数字电子技术实验报告之交通灯设计.docx

1、数字电子技术实验报告之交通灯设计数 字 电 子 技 术 实 验 报 告交通灯的设计姓名：学号：学院：专业：班级：指导老师： 目录一、 实验目的与要求二、 实验设计三、 调试及实验结果四、 附页一、 实验目的及要求实验目的:1. 熟练掌握verilog语言及Quartus软件的使用。2. 考验和培养学生独立自主综合设计的能力。实验要求:1. 设计一个十字路口的四个交通灯的设计。2. 注意红灯时间23秒、黄灯时间3秒、绿灯时间17秒。3. 时间倒计时功能需在数码管中显示出来。实验扩展：1. 分频：因为实验要求秒数的倒计时及控制，故要将高频率进行分频得到1khz和1hz的频率。分频的实现2. 数码管

2、动态扫描： 倒计时的显示要求有四位同时显示，而以前只进行过一位显示。所以该实验需要数码管的动态扫描。二、 实验设计总体思路：先实现由高频率分频得到1khz和1hz的频率，然后实现在1hz的频率下交通灯状态的转换，同时倒计时功能也开始运行。然后在1khz的频率下进行动态扫描，再加上数码管的七段显示即可。 交通灯的状态设计：每个灯有三种状态：红、绿、黄。又因为每个灯由2个开关来控制，所以四个灯设定四个变量 sn1:0、ns1:0、ew1:0、we1:0分别代表南北、东西方向的灯。其中01代表绿灯，10代表红灯，11代表黄灯。灯状态的循环设计：第一个状态（state0）： 绿 红 红 ：该状态维持1

3、7s，we红灯23s倒计时到 绿 6s，sn绿灯17s倒计时到0s。 第二个状态（state1）：黄 红 红 ：该状态维持3s，we红灯倒计时6s到 黄 3s，sn黄灯倒计时3s到0s。第三个状态（state2）：红 红 红：该状态维持3s，we红灯倒计时3s到红 0s，sn红灯23s倒计时到20s。 第四个状态（state3）：红 绿 绿：该状态维持17s，we绿灯17s倒计时到红 0s，sn红灯20s倒计时到3s。 第五个状态（state4）：红 黄 黄： 该状态维持3s，we黄灯3s倒计时到0s，红 sn红灯3s倒计时到0s。 回到原始状态（state0）：绿 红 红：回到原始状态，构成

4、一个循环。绿 状态设计代码：state0: begin/设定初状态:南北方向为绿灯，东西方向为红灯（下面同理） sn=2b01; ns=2b01; we=2b10; ew=2b10;if(gl=3d0&gh=3d0&rl=3d0&rh=3d0) begin/设定红绿灯计时起点红灯23s绿灯17s（下面同理） gl=3d7;gh=3d1;rl=3d3;rh=3d2; end else begin if(gl=0) /十进制的减法设定（下面同理） begin gl=9;gh=gh-1;end else begin gl=gl-1;end if(rl=0) begin rl=9;rh=rh-1;en

5、d else begin rl=rl-1;end/判定状态是否结束（看绿灯倒计时是否到达0）（下面同理） if(gl=3d0&gh=3d0) begin next_state=state1;end end endstate1: begin sn=2b11; ns=2b11; we=2b10; ew=2b10; if(yl=3d0) begin yl=3d3;rl=3d6;rh=3d0; end else begin begin yl=yl-1;end begin rl=rl-1;end if(yl=0) begin next_state=state2;end end endstate2: be

6、gin sn=2b10; ns=2b10; we=2b10; ew=2b10; if(yl=3d0&yh=3d0) begin rl=3d3;rh=3d2;yl=3d3; end else begin begin rl=rl-1;yl=yl-1;end if(yl=0) begin next_state=state3; end end endstate3: begin sn=2b10; ns=2b10; we=2b01; ew=2b01; if(yl=3d0&yh=3d0) begin rl=3d0;rh=3d2;yl=3d7;yh=3d1; end else begin if(rl=0) b

7、egin rl=9;rh=rh-1;end else begin rl=rl-1;end if(yl=0) begin yl=9;yh=yh-1;end else begin yl=yl-1;end if(yl=3d0&yh=3d0) begin next_state=state4;end end endstate4: begin sn=2b10; ns=2b10; we=2b11; ew=2b11; if(yl=3d0&yh=3d0) begin rl=3d3;yl=3d3; end else begin begin rl=rl-1;yl=yl-1;end if(rl=3d0&yl=3d0)

8、 begin next_state=state0;endend end 分频技术的实现：接入6M的频率，先分成1khz的频率，在由1khz的频率分出1hz的频率。分频代码：/1khz always(posedge clk)/注：接入6M的频率 begin if(count1=d3000) begin clk1khz=clk1khz; count1=4d0; end else count1=count1+4d1; end/1hz always(posedge clk1khz) begin if(count2=d500) begin clk1hz=clk1hz; count2=4d0; end e

9、lse count2=count2+1d1;数码管的显示：数码管的显示，因为需要同时显示两位数字，故要用到数码管扫描；其次要进行显示，要七段显示译码器。数码管的扫描代码：wei3:0代表八位数码管的八位，在此因为只需显示4位故只将wei只用4位。/该部分作用是让数码管在1hkz下不断的快速扫描，照成它们同时显示的错觉。always(posedge clk1khz)if(wei=3d3) begin wei=3d0; end else wei=wei+3d1;/该部分的num3:0是提供给七段显示器的，而weiscan7:0是用于决定数码管哪一位亮的。always (wei)begin case

10、(wei) 3b000:begin num3:0=l3:0;weiscan7:0=8b00000001; end3b001:begin num3:0=h3:0;weiscan7:0=8b00000010; end 3b010:begin num3:0=l13:0;weiscan7:0=8b00000100;end 3b011:begin num3:0=h13:0;weiscan7:0=8b00001000; endendcaseend倒计时的显示设计： 每一个状态显示的时间和亮的灯的颜色都不一样。所以每个状态时，计时的变量都应改变，才能使得数码管正常显示。代码如下:case(state) st

11、ate0:begin l=gl;h=gh;l1=rl;h1=rh;end state1:begin l=yl;h=yh;l1=rl;h1=rh;end state2:begin l=rl;h=rh;l1=yl;h1=yh;end state3:begin l=rl;h=rh;l1=yl;h1=yh;end state4:begin l=rl;h=rh;l1=yl;h1=yh;end endcaseend调试与实验结果 调试： 将代码中always部分中的常来clk1hkz和常来clk1hz都改为clk，然后进行编译，并建立一个vector waveform file文件，找到所有的节点，就可以

12、运行了。仿真波形如下：整体仿真图形：weiscan7:0的仿真图：counter7:0的仿真图：引脚锁定：下载到实验箱后，用导线将clk与p16接起，后接入6M频率即可。实验结果：实验交通灯变化正常，倒计时显示正常。本次实验的心得;本次实验经历了3个礼拜，完全由学生自主学习和实验，我对于这个实验一开始以为比较简单，可是动起手却没有思路。经过查阅图书馆的资料才有那么一点思路，开始动手。经过这次实验我学到了很多，学会数码管的扫描和状态的设定和转换。附页（附总代码）：module d20122756(clk,sn,we,ns,ew,counter,weiscan);output 7:0weiscan

13、;reg 7:0weiscan;input clk;output 1:0sn,we,ns,ew;output 6:0counter;reg 6:0counter;reg 1:0sn,we,ns,ew;reg 3:0rl,rh,yl,yh,gl,gh;reg 3:0wei,num;reg clk1khz,clk1hz;reg 12:0count1;reg 8:0count2;reg 3:0l,h,l1,h1;reg 2:0state,next_state;parameter state0=0,state1=1,state2=2,state3=3,state4=4;/1khz always(pos

14、edge clk) begin if(count1=d3000) begin clk1khz=clk1khz; count1=4d0; end else count1=count1+4d1; end/1hz always(posedge clk1khz) begin if(count2=d500) begin clk1hz=clk1hz; count2=4d0; end else count2=count2+1d1; if(wei=3d3) begin wei=3d0; end else wei=wei+3d1;case(state) state0:begin l=gl;h=gh;l1=rl;

15、h1=rh;end state1:begin l=yl;h=yh;l1=rl;h1=rh;end state2:begin l=rl;h=rh;l1=yl;h1=yh;end state3:begin l=rl;h=rh;l1=yl;h1=yh;end state4:begin l=rl;h=rh;l1=yl;h1=yh;end endcaseend always (posedge clk1hz)beginstate=next_state;case(state)state0: begin sn=2b01; ns=2b01; we=2b10; ew=2b10; if(gl=3d0&gh=3d0&

16、rl=3d0&rh=3d0) begin gl=3d7;gh=3d1;rl=3d3;rh=3d2; end else begin if(gl=0) begin gl=9;gh=gh-1;end else begin gl=gl-1;end if(rl=0) begin rl=9;rh=rh-1;end else begin rl=rl-1;end if(gl=3d0&gh=3d0) begin next_state=state1;end end endstate1: begin sn=2b11; ns=2b11; we=2b10; ew=2b10; if(yl=3d0) begin yl=3d

17、3;rl=3d6;rh=3d0; end else begin begin yl=yl-1;end begin rl=rl-1;end if(yl=0) begin next_state=state2;end end endstate2:begin sn=2b10; ns=2b10; we=2b10; ew=2b10; if(yl=3d0&yh=3d0) begin rl=3d3;rh=3d2;yl=3d3; end else begin begin rl=rl-1;yl=yl-1;end if(yl=0) begin next_state=state3; end end endstate3:

18、 begin sn=2b10; ns=2b10; we=2b01; ew=2b01; if(yl=3d0&yh=3d0) begin rl=3d0;rh=3d2;yl=3d7;yh=3d1; end else begin if(rl=0) begin rl=9;rh=rh-1;end else begin rl=rl-1;end if(yl=0) begin yl=9;yh=yh-1;end else begin yl=yl-1;end if(yl=3d0&yh=3d0) begin next_state=state4;end end endstate4:begin sn=2b10; ns=2

19、b10; we=2b11; ew=2b11; if(yl=3d0&yh=3d0) begin rl=3d3;yl=3d3; end else begin begin rl=rl-1;yl=yl-1;end if(rl=3d0&yl=3d0) begin next_state=state0;end end endendcaseendalways (wei)begin case(wei)3b000:begin num3:0=l3:0;weiscan7:0=8b00000001; end3b001:begin num3:0=h3:0;weiscan7:0=8b00000010; end3b010:b

20、egin num3:0=l13:0;weiscan7:0=8b00000100; end3b011:begin num3:0=h13:0;weiscan7:0=8b00001000; end endcaseend always (num) begin case(num) 4b0000: counter=7b1111110; /0 4b0001: counter=7b0110000; /1 4b0010: counter=7b1101101; /2 4b0011: counter=7b1111001; /3 4b0100: counter=7b0110011; /4 4b0101: counter=7b1011011; /5 4b0110: counter=7b1011111; /6 4b0111: counter=7b1110000; /7 4b1000: counter=7b1111111; /8 4b1001: counter=7b1111011; /9 default: counter=7b0000000; /0 endcase endendmoduleRTL viewer: