EDA實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)四_交通燈控制器設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、實(shí)驗(yàn)四 交通燈控制器設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)與日常生活相關(guān)且較復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)；2、進(jìn)一步熟悉 EDA 實(shí)驗(yàn)裝置和 Quartus U 軟件的使用方法；3、學(xué)習(xí)二進(jìn)制碼到 BCD 碼的轉(zhuǎn)換；4、學(xué)習(xí)有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)用。二、設(shè)計(jì)要求 完成設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試、下載、硬件測(cè)試等環(huán)節(jié)，在型 EDA 實(shí)驗(yàn)裝置上實(shí)現(xiàn)一個(gè)由 一 條主干道和一條鄉(xiāng)間公路的匯合點(diǎn)形成的十字交叉路口的交通燈控制器功能， 具體要 求如 下：1、有MR （主紅）、MY （主黃）、MG （主綠）、CR （鄉(xiāng)紅）、CY （鄉(xiāng)黃）、CG （鄉(xiāng) 綠）六 盞交通燈需要控制；2、交通燈由綠轉(zhuǎn)紅前有 4 秒亮黃燈的間隔時(shí)間，由紅轉(zhuǎn)綠沒(méi)有間隔時(shí)間；

2、3、鄉(xiāng)間公路右側(cè)各埋有一個(gè)串連傳感器，當(dāng)有車(chē)輛準(zhǔn)備通過(guò)鄉(xiāng)間公路時(shí)，發(fā)出請(qǐng) 求信號(hào) S=1 ，其余時(shí)間 S=0;4、平時(shí)系統(tǒng)停留在主干道通行（ MGCR 狀態(tài)，一旦 S 信號(hào)有效，經(jīng)主道黃燈 4 秒（MYCR狀態(tài)后轉(zhuǎn)入鄉(xiāng)間公路通行（MRC ）狀態(tài)，但要保證主干道通行大于一 分鐘 后才能轉(zhuǎn)換；5、一旦 S 信號(hào)消失，系統(tǒng)脫離 MRC 狀態(tài)，即經(jīng)鄉(xiāng)道黃燈 4 秒（ MRC ）伏態(tài)進(jìn)入 MGCR 狀態(tài)，即使 S 信號(hào)一直有效， MRC 狀態(tài)也不得長(zhǎng)于 20 秒鐘；6、 控制對(duì)象除紅綠燈之外，還包括分別在主干道和鄉(xiāng)間公路各有一個(gè)兩位十進(jìn)制倒計(jì)時(shí) 數(shù)碼管顯示。三、主要儀器設(shè)備1 、微機(jī)1 臺(tái)2、Quart

3、usII 集成開(kāi)發(fā)軟件 1 套3、EDA 實(shí)驗(yàn)裝置1 套四、實(shí)驗(yàn)思路1 、 設(shè)計(jì)一個(gè)狀態(tài)寄存器，控制六盞燈的亮與滅2、設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)時(shí)器，控制各狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間，計(jì)時(shí)器應(yīng)滿足以下要求：1 ）當(dāng) S=1 ，且計(jì)數(shù)器已完成 60 計(jì)數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)入模 4 計(jì)數(shù)，隨后進(jìn)入模 20 計(jì)數(shù)，再進(jìn) 入模 4 計(jì)數(shù)，再回到模 60 計(jì)數(shù)2 ）當(dāng)計(jì)數(shù)器進(jìn)行摸 20 計(jì)數(shù)時(shí)，一旦 S 變?yōu)?0 ，計(jì)數(shù)器立馬進(jìn)入模 4 計(jì)數(shù)，再進(jìn)入模 60 計(jì)數(shù)3 ）完成模 20 計(jì)數(shù)后，不論 S 為 0或 1, 計(jì)數(shù)器進(jìn)入模 4 計(jì)數(shù)，再進(jìn)入模 60計(jì)數(shù)4 ）若計(jì)數(shù)器未完成模 60 計(jì)數(shù)，不論 S 如何變?cè)?，?jì)數(shù)器將繼續(xù)進(jìn)行模 60

4、 計(jì)數(shù)3、設(shè)計(jì)一個(gè)譯碼顯示電路，將計(jì)時(shí)器的八位BCD 碼轉(zhuǎn)化為數(shù)碼管可以顯示的段位碼通過(guò)動(dòng)態(tài)掃描電路實(shí)現(xiàn)。4、設(shè)計(jì)一個(gè)分頻器，將掃描頻率分頻為基準(zhǔn)頻率，提供計(jì)時(shí)器，狀態(tài)器，譯碼顯示的鐘控。5、使用文本設(shè)計(jì) 4 個(gè)底層文件，并生成相應(yīng)元器件，再使用原理圖設(shè)計(jì)頂層文件五、實(shí)驗(yàn)步驟1、建立工作庫(kù)文件夾和編輯設(shè)計(jì)文件1 ) 建立一個(gè)文件夾保存工程文件；2) 打開(kāi) Quartusll ，建立新的 VHDL 文件，再打開(kāi)的頁(yè)面下輸入以下程序控制 6 盞燈的模塊代碼：LlBRARY lEEE;USE lEEE.STD_LOGlC_1164.ALL;USE lEEE.STD_LOGlC_UNSlGNED.AL

5、L;ENTlTY jtd lSPORT(clk,RESET,S:lN STD_LOGlC;COUNT:lN STD_LOGlC_VECTOR(7 DOWNTO 0); MG,MY,MR,CG,CY,CR:OUT STD_LOGlC);END jtd;ARCHlTECTURE behav OF jtd lSTYPE jtdSTATE lS(mgcr,mycr,mrcg,mrcy);SlGNAL STATE:jtdSTATE;BEGlNPROCESS(RESET,STATE,clk, S)BEGlNlF RESET=1 THEN STATE=mgcr;MG=1;CR=1;MY=0;MR=0;CG=

6、0;CYlF COUNT=00000001 AND S=1THEN STATE=mycr;MY=1;CR=1;MG=0;MR=0;CG=0;CY=0;ELSE STATE=mgcr;MG=1;CR=1;MY=0;MR=0;CG=0;CYlF COUNT=00000001 THEN STATE=mrcg;MR=1;CG=1;MG=0;MY=0;CR=0;CY=0;ELSE STATE=mycr;MY=1;CR=1;MG=0;MR=0;CG=0;CYlF COUNT=00000001 OR S=0THEN STATE=mrcy;MR=1;CY=1;MY=0;MG=0;CR=0;CG=0;ELSE

7、STATE=mrcg;MR=1;CG=1;MG=0;MY=0;CR=0;CYlF COUNT=00000001 THEN STATE=mgcr;MG=1;CR=1;MR=0;MY=0;CY=0;CG=0;ELSE STATE=mrcy;MRv=1：C Yv=1;M Yv=O：MGv=O：CRv=O：CGv=O： END IF;END CASE;END IF;END PROCESS;END behav;控制數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)數(shù)并且輸出：LIBRAR Y IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY J

8、ISHU ISPORT(clk,S:IN STD_LOGIC;tim:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);END JISHU;ARCHITECTURE behav OF JISHU ISTYPE RGY IS(mgcr,mycr,mrcg,mrcy);SIGNAL STATE:RG Y;BEGINPROCESS(clk)VARIABLE b:STD_LOGIC:=0;VARIABLE a:STD_LOGIC:=0;VARIABLE th,tl:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGIN-IF RESET=1 THEN STATE IF S

9、=1ANDb=1STATE=mycr;a:=0;th:=0000;tl:=0100;b:=0;ELSIFS=0ANDb=1STATE IF a=0 THEN.專業(yè).整理.th:=0000;tl:=0100;a:=1;elseIF NOT(th=0000 AND tl=0010) thentl:=tl-1;ELSE th:=0000;tl:=0001;a:=0;STATEIF S=1 THENIF a=0 THENth:=0010;tl:=0000;a:=1;elseIF NOT(th=0000 AND tl=0010) thenIF tl=0000 then tl:=1001;th:=th-1

10、;else tl:=tl-1;END IF;ELSE th:=0000;tl:=0001;a:=0;STATE=mrcy;END IF;END IF;ELSE a:=0;STATEIF a=0 THENth:=0000;tl:=0100;a:=1;elseIF NOT(th=0000 AND tl=0010) thentl:=tl-1;ELSE th:=0000;tl:=0001;a:=0;STATE=mgcr;END IF;END IF;END CASE;tim = th & tl;END IF;end process;END behav;動(dòng)態(tài)譯碼顯示電路LIBRARY IEEE;USE I

11、EEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY disp ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC;INPO:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);sl0,sl1,sl2:buffer STD_LOGIC;SEL:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SG:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);.專業(yè) .整理GW,SW: buffer STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END DISP;ARCHITECTUR

12、E behav OF DISP ISSIGNAL CNT8: STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);SIGNAL A : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINGW=INPO(3 downto 0);SW=INPO(7 downto 4);P3:PROCESS( CLK)BEGINIF CLKEVENT AND CLK=1 THENIF CNT8001 THEN CNT8 =CNT8+1;ELSE CNT80);END IF;END IF;SEL(0)=sl0 ;SEL(1)=sl1 ;SEL(2) sl2=0;sl1=1;sl0=0;A sl

13、2=0;sl1=0;sl0=1;ANULL;END CASE;END PROCESS ;P4:PROCESS(A)BEGINCASE A ISWHEN 0000 =SGSGSGSGSGSGSGSGSGSGNULL;END CASE;END PROCESS;END behav;分頻器電路：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY FEN ISPORT ( CLK : IN STD_LOGIC;FOUT : OUT STD_LOGIC );.專業(yè) .整理 .END;ARCHITEC

14、TURE one OF FEN ISSIGNAL FULL : STD_LOGIC;BEGINP_REG: PROCESS(CLK)VARIABLE CNT8 : STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0); -INPORTANTBEGINIF CLKEVENT AND CLK = 1 THEN -512fe nIF CNT8 = 11111 THENCNT8CNT8 := 00000;-當(dāng)CNT8計(jì)數(shù)計(jì)滿時(shí)，輸入數(shù)據(jù)D被同步預(yù)置給計(jì)數(shù)器FULL = 1;-同時(shí)使溢出標(biāo)志信號(hào) FULL輸出為高電平ELSE CNT8 := CNT8 + 1;- 否貝V繼續(xù)作力口 1計(jì)數(shù)FULL =

15、 0;-且輸出溢出標(biāo)志信號(hào) FULL為低電平END IF;END IF;END PROCESS P_REG ;P_DIV: PROCESS(FULL)VARIABLE CNT2 : STD_LOGIC;BEGINIF FULLEVENT AND FULL = 1 THENCNT2 := NOT CNT2;-如果溢出標(biāo)志信號(hào) FULL為高電平，D觸發(fā)器輸出取反IF CNT2 = 1 THEN FOUT = 1; ELSE FOUT End Time來(lái)設(shè)定仿真結(jié)束時(shí)間4 ）在CLOC窗口中設(shè)置elk的時(shí)鐘周期為10ns5）點(diǎn)擊save保存6） 通過(guò)Tools下的Simulator Tools項(xiàng)進(jìn)行

16、仿真，然后觀察輸出波形 仿真波形如下：當(dāng)沒(méi)右完成模60訃數(shù)，即便S=J狀態(tài) 也不發(fā)生改變60秒過(guò)后，若S=1主道進(jìn)入黃燈狀態(tài)并保持4秒20秒過(guò)后，不論S=1或0鄉(xiāng)道進(jìn)入黃燈狀態(tài)并保持4秒Viluc14.8f紐一竺e14H7寵yIN & tii- 土AJt t英若世丫削Y甜上舉丫 15snE nynrsi3| tin當(dāng)S 一旦為0，鄉(xiāng)道立刻進(jìn)入黃燈狀態(tài)， 并持續(xù)四秒6、引腳設(shè)定六、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及驗(yàn)證1、當(dāng)“電平1 ”不按時(shí)（S為0）,數(shù)碼管一直保持60秒倒計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)結(jié)束后數(shù)碼管保000001 狀態(tài)， LED 燈保持 001100;2、當(dāng)按下“電平1 ”（S為1）,數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)4秒，LED燈011100;隨后倒計(jì)時(shí)20秒,LED 燈 100001 ，此后倒計(jì)時(shí) 4 秒， LED 燈 001011; 最后進(jìn)入倒計(jì)時(shí) 60 秒；3、當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí) 20 秒時(shí)，若滅掉“電平 1 ”（ S 變?yōu)?0）, 數(shù)碼管倒計(jì)時(shí) 4 秒， LED 燈 001011 ； 最后進(jìn)入倒計(jì)時(shí) 60 秒。（