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eda实验报告西电
《数字逻辑与系统设计》实验报告
目录
一、设计任务与要求2
二、流程图与示意图3
三、设计思路及原理图4
1、原理图4
2、总体思路4
3、状态转移图5
四、设计实现6
1、程序6
2、仿真波形10
3、引脚分配11
4、程序下载12
五、总结13
一、设计任务与要求
设计一个十字路口交通控制系统，其东西，南北两个方向除了有红、黄、绿灯指示是否允许通行外，还设有时钟，以倒计时方式显示每一路允许通行的时间，绿灯，黄灯，红灯的持续时间分别是40、5和45秒。
当东西或南北两路中任一道上出现特殊情况，例如有消防车，警车要去执行任务，此时交通控制系统应可由交警手动控制立即进入特殊运行状态，即两条道上的所有车辆皆停止通行，红灯全亮，时钟停止计时，且其数字在闪烁。
当特殊运行状态结束后，管理系统恢复原来的状态，继续正常运行。
二、流程图与示意图
三、设计思路及原理图
1、原理图
2、总体思路
本设计主要有两种模块，一种控制红黄绿灯的变化，数目为1，即JiaoTongDeng。
另一种控制各种颜色灯的倒计时计数显示，数目为2个分别m45和m45_2。
时钟接入实验箱上所提供的1Hz外部时钟。
其中灯的控制模块采用VHDL设计，分为计数、状态转移和输出三个进程。
其中5个状态分别为:
S4:
1红亮1红亮（紧急）
S0:
1绿亮2红亮（40s）
S1:
1黄亮2红亮（5s）
S2:
1红亮2绿亮（40s）
S3:
1红亮2黄亮（5s）
使能位为1时，灯在S0-S3之间转移；使能位为0时，即紧急状态时，状态转为S4，同时程序保存此时的状态，待紧急状态解除后，恢复进入紧急状态时的状态。
M45计数器模块负责控制两个倒数计时器的工作，用VHDL实现。
原理为每个方向的交通灯计时为三个状态绿（40s）→黄（5s）→红（45s）循环。
所以在内部用状态的转移为计数器分别循环置数为39、4、44。
实现循环计数39~0、4~0、44~0。
本设计中两个M45计数器的区别仅在于一个从绿灯状态开始，一个从红灯状态开始，由于状态为循环，所以其他部分相同。
进入紧急状态时，两路都为红灯闪烁，同时计数器在“00”和”FF”两个状态闪烁。
推出紧急状态后，恢复进入紧急状态时的状态和计数。
状态的恢复通过临时储存状态的两个变量tempL和tempH实现。
具体实现见代码。
3、状态转移图
四、设计实现
1、程序
------------------------JiaoTongDeng.vhd------------------------
-------------------用于实现红黄绿灯的控制-----------------
libraryieee;
useieee.std_logic_unsigned.all;
useieee.std_logic_1164.all;
entityJiaoTongDengis
port（
clk:
instd_logic;
en:
instd_logic;
red1,red2:
outstd_logic;
yellow1,yellow2:
outstd_logic;
green1,green2:
outstd_logic
）;
endJiaoTongDeng;
architectureoneofJiaoTongDengis
typestateis（s0,s1,s2,s3,s4）;--5个状态
signalstate_now:
state:
=s0;--当前状态，初始化为s0
signalcount:
integer:
=0;--计数变量
begin
--计数进程
counter:
process（clk）begin
if（clk'eventandclk='1'）then–时钟上升沿
if（en='1'）then
if（count<90）then--实现1-90循环模90计数
count<=count+1;
else
count<=1;
endif;
endif;
endif;
endprocess;
--状态转移进程
state_trans:
process（count）begin
if（clk'eventandclk='1'）then
casestate_nowis--根据当前状态按顺序进行转换，en为0时进入紧急
whens0=>
if（en='1'）then
if（count>39）then
state_now<=s1;
endif;
else
state_now<=s4;
endif;
whens1=>
if（en='1'）then
if（count>44）then
state_now<=s2;
endif;
else
state_now<=s4;
endif;
whens2=>
if（en='1'）then
if（count>84）then
state_now<=s3;
endif;
else
state_now<=s4;
endif;
whens3=>
if（en='1'）then
if（count>89）then
state_now<=s0;
endif;
else
state_now<=s4;
endif;
whens4=>
if（en='1'）then
if（count<39）then
state_now<=s0;
elsif（count<44）then
state_now<=s1;
elsif（count<84）then
state_now<=s2;
elsif（count<89）then
state_now<=s3;
endif;
else
state_now<=s4;
endif;
endcase;
endif;
endprocess;
--output进程把对应状态的绿红黄灯输出
output:
process（clk）begin
casestate_nowis
whens0=>
red1<='0';red2<='1';
green1<='1';green2<='0';
yellow1<='0';yellow2<='0';
whens1=>
red1<='0';red2<='1';
green1<='0';green2<='0';
yellow1<='1';yellow2<='0';
whens2=>
red1<='1';red2<='0';
green1<='0';green2<='1';
yellow1<='0';yellow2<='0';
whens3=>
red1<='1';red2<='0';
green1<='0';green2<='0';
yellow1<='0';yellow2<='1';
whens4=>
red1<='1';red2<='1';
green1<='0';green2<='0';
yellow1<='0';yellow2<='0';
endcase;
endprocess;
endone;
-------------------------------m45.vhd------------------------------
-------------用于实现单方向的计数器显示控制-----------
libraryieee;
useieee.std_logic_unsigned.all;
useieee.std_logic_1164.all;
entitym45is
port（
clk:
instd_logic;
en:
instd_logic;
numH,numL:
outstd_logic_vector（3downto0）
）;
endm45;
architectureoneofm45is
signaltempL,tempH:
std_logic_vector（3downto0）;--紧急状态时储存当前状态
signalcountL:
std_logic_vector（3downto0）:
="0000";
signalcountH:
std_logic_vector（3downto0）:
="0000";
signalflag:
std_logic:
='0';--是否为紧急状态标志
signalyellow_flag:
std_logic_vector（1downto0）:
="00";--用于记录状态
--另一程序m45_2.vhd仅在此处的初始化不一样，为“10”，其他代码相同
begin
process（clk）begin
if（clk'eventandclk='1'）then
if（en='1'）then--判断是否紧急，1为正常状态
if（flag='1'）then
--若flag为1，说明刚刚恢复正常，需要从tempL和tempH恢复
flag<='0';
if（tempL="0000"）then
countL<="0100";
else
countL<=tempL-1;
endif;
countH<=tempH;
elsif（countL=0andcountH=0）then
--若高地位都变为0，则进行下一个状态的置数
if（yellow_flag="00"）then—绿灯，置数39
countL<="1001";
countH<="0011";
yellow_flag<="01";
elsif（yellow_flag="01"）then—黄灯，置数4
countL<="0100";
countH<="0000";
yellow_flag<="10";
else—红灯，置数44
countL<="0100";
countH<="0100";
yellow_flag<="00";
endif;
elsif（countL=0）then--仅低位到0，高位减1，低位置为9
countL<="1001";
countH<=countH-1;
else
countL<=countL-1;
endif;
elsif（en='0'）then--en若为0，则为紧急状态
if（flag='0'）then--flag为0则刚转入紧急状态，保存进入前状态
flag<='1';
tempL<=countL;
tempH<=countH;
countL<="0000";
countH<="0000";
else--flag为1则数码管在”00”和”FF”间闪烁
countL<=notcountL;--进行取反操作即可
countH<=notcountH;
endif;
endif;
endif;
endprocess;
numL<=countL;
numH<=countH;
endone;
2、仿真波形
正常情况下
进入紧急状态与恢复正常状态
3、引脚分配
4、程序下载
1、按引脚分配将所用引脚与对应输出连接起来。
2、连接下载器，选择Tools-Programmer，在HardwareSetup中指定好下载器，然后点击Start下载。
3、下载成功后，观察程序实际运行情况。
五、总结
根据仿真与实际下载观察，本实验设计的十字路口交通灯自动控制器设计运行良好，能够实现东西，南北两个方向红、黄、绿灯以及时钟倒计时的控制。
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