实验五交通灯控制电路实验.docx

1、实验五交通灯控制电路实验 南昌大学实验报告学生姓名： 学号： 专业班级： 实验类型:验证 综合 设计 创新 实验日期： 12.14_ 实验成绩： 实验五 交通灯控制电路实验一、实验目的1、了解交通灯的燃灭规律。2、了解交通灯控制器的工作原理。3、熟悉 VHDL 语言编程，了解实际设计中的优化方案。二、实验原理 交通灯的显示有很多方式，如十字路口、丁字路口等，而对于同一个路口又 有很多不同的显示要求，比如十字路口，车辆如果只要东西和南北方向通行就很 简单，而如果车子可以左右转弯的通行就比较复杂，本设计实验仅针对最简单的南北 和东西直行的情况。 要完成本实验，首先必须了解交通路灯的燃灭规律。本实验

2、需要用到实验箱上交通灯模块中的发光二极管，即红、黄、绿各三个。依人们的交通常规，“红灯停，绿灯行，黄灯提醒”。其交通灯的燃灭规律为：初始态是两个路口的红灯全亮之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西方向通车，延时一段时间后，东西路口绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北方向开始通车，延时一段时间后，南北路口的绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，重复上述过程。 在实验中使用 8 个七段码管中的任意两个数码管显示时间。东西路和南北路的通车时间分别设定为 1 分 钟 和 25s。在显示时间小于 5 秒的时候，通车方向的黄灯闪烁。三

3、、实验内容 本实验要完成任务就是设计一个简单的交通灯控制器，交通灯显示用实验箱的交通灯模块和数码管模块。系统时钟选择时钟模块的1KHz时钟，黄灯闪烁时钟要求为 2Hz，七段码管的时间显示为 1Hz 脉冲，即每 1s中递减一次，在显示时间小于 5秒的时候，通车方向的黄灯以 2Hz 的频率闪烁。系统中用 S1 按键进行复位。四、实验步骤1、 打开 QUARTUSII 软件，新建一个工程。2、 建完工程之后，再新建一个 VHDL File，打开 VHDL 编辑器对话框。3、按照实验原理和自己的想法，在 VHDL 编辑窗口编写 VHDL 程序，本次实验共分为四个进程源程序，每个进程程序分别实现一定的功

4、能。其具体的功能如下表 17-2：文件名称完成功能P1实现分频产生1Hz计数脉冲和2Hz的黄灯闪烁脉冲P2十进制计数模块，控制显示灯点亮的时间P3控制灯的循环亮灭功能P4七段码管的扫描驱动与显示输出所需实现的循环功能显示如下所示： MGCR 1分钟 MYCR 5秒钟 MRCG 20秒 MRCY 5秒钟 4、编写完 VHDL 程序后，保存起来。各程序源代码如下所示：- - Title:源程序p1 - Author:参考自网上 - Data: 2012-12-8 -LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.A

5、LL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;- ENTITY P1 IS PORT( CLK : IN STD_LOGIC; -时钟输入 CLK2HZ : OUT STD_LOGIC; -输出2Hz闪烁时钟 CLK1HZ : OUT STD_LOGIC - 输出1Hz计数时钟 ); END P1;-ARCHITECTURE BEHAVE OF P1 IS SIGNAL CLK_COUNT1 : STD_LOGIC_VECTOR(9 DOWNTO 0); BEGIN PROCESS(CLK) BEGIN IF(CLKEVENT AND CLK=1) THEN IF(CL

6、K_COUNT11000) THEN CLK_COUNT1=CLK_COUNT1+1; ELSE CLK_COUNT1=0000000001; END IF; END IF; END PROCESS; CLK1HZ=CLK_COUNT1(9); CLK2HZ=CLK_COUNT1(8);END BEHAVE;- - Title:源程序P2 - Author:参考自网上 - Data: 2012-12-8 -LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGN

7、ED.ALL;- ENTITY P2 IS PORT( CLK1HZ : IN STD_LOGIC; - 输入计数1Hz脉冲 RST : IN STD_LOGIC ; - 复位时钟 SEC1,SEC10 : BUFFER INTEGER RANGE 0 TO 9; - 十进制计数值 DIR_FLAG : BUFFER STD_LOGIC - 方向标志); END P2;-ARCHITECTURE BEHAVE OF P2 IS SIGNAL DIR_FLAG1 : STD_LOGIC; BEGIN PROCESS(CLK1HZ,RST) BEGIN IF(RST=0) THEN SEC1=0;

8、 SEC10=6; DIR_FLAG=0;DIR_FLAG1=0; ELSIF(CLK1HZEVENT AND CLK1HZ=1) THEN - 实现sel1与sel10的十进制计数 IF(SEC1=0) THEN SEC1=9; IF(SEC10=0) THEN IF(DIR_FLAG1=0)THEN SEC10=1; ELSE SEC10=5; END IF; ELSE SEC10=SEC10-1; END IF; ELSE SEC1=SEC1-1; END IF; IF(SEC1=0 AND SEC10=0) THEN DIR_FLAG=NOT DIR_FLAG; DIR_FLAG1=N

9、OT DIR_FLAG1; END IF; END IF; END PROCESS;END BEHAVE;- - Title:源程序P3 - Author:参考自网上 - Data: 2012-12-8 -LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;- ENTITY P3 IS PORT( CLK2HZ : IN STD_LOGIC; -时钟输入 SEC1,SEC10 : IN INTEGER RANGE 0 TO 9; DIR_FLA

10、G : IN STD_LOGIC; - 方向标志 RST : IN STD_LOGIC; -复位输入 MR,CR : OUT STD_LOGIC; -红灯输出 MY,CY : OUT STD_LOGIC; -黄灯输出 MG,CG : OUT STD_LOGIC -绿灯输出 ); END P3;-ARCHITECTURE BEHAVE OF P3 IS BEGIN PROCESS(CLK2HZ,RST) BEGIN IF(RST=0) THEN MR=1; MG=0; CR=1; CG0 OR SEC13) THEN IF(DIR_FLAG=0) THEN -横向通行 MR=0; MG=1; C

11、R=1; CG=0; ELSE MR=1; MG=0; CR=0; CG=1; END IF; ELSE IF(DIR_FLAG=0) THEN -横向通行 MR=0; MG=0; CR=1; CG=0; ELSE MR=1; MG=0; CR=0; CG0 OR SEC13) THEN MY=0; CY=0; ELSIF(DIR_FLAG=0) THEN MY=CLK2HZ; CY=0; ELSE MY=0; CY=CLK2HZ; END IF; END PROCESS;END BEHAVE; - - Title:源程序P4 - Author:参考自网上 - Data: 2012-12-8

12、-LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;- ENTITY P4 IS PORT( DISPLAY : STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); -七段码管显示输出 SEC1,SEC10 : IN INTEGER RANGE 0 TO 9; - 待显示十进制计数值 DIR_FLAG :IN STD_LOGIC; - 方向标志 CLK : IN STD_LOGIC; - 扫描时钟 SEG_SEL : BUFFER S

13、TD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0) -七段码管扫描驱动 ); END P4;-ARCHITECTURE BEHAVE OF P4 IS SIGNAL DISP_TEMP : INTEGER RANGE 0 TO 15; SIGNAL DISP_DECODE : STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); SIGNAL DIRECTION : INTEGER RANGE 0 TO 15; BEGIN PROCESS(DIR_FLAG) BEGIN IF(DIR_FLAG=0) THEN -横向 DIRECTION=10; ELSE -纵向 DIRECTIOND

14、ISP_TEMPDISP_TEMPDISP_TEMPDISP_TEMPDISP_TEMPDISP_TEMPDISP_TEMPDISP_TEMP=SEC1; END CASE; END PROCESS; PROCESS(CLK) BEGIN IF(CLKEVENT AND CLK=1) THEN -扫描累加 SEG_SEL=SEG_SEL+1; DISPLAYDISP_DECODEDISP_DECODEDISP_DECODEDISP_DECODEDISP_DECODEDISP_DECODEDISP_DECODEDISP_DECODEDISP_DECODEDISP_DECODEDISP_DECOD

15、EDISP_DECODEDISP_DECODE=0000000; -全灭 END CASE; END PROCESS; END BEHAVE;5、 对自己编写的 VHDL 程序进行编译并仿真，对程序的错误进行修改。直到完全通过。后将每个进程文件转化为图像文件，再新建一个bdf文件，按要求将各各图形文件连接起来。各模块连接图如下所示：6、对bdf文件进行编译仿真无误后，依照按键开关、数字信号源、数码管与 FPGA的管脚连接表或参照附录进行管脚分配。分配完成后，再进行全编译一次，以使管脚分配生效。7、 用下载电缆通过 JTAG 口将对应的 sof 文件加载到 FPGA 中。观察实验结果是否与自己的

16、编程思想一致。五、实验结果与现象当设计文件加载到目标器件后，将时钟设定为 1KHz。交通灯模块的红、绿、黄 LED 发光管会模拟实际中的交通信号灯的变化。初始状态为主干道，乡干道红灯全亮，后转换为主干道可行，乡干道禁行模式，此时，数码管上显示通行时间的倒计时为1分钟。当倒计时到 5 秒时，黄灯开始闪烁。频率为2hz。到 0 秒时红绿灯开始转换，倒计时的时间变至 25秒。如此循环往复。按下按键开关 S1 则从头开始显示和计数。 六、仿真波形分析1、数码管计数过程在重复1分钟20秒1分钟这一计数过程，代表主干道亮绿灯乡干道亮红灯时间为1分钟，主干道亮红灯，乡干道亮绿灯时间为20秒。2、重复过程3、当RST=0时，数码管计数恢复初始值60，交通灯恢复初始状态全红。结果如下所示：7、实验心得与体会 本次实验中，在观察实验现象时出现了一个问题，那就是当按下复位按钮时，系统会复位到初始状态，即横向全亮红灯，纵向全亮绿灯，但是当持续按下复位按钮不动时，则出现全亮绿灯的情况，这在实际中是不合理的，经分析，可能是在设置复位功能出现了问题，即在复位时，仍然有状态传送给显示模块，整个的模块间仍按照未加复位时进行工作，鉴于此，我又在模块p2、p3模块中增加了一个状态标志，功能为当按下计数模块时，其余工作停止，只进行复位操作，但不按下时，则正常工作。