数字系统课程设计-交通灯控制器实验报告

./交通灯控制器——数字系统设计报告：学号：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QuartusII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VerilogHDL实现交通灯控制器。该课题的具体容及要求如下：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VerilogHDL语言进行设计编程,利用CycloneEP1C6Q240C8芯片和一些外围器件组成硬件电路,利用QUARTUSII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CycloneEP1C6Q240C8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：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,实现交通灯控制的主要功能。源程序：moduletraffic1<CLK,rst,c,LAMPA,LAMPB,TAH,TAL,TBH,TBL>;output[3:0]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output[2:0]LAMPA,LAMPB;//从高位到低位分别表示红,黄,绿inputCLK,rst,c;reg[7:0]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=1reg[3:0]TAH,TAL,TBH,TBL;reg[2:0]LAMPA,LAMPB;always<posedgeCLKorposedgerst>//该进程控制主道方向的四种灯beginif<rst>//重置beginLAMPA=1;LAMPB=4;//重置情况视乡村道路无车,主干道一直通行numa=8'b00100000;//主干道计时20秒numb=8'b00100101;//乡村道路计时25秒endelsebeginif<LAMPA==1>//主干道绿灯亮beginif<numa==1&&c==0&&s1>//主干道最短通车时间已到,但乡村道路没车beginnuma=1;//倒计时停在1秒LAMPA=1;//保持在主干道绿灯endelseif<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=8'b00000110;//为了配合时钟设置为6秒endelsebeginif<numa[3:0]==0&&numa[7:4]>//逢十时 begin numa[3:0]=9;numa[7:4]=numa[7:4]-1; end else if<numa[7:0]&&numa[3:0]> begin numa[3:0]=numa[3:0]-1; end if<numa==0> begin//主干道变黄灯倒计时变成5秒LAMPA=2;numa=8'b00000110;//为了配合时钟设置为6秒endend endif<LAMPA==2>//假如主干道是黄灯beginif<numa[3:0]==0&&numa[7:4]>//开始主干道黄灯的倒计时 begin numa[3:0]=9;numa[7:4]=numa[7:4]-1; end else if<numa[7:0]&&numa[3:0]> begin numa[3:0]=numa[3:0]-1; endif<numa[7:0]==0>//黄灯倒计时时间到beginif<c>//乡村道路有车begin//主干道变红灯,倒计时变成16秒LAMPA=4;numa=8'b00010111;//为了配合时钟设置为17秒endelseif<!c>begins1=1;LAMPA=1;numa=8'b00000001;//主干道计时1秒endendendif<LAMPA==4&&c>//假如主干道是红灯并且乡村道路有车beginif<numa[3:0]==0&&numa[7:4]>//开始主干道红灯的倒计时 begin numa[3:0]=9;numa[7:4]=numa[7:4]-1; end elseif<numa[7:0]&&numa[3:0]> begin numa[3:0]=numa[3:0]-1; endif<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=8'b00100000;endendif<LAMPA==4&&!c&&numa>5>//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=8'b00000110;endif<LAMPA==4&&!c&&numa<7>beginif<numa[3:0]==0&&numa[7:4]>//开始主干道5秒的倒计时 begin numa[3:0]=9;numa[7:4]=numa[7:4]-1; end elseif<numa[7:0]&&numa[3:0]> begin numa[3:0]=numa[3:0]-1; endif<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=8'b00100000;endendif<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>beginnumb=5;s2=0;endelsebeginif<numb[3:0]==0&&numb[7:4]>//逢十时 begin numb[3:0]=9;numb[7:4]=numb[7:4]-1; end else if<numb&&numb[3:0]> begin numb[3:0]=numb[3:0]-1; endif<numb==0>//红灯时间到beginif<c>begin//乡村道路变绿灯,倒计时变11秒LAMPB=1;numb=8'b00010010;endelseif<!c>beginLAMPB=4;numb=8'b00000001;//乡村道路计时1s2=1;//s置为1；endendendendif<LAMPB==1&&c>//假如乡村道路是绿灯并且乡村道路有车并且倒计时大于五秒beginif<numb[3:0]==0&&numb[7:4]>//开始乡村道路绿灯的倒计时 begin numb[3:0]=9;numb[7:4]=numb[7:4]-1; end else if<numb&&numb[3:0]> begin numb[3:0]=numb[3:0]-1; endif<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=8'b00000110;endendif<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,倒计时变成5秒LAMPB=2;numb=8'b00000110;endif<LAMPB==2>//假如乡村道路是黄灯beginif<numb[3:0]==0&&numb[7:4]>//开始乡村道路黄灯的倒计时 begin numb[3:0]=9;numb[7:4]=numb[7:4]-1; end else if<numb&&numb[3:0]> begin numb[3:0]=numb[3:0]-1; endif<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=8'b00100101;endendendTAH=numa[7:4];TAL=numa[3:0];TBH=numb[7:4];TBL=numb[3:0];endendmodule仿真结果：对该模块进行仿真,考虑各种情况,结果如下：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。乡村道路开始没车,T时间后〔T<25秒有车来：从图中可以看出主干道绿灯20秒后变成黄灯,5秒后变成红灯,16秒后又变成绿灯,乡村道路红灯25秒后变成绿灯,11秒后变成黄灯,5秒后又变成红灯。符合设计要求。3乡村道路开始没车,T时间后〔T>25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,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：moduledecode4_7<decodeout,indec>;output[7:0]decodeout;input[3:0]indec;reg[7:0]decodeout;always<indec>begincase<indec>//用case语句进行译码,小数点始终不亮4'd0:decodeout=8'b00000011;4'd1:decodeout=8'b10011111;4'd2:decodeout=8'b00100101;4'd3:decodeout=8'b00001101;4'd4:decodeout=8'b10011001;4'd5:decodeout=8'b01001001;4'd6:decodeout=8'b01000001;4'd7:decodeout=8'b00011111;4'd8:decodeout=8'b00000001;4'd9:decodeout=8'b00001001;default:decodeout=8'bx;endcaseendendmodule仿真结果：从图中可以看到输入0~9,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：moduleblk1<clk,set,out>;inputclk,set;//基频与使能outputout;//分频后的输出regout;reg[23:0]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<posedgeclk> begin if<set> begin count1=1000000;//实际下载时改成500000,方便看到结果count1=count1-1; count2=0; out=0; end else begin if<count2<count1> begin count2=count2+1; end else begin out=~out; co