eda使用VHDL设计交通信号灯.doc

四 川 机 电 职 业 技 术 学 院

实 训 报 告

实训名称： 十字路口交通灯控制器

实训班级： 高14电子6班

学生姓名： 杜 超

指导教师： 张 国 勤

实训时间： 2016年6月20日 至 2016年7月1日

目 录

一、 安全教育 3
二、 实验项目 4
总 结 15

一、 安全教育

为了实习的顺利完成，确保人身，设备安全，并同时培养学生严谨、踏实，求实的科学作风以及爱护国家财产的优良品质，制定本实习守则。
一． 实习前应进行充分预习，认真阅读实习指导书，明确实习任务要求，掌握实习原理，拟定好实习方案，教师应对预习情况进行检查。
二． 进入实习室衣着整洁，穿戴好劳保用品，保持安静，严禁喧哗吸烟、吃零食、随地吐痰、保持良好的卫生环境。
三． 使用仪器设备前，应清点实习用品，熟悉其性能及操作方法，使用时严格守操作规程。
四． 实习过程中，注意实习安全，避免造成人身，设备事故。非实习课所用仪器不得擅自动用。
五． 应以严肃科学的态度进行实训，注意观察现象，认真记录实习的数据，遵守实习结果。
六． 实习过程中若发生事故，应主动写事故分析报告，总结实习，吸取教训。
七． 实习器材在实习中若有损坏，丢失，按照《仪器设备损坏，遗失赔偿制度》进行。
八． 实习结束后，要做好实习登记，并经老师签字认可。
九． 离开实习室前，应整理好仪器设备，断开电源，并做好实习室卫生后方可离开。
十． 实习完成后，应按要求认真填写实习报告，独立完成并按时上交。

二、 实验项目
项目 十字路口交通灯控制器
一·实训目的
1.熟练使用Quartus Ⅱ软件采用原理图与VHDL文本输入相结合的方法自顶向下模块化设计数字电路
2.能使用Quartus Ⅱ软件将VHDL程序生成可供原理图调用的元件
3.能使用Quartus Ⅱ软件对设计中多个设计文件进行单独综合、仿真、调试
4.了解有限状态机的概念及一般结构
5.了解有限状态机的作用及优点
6.熟悉使用VHDL语言设计状态机
二. 所需仪器及设备
计算机与Quartus Ⅱ工具软件、PLD实验箱。
三. 实训原理
交通灯的工作原理： 整个系统采用自顶层向下的模块设计方法，将系统划分为Moore状态机，数码管动态扫描，数码管译码三个模块，首先用VHDL编写个模块，然后用顶层原理图将各功能模块接起来。确定状态数量，状态转移条件和各状态输出信号的赋值。
状态机是一种具有指定数目的状态概念机，他在某个指定的时刻仅处于一个状态，状态的改变是对输入事件的响应。状态机的基本要素有3个：状态，输入条件和输出。
交通灯的原理图如下：

图1.1 示意图

图1.2 交通灯控制器的硬件连接图

图1.3 系统总体结构图

图1.4 交通灯状态转换图

表1.1 状态表
主干道
支干道
状态
红
黄
绿
红
黄
绿
0
0
1
1
0
0
S0
0
1
0
1
0
0
S1
1
0
0
0
0
1
S2
1
0
0
0
1
0
S3

交通灯的程序如下：

1.数码管动态扫描

LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITY ds IS
PORT(
CLK_SCAN:IN STD_LOGIC;
tl_nb:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
th_nb:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
tl_dx:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
th_dx:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
COUNT_OUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
SEL:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0));
END ds;

ARCHITECTURE behav OF ds IS
SIGNAL SEL_BIT: STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);
BEGIN
PROCESS(CLK_SCAN)
Begin
IF CLK_SCAN'EVENT AND CLK_SCAN='1'THEN
IF SEL_BIT="011"THEN

SEL_BIT<="000";
ELSE
SEL_BIT<=SEL_BIT+1;
END IF;
END IF;
END PROCESS;

WITH SEL_BIT SELECT
COUNT_OUT<=th_nb WHEN"011",
tl_nb WHEN"010",
th_dx WHEN"001",
tl_dx WHEN"000",
"0000"WHEN OTHERS;
SEL<=SEL_BIT;
END behav;

图1.5 数码管动态扫描仿真图

2,Moore状态机
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.Std_Logic_1164.ALL;
USE IEEE.Std_Logic_Arith.ALL;
USE IEEE.Std_Logic_Unsigned.ALL;
ENTITY jtd_moore IS
PORT(clk:in Std_Logic;
rst:in Std_Logic;
tl_nb,th_nb,tl_dx,th_dx:out integer range 0 to 9;
led:out Std_Logic_Vector(5 downto 0));
END ENTITY;
ARCHITECTURE behav OF jtd_moore IS
type state_type IS(S0,S1,S2,S3);
signal state:state_type:=S0;
signal flag1,flag2:Std_Logic:='0';
signal A,B:integer range 0 to 34;
BEGIN
p1:PROCESS(rst,clk)
BEGIN
IF rst='0'THEN
state<=S0;
flag1<='0';
flag2<='0';
ELSIF(clk'event and clk='1')THEN
CASE state IS
WHEN S0=>IF flag1='0'THEN
A <=29;
B<=34;
flag1<='1';
flag2<='1';
ELSE
IF A=1 THEN
A<=0;
B<=5;
state<=S1;
flag1<='0';
ELSE
A<=A-1;
B<=B-1;
END IF;
END IF;
WHEN s1=> IF flag1='0'THEN
A<=4;
B<=4;
flag1<='1';
flag2<='1';
ELSE
IF A=1 THEN
A<=0;
B<=0;
state<=S2;
flag2<='0';
ELSE
A<=A-1;
B<=B-1;
END IF;
END IF;
WHEN S2=> IF flag2='0'THEN
A<=24;
B<=19;
flag1<='1';
flag2<='1';
ELSE
IF B=1 THEN
B<=0;
A<=5;
state<=S3;
flag2<='0';
ELSE
B<=B-1;
A<=A-1;
END IF;
END IF;
WHEN s3=> IF flag2='0'THEN
A<=4;
B<=4;
flag1<='1';
flag2<='1';
ELSE
IF B=1 THEN
A<=0;
B<=0;
state<=S0;
flag1<='0';
ELSE
A<=A-1;
B<=B-1;
END IF;
END IF;
END CASE;
END IF;
END PROCESS p1;
p2:PROCESS(state)
BEGIN
CASE state IS
WHEN S0=>led<="001100";
WHEN S1=>led<="010100";
WHEN S2=>led<="100001";
WHEN S3=>led<="100010";
END CASE;
END PROCESS p2;
th_nb<=A/10;
tl_nb<=A rem 10;
th_dx<=B/10;
tl_dx<=B rem 10;
END behav;

图1.6 Moore状态机仿真图

3.数码管显示
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.Std_Logic_1164.ALL;
USE IEEE.Std_Logic_Arith.ALL;
USE IEEE.Std_Logic_Unsigned.ALL;
ENTITY qi IS
PORT (
swd:in Std_logic_vector(3 downto 0);
seg:out Std_logic_vector(6 downto 0)
);
END qi;
ARCHITECTURE a of qi is
BEGIN
WITH swd SELECT
Seg <= "1111110" WHEN"0000",
"0110000" WHEN"0001",
"1101101" WHEN"0010",
"1111001" WHEN"0011",
"0110011" WHEN"0100",
"1011011" WHEN"0101",
"1011111" WHEN"0110",
"1110000" WHEN"0111",
"1111111" WHEN"1000",
"1111011" WHEN"1001",
"0000000" WHEN others;
END
图1.7 数码管显示仿真图

四.实训步骤
1.顶层设计
2.各子模块设计
（1）Moore状态机
（2）动态扫描模块scan
（3）数码管显示译码seg7
3.创建工程
4.建立编辑VHDL设计文件
5.子模块单独编译、仿真
6.管脚分配、器件编程、电路调试、故障分析及排除
表1.2 管脚分配
开发板板载资源
开发板原理图标号
芯片管脚
端口
备注
时钟源

CLK1
2
clk_scan
250~256kHZ
CLK2
3
Clk
1~16Hz
按键
S1
23
Res
复位
发光二极管
D1
4
LED5
绿
D2
5
LED4
黄
D3
6
LED3
红
D4
7
LED2
绿
D5
8
LED1
黄
D6
11
LED0
红
数码管段选
a
18
Seg6

b
17
Seg5

c
16
Seg4

d
15
Seg3

e
14
Seg2

f
13
Seg1

g
12
Seg0

数码管位选
Sbit3
21
Sel2
最高位C
Sbit2
20
Sel1
中间位B
Sbit1
19
Sel0
最低位A
数字电子钟的仿真图如下：
1.状态S0

图1.8 实物图
2.状态S1

图1.9 实物图
3.状态S2

图1.10 实物图

4.状态S3

图1.11 实物图

五.器件编程
管脚分配完成后，再次对设计进行全编译。连接好开发板，将程序下载到芯片中，完成器件编程。
六．电路调试
（1）根据项目需要，将跳线J12，J13调整到合理的位置，J13设置使输出频率为1HZ，J12设置使输出频率为250Hz以上。
（2）接通电源，观察LED显示是否符合交通灯要求，数码管是否能进行倒计时显示，记到0时，LED是否发生变化
七．故障分析排除
（1）交通灯倒计时第2轮时倒计时时间错误，S3到S0的状态编写错误，改正flag2,使倒计时恢复正常。

总 结
为期2周的《十字路口交通灯控制器》实训圆满结束。通过这eda实习，我不仅加深了对eda理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为真己的东西。
安全是一切之本，对于我们这次实训，用电安全格外重要。第一天老师就对我们进行了安全教育，实验室中的安全事项，生活中高压电的危险，在漏电时如何保护自身安全。
我们学习使用了Quartus软件用于原理图的绘制和仿真，VHDL编写和编译，我们了解一些元器件的功能，知道了如何生成符号。
这次eda实训让我感觉收获颇多，在这次实训中我不仅巩固了以前学习的知识，而且还学习到了怎样运用eda设计Moore状态机，动态扫描，数码显示模块，在整个过程中，加强了我的动手能力，同时也提高了我们的思考能力，在写程序的同时还要学会改写程序，根据错误的地方修改程序。
在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：模拟和数字电路知识等。虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。

实 训 成 绩 统 计 表

序号
考核项目
考核权重
得分
1
安全考核
6%

2
实训报告
36%

3
劳动纪律
18%

4
实训考试
40%

总考核分

教师评语：

教师签名：
年 月 日

若想一路顺风，请你开心度时光，永葆云淡风轻。如果遇事解不开心结，过分地追求完美，一味地与自己较真，只会伤心劳神。
　　万事随缘莫计较，唯求淡泊与安宁。淡然得与失，珍惜人间情。与其和自己过不去，不如顺其自然，潇潇洒洒过一生。
　　若想一路顺风，请别拿别人的错误惩罚自己。看得开才会快乐，放得下才会轻松。胸怀要大度，凡事能接纳，对人能包容。
　　遇有不顺心的人和事，切不可小肚鸡肠，怀恨在胸。你这里恼怒填胸，可惹你生气的人早已满面春风，试想，你何必再纠结、郁闷、怨言声声！
　　若想一路顺风，请你用微笑掩埋苦痛。客观事实证明，人生有失就有得，得和失总是相辅相成。
　　不要感叹自己不幸运，不要抱怨老天不公平，得到的我们感到欣慰，失去的我们一身轻松。痛苦惋惜无济于事，坦然洒脱一路顺风！
　　若想一路顺风，请你修炼豁达心，大度才能包容。忍一时风平浪静，退一步海阔天空。懂得谦让和谅解，胸襟宽阔人尊敬。磕磕绊绊全甩弃，和睦相处快乐生。
　　要善待他人，即使路径狭窄，也要留一步与人行。拿得起，放得下，才是人生的真性情。
　　若想一路顺风，请你把自己的心态好好调整。细节决定成败，心态决定人生，拥有怎样的心态，就会有怎样的生活和心情。
　　面对困难和挫折，勇于挑战自我，就没有过不去的坎儿，就没有超越不了的山峰，就没有走不出去的困境，就会迎来风雨之后的彩虹！拥有一个良好的心态，就能乐观开朗地面对生活和人生。
　　若想一路顺风，请你懂得感恩和尊重。人生在世，就应该懂得感恩，感恩有父母的爱，感恩有亲人的疼，感恩有同事的帮，感恩有朋友同行，感恩有美妙的乐声，感恩有美丽的风景。
　　你如果懂得了感恩，也就拥有了别人的爱，也就赢得了别人的真诚和尊重！
　　若想一路顺风，请你清除羡慕、嫉妒、恨。尽管羡慕是人们的本能，但过于羡慕别人的人，一直都在追逐着别人的梦。
　　嫉妒和恨，更是一剂心灵的毒药，是一种扭曲的心理，我们应该懂得欣赏别人，将别人的优秀看在眼里，记在心中，让他人激励自己前行。
　　若想一路顺风，请你学会释放，不要钻进死胡同。生活纷繁，不要被困境和失败糟糕了心情。
　　生命，也有不能承受之重，要学会放下和释重，不能苦苦支撑。让心灵的阳光，冲破压抑的云层，让我们时刻保持着好心情！
　　人生途中，愿你一路顺风！

　若想一路顺风，请你开心度时光，永葆云淡风轻。如果遇事解不开心结，过分地追求完美，一味地与自己较真，只会伤心劳神。
　　万事随缘莫计较，唯求淡泊与安宁。淡然得与失，珍惜人间情。与其和自己过不去，不如顺其自然，潇潇洒洒过一生。
　　若想一路顺风，请别拿别人的错误惩罚自己。看得开才会快乐，放得下才会轻松。胸怀要大度，凡事能接纳，对人能包容。
　　遇有不顺心的人和事，切不可小肚鸡肠，怀恨在胸。你这里恼怒填胸，可惹你生气的人早已满面春风，试想，你何必再纠结、郁闷、怨言声声！
　　若想一路顺风，请你用微笑掩埋苦痛。客观事实证明，人生有失就有得，得和失总是相辅相成。
　　不要感叹自己不幸运，不要抱怨老天不公平，得到的我们感到欣慰，失去的我们一身轻松。痛苦惋惜无济于事，坦然洒脱一路顺风！
　　若想一路顺风，请你修炼豁达心，大度才能包容。忍一时风平浪静，退一步海阔天空。懂得谦让和谅解，胸襟宽阔人尊敬。磕磕绊绊全甩弃，和睦相处快乐生。
　　要善待他人，即使路径狭窄，也要留一步与人行。拿得起，放得下，才是人生的真性情。
　　若想一路顺风，请你把自己的心态好好调整。细节决定成败，心态决定人生，拥有怎样的心态，就会有怎样的生活和心情。
　　面对困难和挫折，勇于挑战自我，就没有过不去的坎儿，就没有超越不了的山峰，就没有走不出去的困境，就会迎来风雨之后的彩虹！拥有一个良好的心态，就能乐观开朗地面对生活和人生。
　　若想一路顺风，请你懂得感恩和尊重。人生在世，就应该懂得感恩，感恩有父母的爱，感恩有亲人的疼，感恩有同事的帮，感恩有朋友同行，感恩有美妙的乐声，感恩有美丽的风景。
　　你如果懂得了感恩，也就拥有了别人的爱，也就赢得了别人的真诚和尊重！
　　若想一路顺风，请你清除羡慕、嫉妒、恨。尽管羡慕是人们的本能，但过于羡慕别人的人，一直都在追逐着别人的梦。
　　嫉妒和恨，更是一剂心灵的毒药，是一种扭曲的心理，我们应该懂得欣赏别人，将别人的优秀看在眼里，记在心中，让他人激励自己前行。
　　若想一路顺风，请你学会释放，不要钻进死胡同。生活纷繁，不要被困境和失败糟糕了心情。
　　生命，也有不能承受之重，要学会放下和释重，不能苦苦支撑。让心灵的阳光，冲破压抑的云层，让我们时刻保持着好心情！
　　人生途中，愿你一路顺风！