实验报告Word文件下载.docx
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第一章任务要求
1.1简要说明............................................3
1.2任务和要求...........................................3
1.3实验目的.............................................3
第二章总体框图分析及电路图
2.1总体框图............................................4
2.2分析说明............................................4
2.3电路图..............................................5
第三章单元电路设计及分析
3.1分频器的设计及分析..................................6
3.2计数器的设计及分析..................................7
3.3控制器的设计及分析..................................8
3.4分位电路的设计及分析...............................11
3.5七段显示译码器的设计及分析.........................12
第四章总体分析及波形显示
4.1总体分析...........................................14
4.2波形显示及说明.....................................17
第五章学习心得及参考文献
5.1学习心得...........................................18
5.2参考文献...........................................18
1.1简要说明
交通灯用一指挥车辆和行人有序地通行.其中,当红灯亮时,表示该条道路禁止通行;
黄灯亮时,表示停车;
绿灯亮时,表示可以通行.倒计时显示器用来显示允许通行或禁止通行的时间.交通灯控制器就是用来自动控制十字路口的交通灯和计时器,指挥各种车辆和行人安全通行.
1.2任务和要求
在十字路口的2个方向上各设置一组红、绿、黄灯，显示顺
序为其中一个方向是绿灯、黄灯、红灯，另一方向是红灯、绿灯、黄灯。
设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行的时间，其中绿灯、黄灯、红灯的时间分别为20s,5s和25s。
在各条路上任意一条出现特殊情况，如110、119、120灯紧急车通过时，需要优先放行，所以所有的灯必须全部置红灯。
倒计时停止且闪烁。
当特殊情况结束后，控制器恢复原来状态。
继续正常运行。
1.3实验目的
具备用VHDL语言设计数字小系统的能力，熟悉开发环境，掌握计数器、控制器、分频器等一些基本器件的VHDL语言描述。
2.1总体框图
计数值与交通灯的关系图
2.2分析说明
从总体框图里很明显可以看出计数器和控制器是核心器件。
由于我用的是Quartus2软件仿真，所以频率无法给的太小，如果给的太小会导致仿真时间很慢，几乎等不出来。
用此频率我们可以通过显示译码管从仿真波形中看出结果。
通过译码器可以让结果在显示译码管中清楚看到。
此交通灯控制器也可用状态机实现，但由于我是初学者，故选用了相对简便的方法。
2.3电路图
3.1分频器的设计及分析
程序清单如下：
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYDIV10IS
PORT（CLK:
INSTD_LOGIC;
CLKOUT:
OUTSTD_LOGIC）;
END;
ARCHITECTUREONEOFDIV10IS
SIGNALCOUNTER:
STD_LOGIC_VECTOR（2DOWNTO0）;
SIGNALCLK_TEMP:
STD_LOGIC;
BEGIN
PROCESS（CLK）
BEGIN
IF（CLK'
EVENTANDCLK='
1'
）THEN
IF（COUNTER="
100"
）THEN
COUNTER<
=（OTHERS=>
'
0'
）;
CLK_TEMP<
=NOTCLK_TEMP;
ELSECOUNTER<
=COUNTER+1;
ENDIF;
ENDPROCESS;
CLKOUT<
=CLK_TEMP;
波形为：
分析及说明：
上升沿触发的偶数分频器（10分频），5000KHz的频率送给显示译码器，500KHz的频率则送给计数器。
3.2计数器设计及分析
ENTITYCNT50IS
PORT（CLOCK,RESET,HOLD:
CNTNUM:
BUFFERINTEGERRANGE0TO49）;
ARCHITECTUREONEOFCNT50IS
PROCESS（RESET,CLOCK）
IFRESET='
THEN
CNTNUM<
=0;
ELSIFRISING_EDGE（CLOCK）THEN
IFHOLD='
THEN
=CNTNUM;
ELSE
IFCNTNUM=49THEN
ELSECNTNUM<
=CNTNUM+1;
END；
波形图为：
计数器的主要作用是查看红灯、绿灯、黄灯的持续时间，可通过显示管看出结果。
其中“HOLD”的作用是使计数器停止计数，“RESET”的作用是置数。
上升沿有效的计数器。
3.3控制器的设计及说明
ENTITYCONTROLLERIS
PORT（CLOCK,HOLD:
ININTEGERRANGE0TO49;
NUMA,NUMB:
OUTINTEGERRANGE0TO25;
REDA,GREENA,YELLOWA,REDB,GREENB,YELLOWB:
OUTSTD_LOGIC;
FLASH:
ARCHITECTUREONEOFCONTROLLERIS
PROCESS（CLOCK）
IFFALLING_EDGE（CLOCK）THEN
REDA<
='
;
REDB<
GREENA<
GREENB<
YELLOWA<
YELLOWB<
FLASH<
IFCNTNUM<
=19THEN
NUMA<
=20-CNTNUM;
ELSIF（CNTNUM<
=24）THEN
=25-CNTNUM;
=50-CNTNUM;
=24THEN
NUMB<
ELSIFCNTNUM<
=44THEN
=45-CNTNUM;
ELSE
END;
分析说明：
控制器的主要作用是驱动发光二极管的亮与灭，还有就是绿灯、红灯、黄灯亮的时间及数码管的显示。
其中的“HOLD”为‘1’时。
计数器停止计数，红灯全亮。
由于使用IF语句较容易实现。
3.4分位电路的设计及说明
ENTITYFENWEIIS
PORT
（NUMIN:
ININTEGERRANGE0TO25;
OUTINTEGERRANGE0TO9）;
ARCHITECTUREONEOFFENWEIIS
PROCESS（NUMIN）
IFNUMIN>
=20THEN
=2;
=NUMIN-20;
ELSIFNUMIN>
=10THEN
=1;
=NUMIN-10;
=NUMIN;
分位电路的作用是将一个10进制的数分开为2位到2个显示译码管上。
3.5七段显示译码器的设计及分析
ENTITYDISPLAYIS
（CLOCK,FLASH:
QIN:
ININTEGERRANGE0TO15;
DISPLAY:
OUTINTEGERRANGE0TO127）;
ARCHITECTUREONEOFDISPLAYIS
SIGNALTIMEOUT:
INTEGERRANGE0TO63;
IFRISING_EDGE（CLOCK）THEN
IF（FLASH='
TIMEOUT<
IF（TIMEOUT=63）THEN
=TIMEOUT+1;
IF（TIMEOUT<
31）THEN
CASEQINIS
WHEN0=>
DISPLAY<
=126;
WHEN1=>
=48;
WHEN2=>
=109;
WHEN3=>
=121;
WHEN4=>
=51;
WHEN5=>
=91;
WHEN6=>
=31;
WHEN7=>
=112;
WHEN8=>
=127;
WHEN9=>
=115;
WHENOTHERS=>
ENDCASE;
DISPLAY<
波形图如下：
显示译码管的作用就是看红、绿、黄灯的时间是否满足设计要求。
用4个显示译码管分别显示东西和南北的时间。
在此先验证一个译码管的功能是否正确。
第四章总体程序分析及波形演示
4.1总体分析
ENTITYOKIS
PORT（Clk,Reset,Hold:
instd_logic;
RedA,GreenA,YellowA,RedB,GreenB,YellowB:
outstd_logic;
DisplayA,DisplayB,DisplayC,DisplayD:
outINTEGERRANGE0TO127;
Q3,Q2,Q1,Q0:
OUTINTEGERRANGE0TO24）;
end;
architectureoneofOKis
componentDIV10is
port（CLK:
outstd_logic）;
endcomponentDIV10;
componentCNT50IS
ENDCOMPONENT;
COMPONENTCONTROLLERIS
PORT（CLOCK,HOLD:
COMPONENTFENWEIIS
PORT
COMPONENTDISPLAYIS
SIGNALC:
SIGNALF:
SIGNALP:
INTEGERRANGE0TO49;
SIGNALNumA,NumB:
INTEGERRANGE0TO25;
SIGNALQA,QB,QC,QD:
INTEGERRANGE0TO15;
begin
u8:
div10portmap（CLK=>
Clk,CLKOUT=>
C）;
u0:
CNT50portmap（CLOCK=>
C,HOLD=>
Hold,RESET=>
Reset,CNTNUM=>
P）;
u1:
CONTROLLERportmap（CLOCK=>
Hold,CNTNUM=>
P,REDA=>
RedA,GREENA=>
GreenA,YELLOWA=>
YellowA,REDB=>
RedB,GREENB=>
GreenB,YELLOWB=>
YellowB,NUMA=>
NumA,NUMB=>
NumB,FLASH=>
F）;
u2:
FENWEIPORTMAP（NUMIN=>
NumA,NUMA=>
QA,NUMB=>
QB）;
u3:
DISPLAYPORTMAP（CLOCK=>
Clk,FLASH=>
F,QIN=>
QA,DISPLAY=>
DisplayA）;
u4:
QB,DISPLAY=>
DisplayB）;
u5:
NumB,NUMA=>
QC,NUMB=>
QD）;
u6:
QC,DISPLAY=>
DisplayC）;
u7:
QD,DISPLAY=>
DisplayD）;
U9:
Q0,NUMB=>
Q1）;
U10:
Q2,NUMB=>
Q3）;
4.2波形显示及说明：
这个程序的作用是将各个模块连接起来，达到实现交通灯的功能，由于有2个路口，所以用到了2个分位电路和4个显示译码管。
由于看仿真波形中的显示译码管的输出值不好看，所以我从分位电路中又拉出4条线，用十进制显示，这样从仿真波形中可以很容易看出结果是否正确。
其中“HOLD”是发生突发情况，红灯全亮，“RESET”是计数器置数，由人为手动给计数器一个数。
我所有的程序中输出量我都用的都是十进制定义的。
这样可以在程序中很多语句可以很容易实现，语句可以容易读的很多。
5.1学习心得
在做这个课题前，我还尝试过其他数字小系统，但由于其中有很多语句和定义方法没有学过，所以选择了比较简单的交通灯控制器，
但在做这个作业中，也出现了很多错误，有很多错误自己检查出，但也有很多错误经过老师的知道才查出来。
从中我也学习了很多知识，
我在得到老师的许可下，用实验箱进行了验证结果，结果正确。
才开始学习VHDL语言时，前面有好多课没有听，但当学习程序编译时，我开始认真听了，因为我感觉自己突然喜欢上了这门课，我能自己做出一道题目时，心理会很开心，于是我到图书馆借了许多关于这方面的书，争取将一些最基本的器件能够独立的用VHDL语言编写。
我们现在学的还是VHDL语言的一些基础知识，我翻阅一些图书时，我发现有很多语句和定义方式我没有见过。
但老师说只需要掌握35%的VHDL语句就可以做90%以上的VHDL程序，所以现在我不段的学习我们学习过的一些基本语句。
EDA是一门数字电路器件的描述语言，用语言编写能够使得功能更加全面，可移植性很强。
我想在我们做毕业设计时还会用到这门课的知识，所以我还会继续深入学习。
遇到不会的地方还希望老师能给我解释。
我在这学期还有一个打算，就是在做一个数字小系统，让自己的知识更加全面。
5.2参考文献
书名：
〈〈VHDL入门解惑经典实例经验总结〉〉
作者：
黄任
出版社：
北京航空航天大学出版社
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