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verilog交通灯设计
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2013-07-06
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本实验为自主选题设计实验,实验选择具有倒计时显示功能的红黄绿三色交通设计,实验中采用verilog HDL 作为设计功能描述语言,选用Altera公司的MAX II EPM240T100C5最为主控芯片,实验报告中简要介绍了MAX II系列器件,并给出了设计电路图,详细的介绍了交通灯的设计流程,实验报告中还附有实验代码实验结果照片图。
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姓名:周泉 学号:1100030080 实验九 具有倒计时显示功能的红黄绿三色交通灯设计
实验九 具有倒计时显示功能的红黄绿三色交通灯设计
摘要
本实验为自主选题设计实验,实验选择具有倒计时显示功能的红黄绿三色交
通设计,实验中采用 verilog HDL 作为设计功能描述语言,选用 Altera 公司
的 MAX II EPM240T100C5 最为主控芯片,实验报告中简要介绍了 MAX II 系
列器件,并给出了设计电路图,详细的介绍了交通灯的设计流程,实验报告中
还附有实验代码实验结果照片图。
实验项目背景
交通灯为日常生活中常见的设施,交通灯通常指由红、黄、绿三种颜色灯组
成用来指挥交通的信号灯。绿灯亮时,准许车辆通行,黄灯亮时,已越过停止
线的车辆可以继续通行;红灯亮时,禁止车辆通行。本实验正是按照交通灯的
这种指示功能设计的,因此本实验不仅能锻炼自己的实际动手操作能力,解决
实际问题的能力,加深自己对 verilog 设计流程的认识,而且还具有很强的实
际意义。
MAX II
系列器件简介
选用 Altera 公司目前市场性价比最高的 MAX II 系列的 CPLD。
Altera 推出的 MAX II 器件系列是一款革命性的 CPLD 产品。它基于突破性
的 CPLD 架构,提供业界所有的 CPLD 系列中单个 IO 管脚最低成本和最小功耗。
这些器件采用想你的查表体系,采用 TSMC 的 0.18um 嵌入 Flash 工艺,使其
裸片尺寸仅为同样工艺器件的 1/4。
MAX II 系列和上一代 MAX 产品相比,成本降低了一半,功耗只有其
1/10,
同时保持了 MAX 系列原有的瞬态启动、单芯片、非易失性和易用性。新的系
列器件容量翻了两番,性能是上一代 MAX CPLD 的两倍多,是消费类、通信、
工业和计算机产品的设计者能够采用 MAX II 系列器件代替昂贵和不够灵活的小
型 ASIC 和 ASSP。
以下主要介绍 MAX II 系列器件的主要特征。
1. 成本优化的架构:新型 MAX II CPLD 架构包括基于 LUT 的 LAB 阵列、非易
失性 Flash 存储模块和 JTAG 控制电路。
2. 低功耗:MAX II 器件是动态功耗较低的 CPLD。
3. 高性能:MAX II 器件支持高达 300Mhz 的内部时钟,可为用户提供更高的
系统及性能。通过改善布线结构管脚间的延时与其他同容量的 CPLD 相比大大
降低,目前降低到 3.6ns。MAX II 系列管脚与管脚之间的最大延时表一:
表一 MAX II 系列管脚与管脚之间的最大延时
参数
EPM240 EPM570 EPM1270 EPM2210
单位
tPD1 4.5 5.4 6.0 6.6 ns
tPD2 3.6 3.6 3.6 3.6 ns

姓名:周泉 学号:1100030080 实验九 具有倒计时显示功能的红黄绿三色交通灯设计
其中 tPD1 为最大 距离管脚之 间的延迟时 间(即对角 上的管 脚之间 ) ,
tPD2 为最小距离管脚的延迟时间(即相邻的管脚之间)。
4. 用户 Flash 存储器:MAX II CPLD 内的用户 Flash 存储器是一个 8k 比特,
用户可访问且可编程的 Flash 存储器块,课用于用户自己定义的数据。
5. 实时在系统可编程能力(ISP):MAX II 器件支持实时在系统可编程,允许
用户编程正在工程的器件。
6. 灵活的多点压 MultiVolt 内核:MAX II 架构支持 MultiVolt,允许器件在
1.8V、2.5V 或 3.3V 电压环境下工作。
7. JTAG 翻译器:MAX II CPLD 具有一种被称为 JTAG 翻译器的功能,这种功
能允许通过 MAX II 器件执行定制的 JTAG 指令,配置单板上不兼容的 JTAG
协议的器件,从而简化了单板管理。
8. I/O 能力:MAX II CPLD 的 I/O 能力加强了其易用性和系统能力。表二列出
了 MAX II 器件支持的 I/O 标准。表三列出了 MAX II 的 I/O 特性及其优势。
表二 MAX II 的 I/O 标准
I/O 标准 性能
3.3V LVTTL/LVCMOS 300Mhz
2.5V LVTTL/LVCMOS 220Mhz
1.8V LVTTL/LVCMOS 200Mhz
1.5V LVCOMS 150Mhz
3.3V PCI 33Mhz
表三 MAX II 的 I/O 特性及其优势
特性 优势
3.3V, 2.5V, 1.8V&1.5V LVTTL/LVCMOS
对板上其他器件,支持广泛的应用和兼容
多 I/O 区域的 MultiVolt I/O 支持 多达四个 I/O 区,其他器件保持 3.3V、2.5V、1.8V
和 1.5V 等多个电压级别的无缝连接
PCI 支持 可支持 32 比特、33MHz PCI 标准
施密特触发器 提供在 3.3V 输出电压下最高达 300mV 和在 2.5V 下
最高达 160mV 的噪声容限
驱动能力和回转速度可编程 允许用户控制这些参数,以提高信号的完整性
每个 I/O 管脚一个输出能力(OE) 大量 OE 允许用户使用更小的器件,降低成本
热插拔支持 可以从上电系统中安全插入或拆除器件
快速 I/O 连接 能加快 tpd 和 tco 时序
设计思想:
本次设计首先提出设计的构思如下:将交通灯控制的两个方向分为 X 方向和
Y 方向,先设计一个分频模块,将 50MHz 的时钟信号分频产生 1Hz 的信号,
该 1Hz 的信号作为交通灯模块的输入,用于交通灯的倒计时时钟,在 1Hz 时
钟上升沿到来时倒计时时钟减一,当该灯色下的倒计时结束时改变交通灯的颜

姓名:周泉 学号:1100030080 实验九 具有倒计时显示功能的红黄绿三色交通灯设计
色,实验中要注意两个方向的交通灯的颜色匹配问题,保证交通畅通有序的进
行,另外还需要设计一个八位数码管的驱动模块,在顶层模块中实现对子模块
的调用,这样可以使设计模块任务划分明确。
硬件电路设计:
实验电路版上提供的外部晶振为 50MHz,整个实验电路由五个部分组成:
MAX IIEPM240T00C5 主芯片、外部晶振、复位按键、红黄绿交通灯、倒计时
显示电路。实验中用 L8、L7、L6 三个 LED 灯风别模拟 X 方向上的红、黄、绿
灯,用 L3、L2、L1 三个 LED 分别模拟 Y 方向上的红、黄、绿三个灯,其余的
LED 熄灭不用。八位数码管用两片 74HC164 驱动,八位数码管中左起第三和
第四位显示 X 方向方的倒计时,第七和第八位显示 Y 方向的倒计时,其余数码
管熄灭不用。各部分的电路图即连接关系如下图:
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zhouquan87
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