EDA實驗報告實驗四_交通燈控制器設(shè)計說明

1、實驗四 交通燈控制器設(shè)計一、實驗?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；2、進一步熟悉 EDA 實驗裝置和 Quartus U 軟件的使用方法；3、學(xué)習(xí)二進制碼到 BCD 碼的轉(zhuǎn)換；4、學(xué)習(xí)有限狀態(tài)機的設(shè)計應(yīng)用。二、設(shè)計要求 完成設(shè)計、仿真、調(diào)試、下載、硬件測試等環(huán)節(jié)，在型 EDA 實驗裝置上實現(xiàn)一個由 一 條主干道和一條鄉(xiāng)間公路的匯合點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 秒亮黃燈的間隔時間，由紅轉(zhuǎn)綠沒有間隔時間；

2、3、鄉(xiāng)間公路右側(cè)各埋有一個串連傳感器，當(dāng)有車輛準(zhǔn)備通過鄉(xiāng)間公路時，發(fā)出請 求信號 S=1 ，其余時間 S=0;4、平時系統(tǒng)停留在主干道通行（ MGCR 狀態(tài)，一旦 S 信號有效，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)進入 MGCR 狀態(tài)，即使 S 信號一直有效， MRC 狀態(tài)也不得長于 20 秒鐘；6、 控制對象除紅綠燈之外，還包括分別在主干道和鄉(xiāng)間公路各有一個兩位十進制倒計時 數(shù)碼管顯示。三、主要儀器設(shè)備1 、微機1 臺2、Quart

3、usII 集成開發(fā)軟件 1 套3、EDA 實驗裝置1 套四、實驗思路1 、 設(shè)計一個狀態(tài)寄存器，控制六盞燈的亮與滅2、設(shè)計一個計時器，控制各狀態(tài)的持續(xù)時間，計時器應(yīng)滿足以下要求：1 ）當(dāng) S=1 ，且計數(shù)器已完成 60 計數(shù)時，計數(shù)器進入模 4 計數(shù)，隨后進入模 20 計數(shù)，再進 入模 4 計數(shù)，再回到模 60 計數(shù)2 ）當(dāng)計數(shù)器進行摸 20 計數(shù)時，一旦 S 變?yōu)?0 ，計數(shù)器立馬進入模 4 計數(shù)，再進入模 60 計數(shù)3 ）完成模 20 計數(shù)后，不論 S 為 0或 1, 計數(shù)器進入模 4 計數(shù)，再進入模 60計數(shù)4 ）若計數(shù)器未完成模 60 計數(shù)，不論 S 如何變話，計數(shù)器將繼續(xù)進行模 60

4、 計數(shù)3、設(shè)計一個譯碼顯示電路，將計時器的八位BCD 碼轉(zhuǎn)化為數(shù)碼管可以顯示的段位碼通過動態(tài)掃描電路實現(xiàn)。4、設(shè)計一個分頻器，將掃描頻率分頻為基準(zhǔn)頻率，提供計時器，狀態(tài)器，譯碼顯示的鐘控。5、使用文本設(shè)計 4 個底層文件，并生成相應(yīng)元器件，再使用原理圖設(shè)計頂層文件五、實驗步驟1、建立工作庫文件夾和編輯設(shè)計文件1 ) 建立一個文件夾保存工程文件；2) 打開 Quartusll ，建立新的 VHDL 文件，再打開的頁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)碼管顯示倒計時數(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計數(shù)計滿時，輸入數(shù)據(jù)D被同步預(yù)置給計數(shù)器FULL = 1;-同時使溢出標(biāo)志信號 FULL輸出為高電平ELSE CNT8 := CNT8 + 1;- 否貝V繼續(xù)作力口 1計數(shù)FULL =

15、 0;-且輸出溢出標(biāo)志信號 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 FULL為高電平，D觸發(fā)器輸出取反IF CNT2 = 1 THEN FOUT = 1; ELSE FOUT End Time來設(shè)定仿真結(jié)束時間4 ）在CLOC窗口中設(shè)置elk的時鐘周期為10ns5）點擊save保存6） 通過Tools下的Simulator Tools項進行

16、仿真，然后觀察輸出波形 仿真波形如下：當(dāng)沒右完成模60訃數(shù)，即便S=J狀態(tài) 也不發(fā)生改變60秒過后，若S=1主道進入黃燈狀態(tài)并保持4秒20秒過后，不論S=1或0鄉(xiāng)道進入黃燈狀態(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)道立刻進入黃燈狀態(tài)， 并持續(xù)四秒6、引腳設(shè)定六、實驗現(xiàn)象及驗證1、當(dāng)“電平1 ”不按時（S為0）,數(shù)碼管一直保持60秒倒計時，計數(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)碼管倒計時4秒，LED燈011100;隨后倒計時20秒,LED 燈 100001 ，此后倒計時 4 秒， LED 燈 001011; 最后進入倒計時 60 秒；3、當(dāng)?shù)褂嫊r 20 秒時，若滅掉“電平 1 ”（ S 變?yōu)?0）, 數(shù)碼管倒計時 4 秒， LED 燈 001011 ； 最后進入倒計時 60 秒。（