实验五 交通灯实验.docx
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实验五交通灯实验
南昌大学实验报告
学生姓名：
学号：
6100210173专业班级：
中兴101班
实验类型：
□验证□综合■设计□创新实验日期：
2012
实验五十字路口交通灯控制器设计
一、实验目的
1）熟悉状态机的使用；
2）熟悉多进程程序设计；
3）熟悉实验设备和软件，掌握实验操作。
二、实验内容和要求
1、一条主干道，一条乡间公路。
组成十字路口，要求优先保证主干道通行。
有MR（主红）、MY（主黄）、MG（主绿）、BR（乡红）、BY（乡黄）、BG（乡绿）六盏交通灯需要控制；交通灯由绿→红有5秒黄灯亮的间隔时间，由红→绿没有间隔时间；系统有MRBY、MRBG、MYBR、MGBR四个状态；
2、乡间公路右侧埋有一个传感器，当有车辆通过乡间公路时，发出请求信号SB=1，
余时间S=0；主干道也有一个，当有车经过的时候，发出请求信号SM=1;
3、平时系统停留在MGBR（主干道通行）状态，一旦SB信号有效，经MYBR（黄灯状态）转入MRBG（乡间公路通行）状态，但要保证MGBR的状态不得短于45s；一旦SB信号无效，系统脱离MRBG状态。
随即经MRBY（黄灯状态）进入MGBR状态，即使SB信号一直有效，MRBG状态也不得长于25秒钟。
三、设计思想
1、程序部共分为五大模块
1、五秒倒计时
2、二十五秒倒计时
3、四十五秒倒计时
4、状态机设计
5、数码管选择并分配
其中有一个问题，计时时钟和数码管选择不能使用一个时钟，因为数码管选择需要很高频率的时钟，而计时时钟需要1HZ时钟，因此在结构体中还有一个进程，用于把CLKS数码管选择时钟分频后得到CLK，把它用于计时时钟。
2、程序设计所要达到的效果
开始，SM=0、SB=0，处于主绿从红的状态，且这时数码管不计数。
若SM=1（主有车）、SB=0（从无车），状态不变；若SM=0、SB=1，此时主干道由绿变黄再变红，而从干道待主干道变红时即变绿；若SM=1、SB=1，此时数码管进行45s倒计时后，转入主黄从红的状态，计时5s后转入主红从绿的状态，计时25s后，在转入主红从黄的状态，最后计时5s后又从新回到主绿从黄的状态。
若在状态进行转换的时候SM、SB的状态发生了变化，即按上述SM、SB如何变化进行状态转换。
3、状态转移图如下（仅当SM=1时）
SB=0C<5
SB=1C>45s
MGBRMYBR
SB=1
5秒后5秒后
C<5
SB=1C<25
MRBYMRBG
SB=1C>25
四、
试验程序
实验总框图
--1000分频程序
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYcou1IS
GENERIC（N:
INTEGER:
=4）;--定义一个generic
PORT（CLK:
INSTD_LOGIC;
CLK1:
OUTSTD_LOGIC）;
ENDcou1;
ARCHITECTUREbehavOFcou1IS
SIGNALCNT:
STD_LOGIC_VECTOR（9DOWNTO0）;
BEGIN
PROCESS（CLK）
BEGIN
IFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN--产生一个占空比为50%的方波
IFCNT>=N/2-1THENCLK1<='1';CNT<=CNT+1;
IFCNT=N-1THENCLK1<='0';CNT<="0000000000";
ENDIF;
ELSECLK1<='0';CNT<=CNT+1;
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
ENDARCHITECTUREbehav;
--状态控制程序
--JTDKZ.VHD
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITYJTDKZIS
PORT（CLK,SM,SB:
INSTD_LOGIC;--MR：
主干道红灯MY：
主黄MG：
主绿
MR,MY,MG,BR,BY,BG:
OUTSTD_LOGIC）;--BR：
从干道红灯BY：
从黄BG：
从绿
--以上信号为1时点亮相应的灯
ENDENTITYJTDKZ;--SM=1主干道有车SM=0主干道无车
ARCHITECTUREARTOFJTDKZIS--SB=1从干道有车SB=0从干道无车
TYPESTATE_TYPEIS（A,B,C,D）;
SIGNALSTATE:
STATE_TYPE;
BEGIN
CNT:
PROCESS（CLK）IS
VARIABLES:
INTEGERRANGE0TO45;
VARIABLECLR,EN:
BIT;
BEGIN
IF（CLK'EVENTANDCLK='1'）THEN
IFCLR='0'THEn
S:
=0;
ELSIFEN='0'THEN
S:
=S;
ELSE
S:
=S+1;
ENDIF;
CASESTATEIS
WHENA=>MR<='0';MY<='0';MG<='1';--状态一：
主绿从红
BR<='1';BY<='0';BG<='0';
IF（SBANDSM）='1'THEN--主从干道都有车时进行45s倒
IFS=45THEN--计时，计完后转入状态二
STATE<=B;CLR:
='0';EN:
='0';
ELSE
STATE<=A;CLR:
='1';EN:
='1';
ENDIF;
ELSIF（SBAND（NOTSM））='1'THEN--主干道无车，从干道有车转到状态二
STATE<=B;CLR:
='0';EN:
='0';
ELSE
STATE<=A;CLR:
='1';EN:
='1';
ENDIF;
WHENB=>MR<='0';MY<='1';MG<='0';--状态二：
主黄从红
BR<='1';BY<='0';BG<='0';
IFS=5THEN--5s倒计时，计完转入状态三
STATE<=C;CLR:
='0';EN:
='0';
ELSE
STATE<=B;CLR:
='1';EN:
='1';
ENDIF;
WHENC=>MR<='1';MY<='0';MG<='0';--状态三：
主红从绿
BR<='0';BY<='0';BG<='1';
IF（SMANDSB）='1'THEN--主从干道都有车，25s倒计时后转入
IFS=25THEN--状态四
STATE<=D;CLR:
='0';EN:
='0';
ELSE
STATE<=C;CLR:
='1';EN:
='1';
ENDIF;
ELSIFSB='0'THEN--若从干道此时无车，直接转入状态四
STATE<=D;CLR:
='0';EN:
='0';
ELSE
STATE<=C;CLR:
='1';EN:
='1';
ENDIF;
WHEND=>MR<='1';MY<='0';MG<='0';--状态四：
主红从黄
BR<='0';BY<='1';BG<='0';
IFS=5THEN--5s倒计时后转入状态一
STATE<=A;CLR:
='0';EN:
='0';
ELSE
STATE<=D;CLR:
='1';EN:
='1';
ENDIF;
ENDCASE;
ENDIF;
ENDPROCESSCNT;
ENDARCHITECTUREART;
--45s延时
--CNT45S.VHD
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYCNT45SIS
PORT（SB,CLK,EN45:
INSTD_LOGIC;
DOUT45M,DOUT45B:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0））;
ENDENTITYCNT45S;
ARCHITECTUREARTOFCNT45SIS
SIGNALCNT6B:
STD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0）;
BEGIN
PROCESS（SB,CLK,EN45）IS
BEGIN
IFSB='0'THENCNT6B<=CNT6B-CNT6B-1;--若从干道无车，不计时
ELSIF（CLK'EVENTANDCLK='1'）THEN
IFEN45='1'THENCNT6B<=CNT6B+1;
ELSIFEN45='0'THENCNT6B<=CNT6B-CNT6B-1;--若主干道不是绿灯不计时
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;----将顺序计数转化为倒序45sBCD码计数
PROCESS（CNT6B）IS----DOUT45M从45到0；DOUT45B从50到5，然后从5直接变到0，
BEGIN----因为在状态二的时候有5S黄灯时间需要在从干道上显示，从干道
CASECNT6BIS--上的人累计等待时间50s
WHEN"000000"=>DOUT45M<="01000101";DOUT45B<="01010000";
WHEN"000001"=>DOUT45M<="01000100";DOUT45B<="01001001";
WHEN"000010"=>DOUT45M<="01000011";DOUT45B<="01001000";
WHEN"000011"=>DOUT45M<="01000010";DOUT45B<="01000111";
WHEN"000100"=>DOUT45M<="01000001";DOUT45B<="01000110";
WHEN"000101"=>DOUT45M<="01000000";DOUT45B<="01000101";
WHEN"000110"=>DOUT45M<="00111001";DOUT45B<="01000100";
WHEN"000111"=>DOUT45M<="00111000";DOUT45B<="01000011";
WHEN"001000"=>DOUT45M<="00110111";DOUT45B<="01000010";
WHEN"001001"=>DOUT45M<="00110110";DOUT45B<="01000001";
WHEN"001010"=>DOUT45M<="00110101";DOUT45B<="01000000";
WHEN"001011"=>DOUT45M<="00110100";DOUT45B<="01101001";
WHEN"001100"=>DOUT45M<="00110011";DOUT45B<="00111000";
WHEN"001101"=>DOUT45M<="00110010";DOUT45B<="00110111";
WHEN"001110"=>DOUT45M<="00110001";DOUT45B<="00110110";
WHEN"001111"=>DOUT45M<="00110000";DOUT45B<="00110101";
WHEN"010000"=>DOUT45M<="00101001";DOUT45B<="00110100";
WHEN"010001"=>DOUT45M<="00101000";DOUT45B<="00110011";
WHEN"010010"=>DOUT45M<="00100111";DOUT45B<="00110010";
WHEN"010011"=>DOUT45M<="00100110";DOUT45B<="00110001";
WHEN"010100"=>DOUT45M<="00100101";DOUT45B<="00110000";
WHEN"010101"=>DOUT45M<="00100100";DOUT45B<="00101001";
WHEN"010110"=>DOUT45M<="00100011";DOUT45B<="00101000";
WHEN"010111"=>DOUT45M<="00100010";DOUT45B<="00100111";
WHEN"011000"=>DOUT45M<="00100001";DOUT45B<="00100110";
WHEN"011001"=>DOUT45M<="00100000";DOUT45B<="00100101";
WHEN"011010"=>DOUT45M<="00011001";DOUT45B<="00100100";
WHEN"011011"=>DOUT45M<="00011000";DOUT45B<="00100011";
WHEN"011100"=>DOUT45M<="00010111";DOUT45B<="00100010";
WHEN"011101"=>DOUT45M<="00010110";DOUT45B<="00100001";
WHEN"011110"=>DOUT45M<="00010101";DOUT45B<="00100000";
WHEN"011111"=>DOUT45M<="00010100";DOUT45B<="00011001";
WHEN"100000"=>DOUT45M<="00010011";DOUT45B<="00011000";
WHEN"100001"=>DOUT45M<="00010010";DOUT45B<="00010111";
WHEN"100010"=>DOUT45M<="00010001";DOUT45B<="00010110";
WHEN"100011"=>DOUT45M<="00010000";DOUT45B<="00010101";
WHEN"100100"=>DOUT45M<="00001001";DOUT45B<="00010100";
WHEN"100101"=>DOUT45M<="00001000";DOUT45B<="00010011";
WHEN"100110"=>DOUT45M<="00000111";DOUT45B<="00010010";
WHEN"100111"=>DOUT45M<="00000110";DOUT45B<="00010001";
WHEN"101000"=>DOUT45M<="00000101";DOUT45B<="00010000";
WHEN"101001"=>DOUT45M<="00000100";DOUT45B<="00001001";
WHEN"101010"=>DOUT45M<="00000011";DOUT45B<="00001000";
WHEN"101011"=>DOUT45M<="00000010";DOUT45B<="00000111";
WHEN"101100"=>DOUT45M<="00000001";DOUT45B<="00000110";
WHENOTHERS=>DOUT45M<="00000000";DOUT45B<="00000000";
ENDCASE;
ENDPROCESS;
ENDARCHITECTUREART;
--25s延时（与45s延时编程思想一样，这里不做说明了）
--CNT25S.VHD
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYCNT25SIS
PORT（SB,SM,CLK,EN25:
INSTD_LOGIC;
DOUT25M,DOUT25B:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0））;
ENDENTITYCNT25S;
ARCHITECTUREARTOFCNT25SIS
SIGNALCNT5B:
STD_LOGIC_VECTOR（4DOWNTO0）;
BEGIN
PROCESS（SB,SM,CLK,EN25）IS
BEGIN
IFSB='0'ORSM='0'THEN
CNT5B<=CNT5B-CNT5B-1;
ELSIF（CLK'EVENTANDCLK='1'）THEN
IFEN25='1'THEN
CNT5B<=CNT5B+1;
ELSIFEN25='0'THEN
CNT5B<=CNT5B-CNT5B-1;
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
PROCESS（CNT5B）IS
BEGIN
CASECNT5BIS
WHEN"00000"=>DOUT25B<="00100101";DOUT25M<="00110000";
WHEN"00001"=>DOUT25B<="00100100";DOUT25M<="00101001";
WHEN"00010"=>DOUT25B<="00100011";DOUT25M<="00101000";
WHEN"00011"=>DOUT25B<="00100010";DOUT25M<="00100111";
WHEN"00100"=>DOUT25B<="00100001";DOUT25M<="00100110";
WHEN"00101"=>DOUT25B<="00100000";DOUT25M<="00100101";
WHEN"00110"=>DOUT25B<="00011001";DOUT25M<="00100100";
WHEN"00111"=>DOUT25B<="00011000";DOUT25M<="00100011";
WHEN"01000"=>DOUT25B<="00010111";DOUT25M<="00100010";
WHEN"01001"=>DOUT25B<="00010110";DOUT25M<="00100001";
WHEN"01010"=>DOUT25B<="00010101";DOUT25M<="00100000";
WHEN"01011"=>DOUT25B<="00010100";DOUT25M<="00011001";
WHEN"01100"=>DOUT25B<="00010011";DOUT25M<="00011000";
WHEN"01101"=>DOUT25B<="00010010";DOUT25M<="00010111";
WHEN"01110"=>DOUT25B<="00010001";DOUT25M<="00010110";
WHEN"01111"=>DOUT25B<="00010000";DOUT25M<="00010101";
WHEN"10000"=>DOUT25B<="00001001";DOUT25M<="00010100";
WHEN"10001"=>DOUT25B<="00001000";DOUT25M<="00010011";
WHEN"10010"=>DOUT25B<="00000111";DOUT25M<="00010010";
WHEN"10011"=>DOUT25B<="00000110";DOUT25M<="00010001";
WHEN"10100"=>DOUT25B<="00000101";DOUT25M<="00010000";
WHEN"10101"=>DOUT25B<="00000100";DOUT25M<="00001001";
WHEN"10110"=>DOUT25B<="00000011";DOUT25M<="00001000";
WHEN"10111"=>DOUT25B<="00000010";DOUT25M<="00000111";
WHEN"11000"=>DOUT25B<="00000001";DOUT25M<="00000110";
WHENOTHERS=>DOUT25B<="00000000";DOUT25M<="00000000";
ENDCASE;
ENDPROCESS;
ENDARCHITECTUREART;
--5s延时（与45s类似）
--CNT05S.VHD
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYCNT05SIS
PORT（CLK,EN05M,EN05B:
INSTD_LOGIC;
DOUT5:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0））;
ENDENTITYCNT05S;
ARCHITECTUREARTOFCNT05SIS
SIGNALCNT3B:
STD_LOGIC_VECTOR（2DOWNTO0）;
BEGIN
PROCESS（CLK,EN05M,EN05B）IS
BEGIN
IF（CLK'EVENTANDCLK='1'）THEN
IFEN05M='1'OREN05B='1'THEN
CNT3B<=CNT3B+1;
ELSE
CNT3B<="000";
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
PROCESS（CNT3B）IS
BEGIN
CASECNT3BIS
WHEN"000"=>DOUT5<="00000101";
WHEN"001"=>DOUT5<="00000100";
WHEN"010"=>DOUT5<="00000011";
WHEN"011"=>DOUT5<="00000010";
WHEN"100"=>DOUT5<="00000001";
WHENOTHERS=>--DOUT5<="00000000";
ENDCASE;
ENDPROCESS;
ENDARCHITECTUREART;
--数码管显示控制程序
--XSKZ.VHD
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_11
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