EDA實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)四：交通燈控制器設(shè)計(jì).doc

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；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（MRCG）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MRCG狀態(tài)，即經(jīng)鄉(xiāng)道黃燈4秒（MRCY）狀態(tài)進(jìn)入MGCR狀態(tài)，即使S信號(hào)一直有效，MRCG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、 QuartusII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)?，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 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)QuartusII，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：LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY jtd ISPORT(clk,RESET,S:IN STD_LOGIC; COUNT:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); MG,MY,MR,CG,CY,CR:OUT STD_LOGIC);END jtd;ARCHITECTURE behav OF jtd IS TYPE jtdSTATE IS(mgcr,mycr,mrcg,mrcy); SIGNAL STATE:jtdSTATE;BEGIN PROCESS(RESET,STATE,clk, S) BEGIN IF RESET=1 THEN STATE=mgcr;MG=1;CR=1;MY=0;MR=0;CG=0;CYIF 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;CYIF 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;CYIF COUNT=00000001 OR S=0THEN STATE=mrcy;MR=1;CY=1;MY=0;MG=0;CR=0;CG=0; ELSE STATE=mrcg;MR=1;CG=1;MG=0;MY=0;CR=0;CYIF COUNT=00000001 THEN STATE=mgcr;MG=1;CR=1;MR=0;MY=0;CY=0;CG=0; ELSE STATE=mrcy;MR=1;CY=1;MY=0;MG=0;CR=0;CG=0; 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：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY JISHU IS PORT(clk,S:IN STD_LOGIC; tim:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);END JISHU;ARCHITECTURE behav OF JISHU IS TYPE RGY IS(mgcr,mycr,mrcg,mrcy); SIGNAL STATE:RGY;BEGIN PROCESS(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=1 AND b=1 THEN STATE=mycr;a:=0;th:=0000;tl:=0100;b:=0; ELSIF S=0 AND b=1 THEN STATE IF a=0 THEN th:=0000;tl:=0100;a:=1; else IF NOT(th=0000 AND tl=0010) then tl:=tl-1; ELSE th:=0000;tl:=0001;a:=0;STATEIF S=1 THEN IF a=0 THEN th:=0010;tl:=0000;a:=1; else IF NOT(th=0000 AND tl=0010) then IF tl=0000 then tl:=1001;th:=th-1; 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 THEN th:=0000;tl:=0100;a:=1; else IF NOT(th=0000 AND tl=0010) then tl:=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 IEEE.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); GW,SW: buffer STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) ); END DISP;ARCHITECTURE behav OF DISP IS SIGNAL CNT8: STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); SIGNAL A : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); BEGIN GW=INPO(3 downto 0); SW=INPO(7 downto 4); P3:PROCESS( CLK) BEGIN IF CLKEVENT AND CLK=1 THEN IF 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 sl2=0;sl1=0;sl0=1;ANULL; END CASE; END PROCESS ; P4:PROCESS(A)BEGIN CASE A IS WHEN 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 );END;ARCHITECTURE 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 -512fenIF CNT8 = 11111 THEN CNT8 := 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CNT8FULL = 1; -同時(shí)使溢出標(biāo)志信號(hào)FULL輸出為高電平ELSE CNT8 := CNT8 + 1; -否則繼續(xù)作加1計(jì)數(shù)FULL = 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CLOCK窗口中設(shè)置clk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)行仿真，然后觀察輸出波形。仿真波形如下： 當(dāng)沒(méi)有完成模60計(jì)數(shù)，即使S=1，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)碼管保持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)?），數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)4秒，LED燈001011；