基于EDA十字路口交通灯控制器设计

十字路口交通灯控制器设计
一、实验目的
1、进一步加强经典状态机的设计
2、学会设计模可变倒计时计数器
二、实验要求
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）、CR(乡红)、CY（乡黄）、CG（乡绿）六盏交通灯需要控制；交通灯由绿→红有4秒黄灯亮的间隔时间，由红→绿没有间隔时间；系统有MRCY、MRCG、MYCR、MGCR四个状态；
乡间公路右侧各埋有一个传感器，当有车辆通过乡间公路时，发出请求信号S=1，其余时间S=0；
平时系统停留在MGCR（主干道通行）状态，一旦S信号有效，经MYCR（黄灯状态）转入MRCG（乡间公路通行）状态，但要保证MGCR的状态不得短于一分钟；一旦S信号无效，系统脱离MRCG状态。

随即经MRCY（黄灯状态）进入MGCR 状态，即使S信号一直有效，MRCG状态也不得长于20秒钟。

三、实验思路
1、设计一个状态寄存器，控制六盏灯的亮与灭
2、设计一个计时器，控制各状态的持续时间，计时器应满足以下要求：
1）当S=1，且计数器已完成60计数时，计数器进入模4计数，随后进入模20计数，再进入模4计数，再回到模60计数
2）当计数器进行摸20计数时，一旦S变为0，计数器立马进入模4计数，再进入模60计数
3）完成模20计数后，不论S为0或1，计数器进入模4计数，再进入模60 计数
4）若计数器未完成模60计数，不论S如何变话，计数器将继续进行模60 计数
3、使用文本设计底层文件，并生成相应元器件，再使用原理图设计顶层文件
四、实验步骤
1、建立工作库文件夹和编辑设计文件
1）建立一个文件夹保存工程文件；
2）打开QuartusII，建立新的VHDL文件，再打开的页面下输入以下程序
控制6盏灯的模块代码：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY jtd IS
PORT(clk,RESET,S:IN STD_LOGIC;
COUNT:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
MG,MY,MR,CG,CY,CR:OUT STD_LOGIC);
END jtd;
ARCHITECTURE behav OF jtd IS
TYPE jtdSTATE IS(mgcr,mycr,mrcg,mrcy);
SIGNAL STATE:jtdSTA TE;
BEGIN
PROCESS(RESET,STA TE,clk, S)
BEGIN
IF RESET='1' THEN STATE<=mgcr;MG<='1';CR<='1';MY<='0';MR<='0';CG<='0';CY<='0'; ELSIF clk'EVENT AND clk='1' then
CASE STATE IS
WHEN mgcr=>IF COUNT="00000001" AND S='1'THEN
STA TE<=mycr;MY<='1';CR<='1';MG<='0';MR<='0';CG<='0';CY<='0';
ELSE
STA TE<=mgcr;MG<='1';CR<='1';MY<='0';MR<='0';CG<='0';CY<='0';
END IF;
WHEN mycr=>IF COUNT="00000001" THEN
STA TE<=mrcg;MR<='1';CG<='1';MG<='0';MY<='0';CR<='0';CY<='0';
ELSE
STA TE<=mycr;MY<='1';CR<='1';MG<='0';MR<='0';CG<='0';CY<='0';
END IF;
WHEN mrcg=>IF COUNT="00000001" OR S='0'THEN
STA TE<=mrcy;MR<='1';CY<='1';MY<='0';MG<='0';CR<='0';CG<='0';
ELSE
STA TE<=mrcg;MR<='1';CG<='1';MG<='0';MY<='0';CR<='0';CY<='0';
END IF;
WHEN mrcy=>IF COUNT="00000001" THEN
STA TE<=mgcr;MG<='1';CR<='1';MR<='0';MY<='0';CY<='0';CG<='0';
ELSE
STA TE<=mrcy;MR<='1';CY<='1';MY<='0';MG<='0';CR<='0';CG<='0';
END IF;
END CASE;
END IF;
END PROCESS;
END behav;
控制数码管显示倒计时数并且输出：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY JISHU IS
PORT(clk,S:IN STD_LOGIC;
tim:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));
END JISHU;
ARCHITECTURE behav OF JISHU IS
TYPE RGY IS(mgcr,mycr,mrcg,mrcy);
SIGNAL STATE:RGY;
BEGIN
PROCESS(clk)
V ARIABLE b:STD_LOGIC:='0';
V ARIABLE a:STD_LOGIC:='0';
V ARIABLE th,tl:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
BEGIN
--IF RESET='1' THEN STATE<=mgcr; th:="0000" ;tl:="0000";a:='0';b:='0';
IF clk'EVENT AND clk='1' THEN
CASE STATE IS
WHEN mgcr => IF S='1' AND b='1' THEN STA TE<=mycr;a:='0';th:="0000";tl:="0100";b:='0';
ELSIF S='0' AND b='1' THEN STA TE<=mgcr;a:='1';th:="0000";tl:="0001";
ELSE
IF a='0' THEN
th:="0110";tl:="0000";a:='1';
else
IF NOT(th="0000" AND tl="0010") then
IF tl="0000" then
tl:="1001";th:=th-1;
else tl:=tl-1;
END IF;
ELSE th:="0000";tl:="0001";a:='0';b:='1';
END IF;
END IF;
END IF;
WHEN mycr => IF a='0' THEN
th:="0000";tl:="0100";a:='1';
else
IF NOT(th="0000" AND tl="0010") then
tl:=tl-1;
ELSE th:="0000";tl:="0001";a:='0';STATE<=mrcg;
END IF;
END IF;
WHEN mrcg =>IF S='1' THEN
IF a='0' THEN
th:="0010";tl:="0000";a:='1';
else
IF NOT(th="0000" AND tl="0010") then
IF tl="0000" then
tl:="1001";th:=th-1;
else tl:=tl-1;
END IF;
ELSE th:="0000";tl:="0001";a:='0';STATE<=mrcy;
END IF;
END IF;
ELSE a:='0';STATE<=mrcy;th:="0000";tl:="0100";
END IF;
WHEN mrcy =>IF a='0' THEN
th:="0000";tl:="0100";a:='1';
else
IF NOT(th="0000" AND tl="0010") then
tl:=tl-1;
ELSE th:="0000";tl:="0001";a:='0';STATE<=mgcr;
END IF;
END IF;
END CASE;
tim <= th & tl;
END IF;
end process;
END behav;
2、编译过程
1）输入完程序之后逐个编译
2）逐个编译无错之后进行全程编译
3、将以上模块生成元器件
1）控制6盏灯的模块：
clk
RESET
S
COUNT[7..0]MG MY MR CG CY CR
jtd inst1
2）控制数码管显示倒计时数的模块：
clk S
tim[7..0]
JISHU
inst
4、建立新的工程,将各个模块的元器件用原理图连接，进行编译。

原理图如下：
clk
RESET S
COUNT[7..0]
MG MY MR CG CY CR
jtd
inst1
clk S
tim[7..0]
JISHU
inst
5、系统仿真
1）建立新的波形激励文件
2）在波形编辑器窗口添加节点
3）通过Edit->End Time 来设定仿真结束时间 4）在CLOCK 窗口中设置clk 的时钟周期为1us 5）点击save 保存
6) 通过Tools 下的Simulator Tools 项进行仿真，然后观察输出波形。

仿真波形如下：
当没有完成模60计数，即使S=1，状态也不发生改变
6、引脚设定
60秒过后，若S=1主道进入黄灯状态并保持4秒
20秒过后，不论S=1或0乡道进入黄灯状态并保持4秒
当S 一旦为0，乡道立刻进入黄灯状态，并持续四秒
六、实验现象及验证
1、当“电平1”不按时（S为0），数码管一直保持60秒倒计时，计数结束后数码管保持000001状态，LED灯保持001100；
2、当按下“电平1”（S为1），数码管倒计时4秒，LED灯011100；随后倒计时20秒，LED灯100001，此后倒计时4秒，LED灯001011；最后进入倒计时60秒；
3、当倒计时20秒时，若灭掉“电平1”（S变为0），数码管倒计时4秒，LED 灯001011；最后进入倒计时60秒。

（6个led分别对应主红黄绿、乡红黄绿）
七、实验心得
1、学会了模可变倒计时计数器
2、熟悉了IF NOT语句
3、这次试验用了两个模块，总体思路比较清晰，明白了主绿乡红、主黄乡红、主红乡绿、主红乡黄4个状态之间的循环。