1、實驗四 交通燈控制器設計一、實驗目的1、學習與日常生活相關且較復雜數字系統設計；2、進一步熟悉 EDA 實驗裝置和 Quartus U 軟件的使用方法；3、學習二進制碼到 BCD 碼的轉換；4、學習有限狀態機的設計應用。二、設計要求 完成設計、仿真、調試、下載、硬件測試等環節，在型 EDA 實驗裝置上實現一個由 一 條主干道和一條鄉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 （鄉紅）、CY （鄉黃）、CG （鄉 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；

2、3、鄉間公路右側各埋有一個串連傳感器，當有車輛準備通過鄉間公路時，發出請 求信號 S=1 ，其余時間 S=0;4、平時系統停留在主干道通行（ MGCR 狀態，一旦 S 信號有效，經主道黃燈 4 秒（MYCR狀態后轉入鄉間公路通行（MRC ）狀態，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，系統脫離 MRC 狀態，即經鄉道黃燈 4 秒（ MRC ）伏態進入 MGCR 狀態，即使 S 信號一直有效， MRC 狀態也不得長于 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間公路各有一個兩位十進制倒計時 數碼管顯示。三、主要儀器設備1 、微機1 臺2、Quart

3、usII 集成開發軟件 1 套3、EDA 實驗裝置1 套四、實驗思路1 、 設計一個狀態寄存器，控制六盞燈的亮與滅2、設計一個計時器，控制各狀態的持續時間，計時器應滿足以下要求：1 ）當 S=1 ，且計數器已完成 60 計數時，計數器進入模 4 計數，隨后進入模 20 計數，再進 入模 4 計數，再回到模 60 計數2 ）當計數器進行摸 20 計數時，一旦 S 變為 0 ，計數器立馬進入模 4 計數，再進入模 60 計數3 ）完成模 20 計數后，不論 S 為 0或 1, 計數器進入模 4 計數，再進入模 60計數4 ）若計數器未完成模 60 計數，不論 S 如何變話，計數器將繼續進行模 60

4、 計數3、設計一個譯碼顯示電路，將計時器的八位BCD 碼轉化為數碼管可以顯示的段位碼通過動態掃描電路實現。4、設計一個分頻器，將掃描頻率分頻為基準頻率，提供計時器，狀態器，譯碼顯示的鐘控。5、使用文本設計 4 個底層文件，并生成相應元器件，再使用原理圖設計頂層文件五、實驗步驟1、建立工作庫文件夾和編輯設計文件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;控制數碼管顯示倒計時數并且輸出：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.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 .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 .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CNT8計數計滿時，輸入數據D被同步預置給計數器FULL = 1;-同時使溢出標志信號 FULL輸出為高電平ELSE CNT8 := CNT8 + 1;- 否貝V繼續作力口 1計數FULL =

15、 0;-且輸出溢出標志信號 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;-如果溢出標志信號 FULL為高電平，D觸發器輸出取反IF CNT2 = 1 THEN FOUT = 1; ELSE FOUT End Time來設定仿真結束時間4 ）在CLOC窗口中設置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：當沒右完成模60訃數，即便S=J狀態 也不發生改變60秒過后，若S=1主道進入黃燈狀態并保持4秒20秒過后，不論S=1或0鄉道進入黃燈狀態并保持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S 一旦為0，鄉道立刻進入黃燈狀態， 并持續四秒6、引腳設定六、實驗現象及驗證1、當“電平1 ”不按時（S為0）,數碼管一直保持60秒倒計時，計數結束后數碼管保000001 狀態， LED 燈保持 001100;2、當按下“電平1 ”（S為1）,數碼管倒計時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、當倒計時 20 秒時，若滅掉“電平 1 ”（ S 變為 0）, 數碼管倒計時 4 秒， LED 燈 001011 ； 最后進入倒計時 60 秒。（