EDA实验报告实验四_交通灯控制器设计说明

1、实验四 交通灯控制器设计一、实验目的1、学习与日常生活相关且较复杂数字系统设计；2、进一步熟悉 EDA 实验装置和 Quartus U 软件的使用方法；3、学习二进制码到 BCD 码的转换；4、学习有限状态机的设计应用。二、设计要求 完成设计、仿真、调试、下载、硬件测试等环节，在型 EDA 实验装置上实现一个由 一 条主干道和一条乡间公路的汇合点形成的十字交叉路口的交通灯控制器功能， 具体要 求如 下：1、有MR （主红）、MY （主黄）、MG （主绿）、CR （乡红）、CY （乡黄）、CG （乡 绿）六 盏交通灯需要控制；2、交通灯由绿转红前有 4 秒亮黄灯的间隔时间，由红转绿没有间隔时间；

2、3、乡间公路右侧各埋有一个串连传感器，当有车辆准备通过乡间公路时，发出请 求信号 S=1 ，其余时间 S=0;4、平时系统停留在主干道通行（ MGCR 状态，一旦 S 信号有效，经主道黄灯 4 秒（MYCR状态后转入乡间公路通行（MRC ）状态，但要保证主干道通行大于一 分钟 后才能转换；5、一旦 S 信号消失，系统脱离 MRC 状态，即经乡道黄灯 4 秒（ MRC ）伏态进入 MGCR 状态，即使 S 信号一直有效， MRC 状态也不得长于 20 秒钟；6、 控制对象除红绿灯之外，还包括分别在主干道和乡间公路各有一个两位十进制倒计时 数码管显示。三、主要仪器设备1 、微机1 台2、Quart

3、usII 集成开发软件 1 套3、EDA 实验装置1 套四、实验思路1 、 设计一个状态寄存器，控制六盏灯的亮与灭2、设计一个计时器，控制各状态的持续时间，计时器应满足以下要求：1 ）当 S=1 ，且计数器已完成 60 计数时，计数器进入模 4 计数，随后进入模 20 计数，再进 入模 4 计数，再回到模 60 计数2 ）当计数器进行摸 20 计数时，一旦 S 变为 0 ，计数器立马进入模 4 计数，再进入模 60 计数3 ）完成模 20 计数后，不论 S 为 0或 1, 计数器进入模 4 计数，再进入模 60计数4 ）若计数器未完成模 60 计数，不论 S 如何变话，计数器将继续进行模 60

4、 计数3、设计一个译码显示电路，将计时器的八位BCD 码转化为数码管可以显示的段位码通过动态扫描电路实现。4、设计一个分频器，将扫描频率分频为基准频率，提供计时器，状态器，译码显示的钟控。5、使用文本设计 4 个底层文件，并生成相应元器件，再使用原理图设计顶层文件五、实验步骤1、建立工作库文件夹和编辑设计文件1 ) 建立一个文件夹保存工程文件；2) 打开 Quartusll ，建立新的 VHDL 文件，再打开的页面下输入以下程序控制 6 盏灯的模块代码：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;控制数码管显示倒计时数并且输出：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.专业.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;动态译码显示电路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);.专业 .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;分频器电路：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 );.专业 .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;-当CNT8计数计满时，输入数据D被同步预置给计数器FULL = 1;-同时使溢出标志信号 FULL输出为高电平ELSE CNT8 := CNT8 + 1;- 否贝V继续作力口 1计数FULL =

15、 0;-且输出溢出标志信号 FULL为低电平END IF;END IF;END PROCESS P_REG ;P_DIV: PROCESS(FULL)VARIABLE CNT2 : STD_LOGIC;BEGINIF FULLEVENT AND FULL = 1 THENCNT2 := NOT CNT2;-如果溢出标志信号 FULL为高电平，D触发器输出取反IF CNT2 = 1 THEN FOUT = 1; ELSE FOUT End Time来设定仿真结束时间4 ）在CLOC窗口中设置elk的时钟周期为10ns5）点击save保存6） 通过Tools下的Simulator Tools项进行

16、仿真，然后观察输出波形 仿真波形如下：当没右完成模60讣数，即便S=J状态 也不发生改变60秒过后，若S=1主道进入黄灯状态并保持4秒20秒过后，不论S=1或0乡道进入黄灯状态并保持4秒Viluc14.8f紐一竺e14H7宠yIN & tii- 土AJt t英若世丫削Y甜上舉丫 15snE nynrsi3| tin当S 一旦为0，乡道立刻进入黄灯状态， 并持续四秒6、引脚设定六、实验现象及验证1、当“电平1 ”不按时（S为0）,数码管一直保持60秒倒计时，计数结束后数码管保000001 状态， LED 灯保持 001100;2、当按下“电平1 ”（S为1）,数码管倒计时4秒，LED灯011100;随后倒计时20秒,LED 灯 100001 ，此后倒计时 4 秒， LED 灯 001011; 最后进入倒计时 60 秒；3、当倒计时 20 秒时，若灭掉“电平 1 ”（ S 变为 0）, 数码管倒计时 4 秒， LED 灯 001011 ； 最后进入倒计时 60 秒。（