EDA實驗交通燈.docx

實驗： 交通燈（一） 實驗目的1、 學習與日常生活相關且較復雜數(shù)字系統(tǒng)設計；2、 進一步熟悉EDA實驗裝置和Quartus軟件的使用方法；3、 學習二進制碼到BCD碼的轉換；（二） 設計要求完成設計、仿真、調試、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、 交通燈由綠轉紅前有4秒亮黃燈的間隔時間，由紅轉綠沒有間隔時間；3、 鄉(xiāng)間公路右側各埋有一個串連傳感器，當有車輛準備通過鄉(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，經主道黃燈4秒（MYCR）狀態(tài)后轉入鄉(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換；5、 一旦S信號消失，系統(tǒng)脫離MRCG狀態(tài)，即經鄉(xiāng)道黃燈4秒（MRCY）狀態(tài)進入MGCR狀態(tài)，即使S信號一直有效，MRCG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） 主要儀器設備1、 微機1臺2、 QuartusII集成開發(fā)軟件1套3、 EDA實驗裝置 1套（四） 實驗步驟1. 總體思路：本實驗是實現(xiàn)十字交叉路口的交通燈控制器功能，分析每個狀態(tài)的情況。狀態(tài)一：主干道綠燈亮，鄉(xiāng)干道紅燈亮，數(shù)碼管60s倒計時，計數(shù)完后若鄉(xiāng)干道有車要求通過，則轉到狀態(tài)二；若沒有車要求通過，則繼續(xù)狀態(tài)一。狀態(tài)二：主干道由綠燈變?yōu)辄S燈亮，鄉(xiāng)干道仍然為紅燈亮，數(shù)碼管4s倒計時，計數(shù)完后，然后進入狀態(tài)三。狀態(tài)三：主干道由黃燈變?yōu)榧t燈亮，鄉(xiāng)干道由紅燈變?yōu)榫G燈亮，數(shù)碼管20s倒計時。若倒計時期間鄉(xiāng)干道沒有車要求通過，則立即進入狀態(tài)四；若一直有車要求通過，則最多維持20s之后進入狀態(tài)四。狀態(tài)四：主干道仍然為紅燈亮，鄉(xiāng)干道由綠燈變?yōu)辄S燈亮，數(shù)碼管4s倒計時，計數(shù)完后，轉至狀態(tài)一?？梢姡煌艟褪且恢毖h(huán)上述四個狀態(tài)。2. 模塊化分析：把程序的各個部分模塊化。1) 分頻模塊：本實驗采用了100HZ的時鐘做掃描頻率，2.5HZ的時鐘做計數(shù)頻率，故需要2個時鐘。P1:process(clk)-分頻variable count1:std_logic_vector(7 downto 0);beginif clkevent and clk=1 thencount1:=count1+1;if count120 thenclkk=0;elsif count140 thenclkk=1;else count1:=00000000;clkk Z:=01100000;-60 when 01 = Z:=00100000;-20 when 10 = Z:=00000100;-4 WHEN OTHERS= NULL; end case;if cz=11 or cz=10 or rst=0 then bcd=Z;b=1;else bbcd2:=bcd; WHEN OTHERS= NULL; end case;if rst=1 thenif en=1 then if bcd21 thenif bcd2(3 downto 0)=0000 then -bcd2:=bcd2-7;bcd2(7 downto 4):=bcd2(7 downto 4)-0001;bcd2(3 downto 0):=1001;else bcd2:=bcd2-1;end if;else if zt=00 then s60=1;s20=0;s4=0;elsif zt=10 then s60=0;s20=1;s4=0;else s60=0;s20=0;s4=1;-else s60=1;s20=1;s4=1;end if;end if;end if;end if;end if;bbccdd case a iswhen 1=cz=00;anull;end case;if s60=1 then if s=1 thenstates=mycr;m=10;zt=01;cz=11;a=1;else cz=10;end if;else cz case a iswhen 1=cz=00;anull;end case;if s4=1 thenstates=mrcg;m=01;zt=10;cz=11;a=1;else cz case a iswhen 1=cz=00;anull;end case;if (s=0 or (s20=1 and s=1) then states=mrcy;m=10;zt=11;cz=11;a=1;else cz case a iswhen 1=cz=00;anull;end case;if s4=1 then states=mgcr;m=00; zt=00;cz=11;a=1;else cz=00;end if;end case;end if;end process P3;狀態(tài)轉換的模塊封裝好的元件符號為：時序仿真圖如下：4) 顯示模塊：完成要顯示的數(shù)由BCD碼轉化為相應的數(shù)碼管七段碼，由于數(shù)碼管采用動態(tài)掃描的顯示方式，還需要產生位選信號。程序如下：P4:process (clk)-數(shù)碼管顯示variable sseell:std_logic_vector(2 downto 0);beginif clkevent and clk=1 thenif sseell001 thensseell:=sseell+1;else sseell:=000;end if;end if;selxianshixianshinull;end case;CASE xianshi ISWHEN 0000=qiduanqiduanqiduanqiduanqiduanqiduanqiduanqiduanqiduanqiduan NULL;END CASE;END PROCESS P4;顯示模塊封裝好的元件符號為：時序仿真圖如下：3. 頂層原理圖：通過例化好的元件符號，在頂層文件中繪制原理圖，來綜合實現(xiàn)交通燈的整體功能，原理圖如下：頂層文件的仿真時序如下：當狀態(tài)1的60s倒計時完成后s=0，重復狀態(tài)1當60s倒計時后且s=1，轉入狀態(tài)2由狀態(tài)2轉入狀態(tài)3由狀態(tài)3轉入狀態(tài)44. 引腳鎖定：把頂層文件的輸入輸出端口鎖定到試驗箱上的引腳連線上，引腳鎖定圖如下：5. 編譯成功后，把.sof文件下載到試驗箱上，把試驗箱上的clk接到100HZ處，觀測實驗現(xiàn)象。實驗現(xiàn)象：1.復位時，起始狀態(tài)是主綠鄉(xiāng)紅，數(shù)碼管從60開始倒計時。2.當60s減1計數(shù)完成后，如果s信號為1（代表鄉(xiāng)干道有車要求通過）時，變?yōu)橹鼽S鄉(xiāng)綠狀態(tài)，數(shù)碼管4s倒計時；如果s信號為0（代表鄉(xiāng)干道沒有車要求通過）時， 則回到起始狀態(tài)，主綠鄉(xiāng)紅重新60s倒計時。3.4s倒計時后，進入主紅鄉(xiāng)綠狀態(tài)，如果此時s信號為0，則立即轉入主紅鄉(xiāng)黃狀態(tài)；如果s信號一直為1，則數(shù)碼管開始20s倒計時，計數(shù)期間一旦出現(xiàn)s信號為0，則立即轉入主紅鄉(xiāng)黃狀態(tài)，即使s信號一直為1，當20s倒計時完成后也會入主紅鄉(xiāng)黃狀態(tài)。4.主紅鄉(xiāng)黃，數(shù)碼管開始4s倒計時，計數(shù)完成后進入主綠鄉(xiāng)紅狀態(tài)，數(shù)碼管60s倒計時，重復上述狀態(tài)。（五） 實驗總結該實驗是一個綜合性很大的實驗，從這個實驗中也鍛煉了我們的能力，編寫代碼時可能會遇到各種各樣的問題，