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1、交通灯控制器数字系统设计报告姓名： 学号：一 实验目的1.基本掌握自顶向下的电子系统设计方法2.学会使用PLD和硬件描述语言设计数字电路,掌握 Quartus II等开发工具的使用方法3.培养学生自主学习、正确分析和解决问题的能力 二 设计要求我所选择的课题是用Verilog HDL实现交通灯控制器。该课题的具体内容及要求如下：主干道与乡村公路十字交叉路口在现代化的农村星罗棋布，为确保车辆安全、迅速地通过，在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。红灯禁止通行；绿灯允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间行驶到禁行线之外。主干道和乡村公路都安装了传感器，检测车辆通行情况，用于主干道的优先
2、权控制。 （1）当乡村公路无车时，始终保持乡村公路红灯亮，主干道绿灯亮。（2）当乡村公路有车时，而主干道通车时间已经超过它的最短通车时间时，禁止主干道通行，让乡村公路通行。主干道最短通车时间为25s 。（3）当乡村公路和主干道都有车时，按主干道通车25s，乡村公路通车16s交替进行。（4）不论主干道情况如何，乡村公路通车最长时间为16s。（5）在每次由绿灯亮变成红灯亮的转换过程中间，要亮5s时间的黄灯作为过渡。（6）用开关代替传感器作为检测车辆是否到来的信号。用红、绿、黄三种颜色的发光二极管作交通灯。（7）要求显示时间，倒计时。 交通灯控制器框图如下：（C表示乡村道路是否有车到来，1表示有，0
3、表示无；SET用来控制系统的开始及停止；RST是复位信号，高电平有效，当RST=1时，恢复到初始设置；CLK是外加时钟信号；MR、MY、MG分别表示主干道的红灯、黄灯和绿灯；CR、CY、CG分别表示乡村道路的红灯、黄灯和绿灯，1表示亮，0表示灭）系统流程图如下：（MGCR:主干道绿灯，乡村道路红灯；MYCR:主干道黄灯，乡村道路红灯；MRCG:主干道红灯，乡村道路绿灯；MRCY:主干道红灯，乡村道路黄灯；T0=1表示主干道最短通车时间到，T1=1表示5秒黄灯时间到，T2=1表示乡村道路最长通车时间到。） 三设计方案本交通灯控制系统设计利用Verilog HDL语言进行设计编程，利用Cyclon
4、e EP1C6Q240C8芯片和一些外围器件组成硬件电路,利用QUARTUS II软件将编写好的程序进行编译、仿真,并将调试完成的程序下载到Cyclone EP1C6Q240C8芯片上,观测电路板上的红绿信号灯以及数码管显示,看是否按设计要求正常工作.四、设计流程本系统采用自顶向下的设计，设计一个顶层文件和三个底层文件。各模块关系如下：交通灯控制器（jiaotongdeng）系统工作模块(traffic1)八段译码模块(decode4_7)分频模块(blk1)设计文件如下：1. 低层文件（1）系统工作模块（traffic1）如下： 功能：该模块完成对输入信号CLK,rst,c的处理，实现交通灯
5、控制的主要功能。源程序：module traffic1(CLK,rst,c,LAMPA,LAMPB,TAH,TAL,TBH,TBL);output3:0 TAH,TAL,TBH,TBL;/TAH,TAL分别表示主干道倒计时的高位和低位，TBH,TBL表示乡村道路倒计时的高位和低位output2:0 LAMPA,LAMPB;/从高位到低位分别表示红，黄，绿input CLK,rst,c;reg7:0 numa,numb,s1,s2;/numa,numb分别表示主干道和乡村道路的倒计时；s1用来表示主干道最短通车时间是否已到，到了s1=1；s2用来表示乡村道路最长通车时间是否已到，到了s2=1re
6、g3:0 TAH,TAL,TBH,TBL;reg2:0 LAMPA,LAMPB;always (posedge CLK or posedge rst ) /该进程控制主道方向的四种灯begin if(rst)/重置 begin LAMPA =1;LAMPB =4; /重置情况视乡村道路无车，主干道一直通行 numa = 8b00100000;/主干道计时20秒 numb = 8b00100101; /乡村道路计时25秒 end else begin if(LAMPA=1) /主干道绿灯亮 begin if(numa=1&c=0&s1) /主干道最短通车时间已到，但乡村道路没车 begin nu
7、ma=1;/倒计时停在1秒 LAMPA=1;/保持在主干道绿灯 end else if(numa=1&c=1&s1)/主干道最短通车时间没到，并且乡村道路有车 begin /主干道变黄灯倒计时变成5秒 s1=0; LAMPA =2; numa = 8b00000110;/为了配合时钟设置为6秒 end else begin if(numa3:0 = 0 & numa7:4) /逢十时 begin numa3:0 = 9; numa7:4 = numa7:4 - 1; end else if(numa7:0 & numa3:0) begin numa3:0 = numa3:0 - 1; end
8、if (numa=0) begin /主干道变黄灯倒计时变成5秒 LAMPA =2; numa = 8b00000110;/为了配合时钟设置为6秒 end endend if(LAMPA=2) /假如主干道是黄灯 begin if(numa3:0 = 0 & numa7:4) /开始主干道黄灯的倒计时 begin numa3:0 = 9; numa7:4 = numa7:4 - 1; end else if(numa7:0 & numa3:0) begin numa3:0 = numa3:0 - 1; end if(numa7:0=0) /黄灯倒计时时间到 begin if(c) /乡村道路有
9、车 begin /主干道变红灯，倒计时变成16秒 LAMPA =4; numa =8b00010111; /为了配合时钟设置为17秒 end else if(!c) begin s1=1; LAMPA =1; numa = 8b00000001;/主干道计时1秒 end end end if(LAMPA=4&c)/假如主干道是红灯并且乡村道路有车 begin if(numa3:0 = 0 & numa7:4) /开始主干道红灯的倒计时 begin numa3:0 = 9; numa7:4 = numa7:4 - 1; end else if(numa7:0 & numa3:0) begin n
10、uma3:0 = numa3:0 - 1; end if(numa=0)/红灯倒计时到 begin /主干道变绿灯，倒计时变成20秒 LAMPA =1; numa =8b00100000; end end if(LAMPA=4&!c& numa5)/假如主干道是红灯并且乡村道路无车并且倒计时时间大于5米秒，使主干道倒计时变成5秒 begin /主干道仍是红灯，倒计时变成5秒 numa =8b00000110; end if(LAMPA=4&!c& numa7) begin if(numa3:0 = 0 & numa7:4) /开始主干道5秒的倒计时 begin numa3:0 = 9; num
11、a7:4 = numa7:4 - 1; end else if(numa7:0 & numa3:0) begin numa3:0 = numa3:0 - 1; end if(numa=0)/5秒倒计时到 begin /主干道变绿灯，倒计时变成20秒 LAMPA =1; numa =8b00100000; end end if(LAMPB=4) /乡村道路红灯亮 begin /开始乡村道路红灯的倒计时 if(c=0&numb=1) numb=1; if(c=1&numb=1&s2=1) begin numb=5; s2=0; end else begin if(numb3:0 = 0 & num
12、b7:4) /逢十时 begin numb3:0 = 9; numb7:4 = numb7:4 - 1; end else if(numb & numb3:0) begin numb3:0 = numb3:0 - 1; end if(numb=0) /红灯时间到 begin if(c) begin /乡村道路变绿灯，倒计时变11秒 LAMPB =1; numb =8b00010010; end else if(!c) begin LAMPB =4; numb = 8b00000001; /乡村道路计时1 s2=1;/s置为1； end end end end if(LAMPB=1&c) /假如
13、乡村道路是绿灯并且乡村道路有车并且倒计时大于五秒 begin if(numb3:0 = 0 & numb7:4) /开始乡村道路绿灯的倒计时 begin numb3:0 = 9; numb7:4 = numb7:4 - 1; end else if(numb & numb3:0) begin numb3:0 = numb3:0 - 1; end if(numb=0) /绿灯倒计时时间到 begin /乡村道路变黄灯，倒计时变成5秒 LAMPB =2; numb =8b00000110; end end if(LAMPB=1&!c) /假如乡村道路是绿灯并且乡村道路无车 begin /绿灯变黄灯
14、，倒计时变成5秒 LAMPB =2; numb =8b00000110; end if(LAMPB=2) /假如乡村道路是黄灯 begin if(numb3:0 = 0 & numb7:4) /开始乡村道路黄灯的倒计时 begin numb3:0 = 9; numb7:4 = numb7:4 - 1; end else if(numb & numb3:0) begin numb3:0 = numb3:0 - 1; end if(numb=0) /黄灯倒计时时间到 begin /乡村道路变红灯，倒计时变成25秒 LAMPB =4; numb =8b00100101; end end end TA
15、H=numa7:4; TAL=numa3:0; TBH=numb7:4; TBL=numb3:0; endendmodule仿真结果：对该模块进行仿真，考虑各种情况，结果如下：1） 乡村道路一直没车，即c=0：可以看到主干道是绿灯20秒，黄灯5秒，然后变成绿灯，倒计时停在1秒，乡村道路一直是红灯，倒计时从25一直到1停止。2） 乡村道路开始没车，T时间后（T25秒）有车来：从图中可以看到开始时c=0，主干道绿灯20秒后变成黄灯，5秒后由于没车又变成绿灯，倒计时停在1，乡村道路红灯25秒后变成绿灯，倒计时停在1。c变成1后，主干道变成黄灯倒计时5秒，之后变成红灯，乡村道路红灯倒计时5秒后变成绿灯
16、，再后面的变化同情况2。4）当乡村道路为绿灯时c变成0：可以看到，当乡村道路为绿灯，c变成0时，乡村道路立刻变成黄灯，倒计时5秒后变成红灯，而主干道红灯倒计时5秒后变成绿灯。（2）八段译码模块（decode4_7）如下：功能：将输入的四位信号进行译码，输出到八段共阳极数码管显示出来。用于显示倒计时。源程序：module decode4_7(decodeout,indec);output7:0 decodeout;input3:0 indec;reg7:0 decodeout;always (indec)begincase(indec) /用case 语句进行译码，小数点始终不亮4d0:deco
17、deout=8b00000011;4d1:decodeout=8b10011111;4d2:decodeout=8b00100101;4d3:decodeout=8b00001101;4d4:decodeout=8b10011001;4d5:decodeout=8b01001001;4d6:decodeout=8b01000001;4d7:decodeout=8b00011111;4d8:decodeout=8b00000001;4d9:decodeout=8b00001001;default: decodeout=8bx;endcaseendendmodule仿真结果：从图中可以看到输入09
18、，输出与之对应的八段码，结果正确。（3）分频模块（blk1）如下：功能：由于实验箱提供的是2MHZ的时钟信号，为了得到1HZ的时钟信号，要对输入时钟信号进行2000000分频。得到合适的时钟信号。set信号可以控制系统的起始及终止。源程序：module blk1(clk,set,out);input clk,set; /基频与使能output out; /分频后的输出reg out;reg23:0 count1,count2;/count1用于记录时钟总数,count2用于记录经过了多少个时钟周期always (posedge clk)beginif(set)begin count1 = 10
19、00000;/实际下载时改成500000，方便看到结果 count1 = count1 - 1;count2 = 0;out = 0;endelsebeginif(count2 count1)begincount2 = count2 + 1;endelsebeginout = out;count2 = 0;endendendendmodule仿真结果：由于2000000分频看不出仿真结果，这里改成4分频。如图，当set信号有一个正跳变之后，out才开始有输出。而之后set为高电平时，out停止产生时钟信号，相当于起到暂停的作用。另外，可以看出out的频率是clk的1/4，实现了4分频。2顶层文
20、件交通灯控制器（jiaotongdeng）：由三个底层模块构成，结构图如下：仿真结果：分析亮灯情况及倒计时情况，与设计要求相符合，仿真结果正确。五、管脚绑定clk绑定到晶振时钟信号，设定管脚号为28；rst,c,set分别绑定到三个乒乓开关，这里设定管脚号分别为139，138，137；LAMPA0,LAMPA1,LAMPA2分别绑定到绿灯，黄灯，红灯上，这里设定管脚号分别为221，204，233；LAMPB0,LAMPB1,LAMPB2分别绑定到绿灯，黄灯，红灯上，这里设定管脚号分别为206,186,222;TAH0TAH7, TAL0TAL7,TBH0TBH7 ,TBL0TBL7分别绑定到四
21、个数码管上，管脚号这里就不一一赘述。六、编译下载，验证结果。实验结果分析：c为乡村道路信号，当c=0时，即乡村道路无车，主干道经过绿灯20秒，黄灯5秒，此时若c=1，则变成红灯，倒计时变成16秒，否则，又回到绿灯，倒计时停在1；乡村道路经过红灯25秒，此时若c=1，则变成绿灯，倒计时变成11秒，否则仍为红灯，倒计时停在1秒。如果开始时c=0，经过一段时间后有车来，假设此时主干道通行时间已经超过最短通行时间25秒，则主干道变黄灯，倒计时5秒后变红灯，乡村道路红灯倒计时5秒后变绿灯。假设乡村道路绿灯时，c=0，则不管乡村道路倒计时有没有到1都变黄灯，5秒后变红灯，主干道倒计时5秒后变绿灯。分析实验结果可以看到该系统实现了所有设计要求，运行结果正确。七、实验总结该设计用了3个底层模块和一个顶层文件，总体思路比较清晰，实现了交通灯控制器的各种功能，还有主干道和乡村道路的倒计时显示。八、实验心得 16 / 16文档可自由编辑打印