_G9 38 譯碼器第三個輸入端 EDA 課程設(shè)計論文 14 點陣顯 示模塊 DOT_R[0] Pin_C17 點陣第一行 DOT_R[1] Pin_D15 點陣第二行 DOT_R[2] Pin_D14 點陣第三行 DOT_R[3] Pin_D13 點陣第四行 DOT_R[4] Pin_D12 點陣第五行 DOT_R[5] Pin_D10 點陣第六行 DOT_R[6] Pin_C10 點陣第七行 DOT_R[7] Pin_C9 點陣第八行 DOT_R[8] Pin_D21 點陣第九行 DOT_R[9] Pin_C21 點陣第十行 DOT_R[10] Pin_D20 點陣第十一行 DOT_R[11] Pin_D19 點陣第十二行 DOT_R[12] Pin_C19 點陣第十三行 DOT_R[13] Pin_D18 點陣第十四行 DOT_R[14] Pin_C18 點陣第十五行 DOT_R[15] Pin_D17 點陣第十六行 DOT_C0 Pin_L5 416 轉(zhuǎn)換第一個輸入端 DOT_C1 Pin_H6 416 轉(zhuǎn)換第二個輸入端 DOT_C2 Pin_H7 416 轉(zhuǎn)換第三個輸入端 DOT_C3 Pin_H5 416 轉(zhuǎn)換第四個輸入端 EDA 課程設(shè)計論文 15 總結(jié) 通過本次設(shè)計，初步了解了 quartusII 軟件的基本操作。在設(shè)計過程中，遇到了許多的問題，通過與同學(xué)和老師的交流，以及自己在圖書館查找資料，最終完成了本設(shè)計。在接下來的時間里，會在這方面有所突破，完善本設(shè)計。 庫文件 use 。 use 。 時鐘信號 del : buffer std_logic_vector(2 downto 0)。 數(shù)碼管段選 key : in std_logic。 東西方向紅燈 east_west_led_yellow : out std_logic。 東西方向綠燈 south_north_led_red : ou