交通灯实验报告.docx

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交通灯实验报告

实验报告

名称：

十字路口交通管理信号灯

姓名：

岳成

学号：

5100309669

班级：

F1003021

日期：

2012.4.4

一、实验目的

1、了解交通灯的状态转换规律，学会用硬件描述语言来建立交通灯的模块。

2、利用该软件进行可编程逻辑器件设计，完成交通灯的逻辑仿真功能。

3、使用编译器将设计实现，下载到JDEE-10实验箱上进行调试和验证所设计的十字路口交通管理信号灯的功能。

二、实验要求

1、用两组点阵分别表示主干道上和支干道上的红绿灯。

红色点阵点亮时，表示红灯；绿色点阵点亮时，表示绿灯；红色和绿色点阵同时点亮时，表示黄灯。

2、用2组数码管（共计4位）显示主、支路交通信号灯的倒计时。

3、主干道上绿灯亮的时间为8秒,闪烁3秒,黄灯亮的时间为2秒,红灯亮的时间为11秒。

支干道上绿灯亮的时间为6秒,闪烁3秒,黄灯亮的时间为2秒,红灯亮的时间为13秒。

4、主干道上绿灯亮和闪烁、黄灯亮共13秒,这时支干道上的红灯一直亮着。

支干道上的绿灯亮6秒、闪烁3秒及黄灯亮2秒,主干道上的红灯亮11秒。

5、主干道上绿灯亮的时间为8秒,数码管显示起始时间7秒,然后依次递减至0,绿灯闪烁3秒,黄灯亮的时间为2秒（这段时间数码管不显示）。

支干道红灯亮的时间为13秒,数码管显示起始时间为12秒,然后依次递减至0。

6、支干道上绿灯亮的时间为6秒,数码管显示起始时间5秒,然后依次递减至0,绿灯闪烁3秒,黄灯亮的时间为2秒（这段时间数码管不显示）,主干道红灯亮的时间为11秒,数码管显示起始时间为10秒,然后依次递减至0。

三、设计方案

1、对频率输入的考虑

交通灯等所需的频率只有两种：

1Hz和2Hz。

利用4M频率经过20、21次分频后可得到。

2、对交通灯控制部分的考虑

利用24个状态作为一个周期，可采用真值表法进行列写。

3、建一个七段译码的模块益以及一个点阵显示模块，根据真值表，确立24个状态。

四、程序设计

1、设计思路：

首先，建一个24进制的计数器，每一次计数间隔均为一秒。

对每一秒确立主干道以及支干道上点阵的状态（红灯亮、绿灯亮、绿灯闪烁、黄灯亮）、以及两组数码管上的显示时数（具体数字或熄灭）。

其次进行分步实现：

对于点阵部分，以主干道交通灯为例，输入有时钟信号、二十四进制计数器的输出、红灯信号、绿灯信号、闪烁信号以及发光信号（常亮），输出有红灯显示和绿灯显示两部分。

建立if语句的逻辑关系，根据输入产生相应的输出。

如果输入信号表明此时为红灯显示时间，则输出部分红灯亮而绿灯灭；如果输入信号表明此时为黄灯显示时间，则输出部分红等绿灯都需要点亮；如果输入信号表明此时为红灯闪烁，则还需借助2Hz的时钟信号，当时钟为高电平，绿灯灭；反之则绿灯亮。

对于数码管部分，以主干道交通灯为例，输入有二十四进制计数器的输出和2位时钟信号，因为主干道交通灯倒计时的状态仅仅与当前处在24个状态的哪一个相关。

数码管采用扫描方式，因为最多需要同时显示四位，则需要2位不同频率的高频的时钟信号。

举例来说，当2种信号都为高电平是，则显示个位数据，同时选定第一个数码管，以此类推。

最后对于本次实验暂不使用的二极管接上高电平使其熄灭。

2、程序清单：

24进制计数器count3.tdf

subdesign count3

（

clk:

input;

q[4..0]:

output;

）

variable

count[4..0]:

dff;

begin

count[].clk=clk;

if count[].q==23 then count[].d=0;

else count[].d=count[].q+1;

end if;

q[]=count[];

end;

中央处理模块 main.tdf

subdesign main

（

incount[4..0]:

input;

state[2..0]:

output;

out1[3..0]:

output;

out2[3..0]:

output;

out3[3..0]:

output;

out4[3..0]:

output;

tringle:

output;

digselect1:

output;%总共要点亮四个数码管，两个作为主干道，两个作为支干道%

digselect2:

output;

）

begin 

table

incount[4..0]=>state[2..0],out1[3..0],out2[3..0],out3[3..0],out4[3..0],tringle,digselect1,digselect2;

h"0"=>1,h"0",h"7",h"1",h"2",0,1,1;

h"1"=>1,h"0",h"6",h"1",h"1",0,1,1;

h"2"=>1,h"0",h"5",h"1",h"0",0,1,1;

h"3"=>1,h"0",h"4",h"0",h"9",0,1,1;

h"4"=>1,h"0",h"3",h"0",h"8",0,1,1;

h"5"=>1,h"0",h"2",h"0",h"7",0,1,1;

h"6"=>1,h"0",h"1",h"0",h"6",0,1,1;

h"7"=>1,h"0",h"0",h"0",h"5",0,1,1;

h"8"=>2,h"0",h"0",h"0",h"4",1,0,1;%主干道绿灯开始闪烁%

h"9"=>2,h"0",h"0",h"0",h"3",1,0,1;

h"A"=>2,h"0",h"0",h"0",h"2",1,0,1;

h"B"=>3,h"0",h"0",h"0",h"1",0,0,1;%黄灯亮%

h"C"=>3,h"0",h"0",h"0",h"0",0,0,1;

h"D"=>4,h"1",h"0",h"0",h"5",0,1,1;%主干道红灯亮%

h"E"=>4,h"0",h"9",h"0",h"4",0,1,1;

h"f"=>4,h"0",h"8",h"0",h"3",0,1,1;

h"10"=>4,h"0",h"7",h"0",h"2",0,1,1;

h"11"=>4,h"0",h"6",h"0",h"1",0,1,1;

h"12"=>4,h"0",h"5",h"0",h"0",0,1,1;

h"13"=>5,h"0",h"4",h"0",h"0",1,1,0;

h"14"=>5,h"0",h"3",h"0",h"0",1,1,0;

h"15"=>5,h"0",h"2",h"0",h"0",1,1,0;

h"16"=>6,h"0",h"1",h"0",h"0",0,1,0;

h"17"=>6,h"0",h"0",h"0",h"0",0,1,0;

end table;

end;

数码管编码模块 digselector.tdf

subdesign digselector

（

digselect1:

input;%主干道交通灯显示使能信号%

digselect2:

input;%支干道交通灯显示使能信号%

clk:

input;%时钟输入%

    clk1:

input;

digin1[3..0]:

input;%主干道十位数字%

digin2[3..0]:

input;%主干道各位数字%

digin3[3..0]:

input;%支干道十位数字%

digin4[3..0]:

input;%支干道个位数字%

out[3..0]:

output;%四个数码管的使能输入%

digout1[3..0]:

output;%主干道的数字输入%

）

begin

if !

clk and !

clk1 and digselect1 then 

   out[0]=vcc;digout1[3..0] = digin1[3..0];

elsif !

clk and clk1 and digselect1 then 

   out[1]=vcc;digout1[3..0] = digin2[3..0];

elsif clk and !

clk1 and digselect2 then 

   out[2]=vcc;digout1[3..0] = digin3[3..0];

elsif clk and clk1 and digselect2 then

   out[3]=vcc;digout1[3..0] = digin4[3..0];    

end if;

end;

8段译码器：

7segment.tdf

subdesign 7segment

（

i[3..0]:

input;

a,b,c,d,e,f,g,h:

output;

）

begin

table

i[3..0]=>a,b,c,d,e,f,g,h;

h"0"=>0,0,0,0,0,0,1,1;

h"1"=>1,0,0,1,1,1,1,1;

h"2"=>0,0,1,0,0,1,0,1;

h"3"=>0,0,0,0,1,1,0,1;

h"4"=>1,0,0,1,1,0,0,1;

h"5"=>0,1,0,0,1,0,0,1;

h"6"=>0,1,0,0,0,0,0,1;

h"7"=>0,0,0,1,1,1,1,1;

h"8"=>0,0,0,0,0,0,0,1;

h"9"=>0,0,0,0,1,0,0,1;

end table;

end;

点阵显示编码模块 state.tdf

subdesign state

（

instate[2..0]:

input;

inputclk[2..0]:

input;

row[8..1]:

output;

outstate[16..1]:

output;

green:

output;

red:

output;

）

begin

case instate[] is

when 1 =>

table

inputclk[2..0]=>row[8..1],outstate[16..1],green,red;%第一个状态,主干道绿灯亮，支干道红灯亮%

h"0"=>h"1",h"ffff",0,0;

h"1"=>h"2",h"fffb",0,1;

h"2"=>h"4",h"ffff",0,0;

h"3"=>h"8",h"ffdd",1,0;

h"4"=>h"10",h"ffff",0,0;

h"5"=>h"20",h"fffb",0,1;

h"6"=>h"40",h"ffff",0,0;

h"7"=>h"80",h"ffff",0,0;

end table;

when 2 =>

table

inputclk[2..0]=>row[8..1],outstate[16..1],green,red;%第二个状态，主干道绿灯闪烁，支干道红灯亮%

h"0"=>h"1",h"ffff",0,0;

h"1"=>h"2",h"fffb",0,1;

h"2"=>h"4",h"ffff",0,0;

h"3"=>h"8",h"ffdd",1,0;

h"4"=>h"10",h"ffff",0,0;

h"5"=>h"20",h"fffb",0,1;

h"6"=>h"40",h"ffff",0,0;

h"7"=>h"80",h"ffff",0,0;

end table;

when 3 =>

table

inputclk[2..0]=>row[8..1],outstate[16..1],green,red;%第三个状态，主干道黄灯亮，支干道红灯亮%

h"0"=>h"1",h"ffff",0,0;

h"1"=>h"2",h"fffb",0,1;

h"2"=>h"4",h"ffdd",1,1;

h"3"=>h"8",h"ffff",0,0;

h"4"=>h"10",h"ffff",0,0;

h"5"=>h"20",h"fffb",0,1;

h"6"=>h"40",h"ffff",0,0;

h"7"=>h"80",h"ffff",0,0;

end table;

when 4=>

table

inputclk[2..0]=>row[8..1],outstate[16..1],green,red;%第四个状态，主干道红灯亮，支干道绿灯亮%

h"0"=>h"1",h"ffff",0,0;

h"1"=>h"2",h"fff7",1,0;

h"2"=>h"4",h"ffff",0,0;

h"3"=>h"8",h"ffff",0,0;

h"4"=>h"10",h"ffdd",0,1;

h"5"=>h"20",h"fff7",1,0;

h"6"=>h"40",h"ffff",0,0;

h"7"=>h"80",h"ffff",0,0;

end table;

when 5=>

table

inputclk[2..0]=>row[8..1],outstate[16..1],green,red;%第五个状态，主干道红灯亮，支干道绿灯闪烁.%

h"0"=>h"1",h"ffff",0,0;

h"1"=>h"2",h"fff7",1,0;

h"2"=>h"4",h"ffff",0,0;

h"3"=>h"8",h"ffff",0,0;

h"4"=>h"10",h"ffdd",0,1;

h"5"=>h"20",h"fff7",1,0;

h"6"=>h"40",h"ffff",0,0;

h"7"=>h"80",h"ffff",0,0;

end table;

when 6=>

table

inputclk[2..0]=>row[8..1],outstate[16..1],green,red;%第六个状态，主干道红灯亮，支干道黄灯亮%

h"0"=>h"1",h"ffff",0,0;

h"1"=>h"2",h"ffef",1,1;

h"2"=>h"4",h"ffff",0,0;

h"3"=>h"8",h"ffff",0,0;

h"4"=>h"10",h"ffdd",0,1;

h"5"=>h"20",h"ffef",1,1;

h"6"=>h"40",h"ffff",0,0;

h"7"=>h"80",h"ffff",0,0;

end table;

end case;

end;

输出模块 expand.tdf

subdesign expand

（

instate[16..1]:

input;

green:

input;

red:

input;

tringle:

input;

inputclk:

input;   %用来闪烁%

dataout1[16..1]:

output;%输出红色%

dataout2[16..1]:

output;%输出绿色%

）

begin

if tringle and green and !

red and inputclk then  dataout1[16..1]=h"ffff";

      dataout2[16..1]=instate[16..1];

elsif tringle and green and !

red and !

inputclk then dataout1[16..1]=h"ffff";

                            dataout2[16..1]=h"ffff";

elsif tringle and !

green and red then dataout1[16..1]=instate[16..1];

 dataout2[16..1]=h"ffff";

elsif tringle and !

green and !

red then dataout1[16..1]=h"ffff";

dataout2[16..1]=h"ffff";

elsif !

tringle and green and !

red then dataout1[16..1]=h"ffff";

                           dataout2[16..1]=instate[16..1];

elsif !

tringle and !

green and red then dataout1[16..1]=instate[16..1];

  dataout2[16..1]=h"ffff";

elsif !

tringle and green and red then dataout1[16..1]=instate[16..1];

 dataout2[16..1]=instate[16..1];

elsif !

tringle and!

green and !

red then dataout1[16..1]=h"ffff";

   dataout2[16..1]=h"ffff";

end if;

end;3、顶层逻辑设计图（管脚未锁定）

五、调试过程

应该说调试过程中遇到的最大困难就是让四位数码管正常显示了。

虽然在之前的实验二中有遇到过数码管，但当时只是随着教材依样画葫芦，一知半解，范例也相对简单，只要显示两位即可。

当时自己第一遍做的数码管也只能简单显示两位数字，一用上四位，立刻就乱套了，只有在主/支干道上亮黄灯即单独显示两位数字才正确。

通过一遍又一遍翻阅教材，在了解数码管扫描显示方式后，我明白了只有一位高频时钟信号对于显示4位数字是不够的。

所以我加了频率相近的高频时钟信号，使得在短时期内能顺利扫描4位。

之后的调试结果十分顺利，包括点阵的显示。

虽然在编译过程中，遇到错误，但基本能按照系统提示及时找到错误的根源并改正。

六、实验心得

在数字电路实验课上，我们学习了运用AHDL语言进行简单的逻辑器件编程，并对其语法、功能、应用范围以及其与软件之间的关系有了初步的了解。

俗话说，师傅领进门，修行在自身。

相比实验教材上的三个验证性实验，大作业要求的设计部分有一定难度。

考虑到想进一步提升对LED、点阵以及数码管的运用，我选择了实验四——十字路口交通管理信号灯的控制。

实验的基本要求与增强功能在此不在赘述。

虽然在实践中碰了不少壁，走了许多弯路，但回过头来，觉得收益颇多，不论是纠错能力还是思维的严密性。

是实践出真知，对于工科学生，在求学阶段多动手，多思考，哪怕是多遇到点困难也是非常重要的。