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简易交通灯实验
文章来源:www.biyezuopin.vip   发布者:毕业作品网站  

4.2 简易交通灯实验

4.2.1 简易交通灯实验一、实验目的

⑴ 学习状态机设计。

⑵ 掌握数字逻辑系统的设计方法。

⑶ 掌握 EDA 软件 Quartus Ⅱ的基本使用方法。

⑷ 掌握用 VHDL 语言设计复杂数字电路的方法。

二、实验原理

交通灯控制是一种常见的控制,几乎在每个十字路口上都可以看到交通灯。本实验通过南北和东西 2 个方向上的 12 个指示灯(4 个黄灯、4 个红灯、4 个绿灯)模拟路口的交通灯控制情况。TEC-8 实验台上的交通灯电路如图 4.2 所示。

图 4.2 交通灯实验电路图

12 个发光二极管代表 12 个交通灯。2 个 7 引脚的排电阻向 12 个发光二极管提供电流。排电阻的引脚 1 为公共端,它和排电阻其他引脚之间的电阻值为 1K 欧姆。当短路子 DZ9 断开时,两个排电阻的引脚 1 悬空;当短路子 DZ3 短接时,两个排电阻的引脚 1 接+5V,通过排电阻给 12 个发光二极管供电。控制信号 TL0~TL11 分别控制各发光二极管的负极。由于 2 个 7404 器件对控制信号

TL0~TL11 反相后接到发光二极管的负极,因此当 TL0~TL11 中的某一个信号为 1 时,对应的发光二极管有电流流过而被点亮。只要对信号 TL0~TL11 进行合适的控制,就能使 12 个发光二极管按要求亮、灭。


三、实验设备

序 号

名 称

数 量

备 注

1

个人计算机

1 台

2

TEC-8 实验系统

1 台

3

双踪示波器

1 台

4

万用表

1 只

四、实验任务

模拟十字路口交通灯的运行情况,完成下列功能。

⑴ 按下复位按钮 CLR 后,进入⑵。

⑵ 南、北方向的 2 个绿灯亮,允许车辆通行;东、西方向的 2 个红灯亮,禁止车辆通行。时间

10 秒。

⑶ 南、北的 2 个黄灯闪烁,已经过了停车线的车辆继续通行,没有过停车线的车辆停止通行; 东、西方向的 2 个红灯亮,禁止车辆通行。时间 2 秒。

⑷ 南、北方向 2 个红灯亮,禁止车辆通行;东、西方向 2 个绿灯亮,允许车辆通行。时间 10 秒。

⑸ 南、北方向 2 个红灯亮,禁止车辆通行;东、西 2 个黄灯闪烁,已经过了停车线的车辆继续

通行,没有过停车线的车辆停止通行。时间 2 秒。

⑹ 返回⑵,继续运行。

⑺ 如果在⑵状态情况下,按一次紧急按钮 QD,立即结束⑵状态,进入⑶状态,以使东、西方向车辆尽快通行。如果在⑷状态情况下,按一次紧急按钮,立即结束⑷状态,进入⑸状态,以使南、北方向车辆尽快通行。

五、实验提示

1.EPM7128 器件引脚信号

本实验中使用的信号对应的 EPM7128 引脚如下:

序号

信号名

信号属性

引脚号

信 号 说 明

1

MF

55

in

频率 1MHz 的时钟

2

CLR#

1

in

复位信号,低电平有效

3

QD

60

in

按下启动按钮 QD 后产生的 QD 脉冲

4

TL0

20

out

控制北方红灯

5

TL1

21

out

控制北方黄灯

6

TL2

22

out

控制北方绿灯

7

TL3

24

out

控制西方绿灯

8

TL4

25

out

控制西方黄灯

9

TL5

27

out

控制西方红灯

10

TL6

28

out

控制南方绿灯

11

TL7

29

out

控制南方黄灯

12

TL8

30

out

控制南方红灯

13

TL9

31

out

控制东方红灯

14

TL10

33

out

控制东方黄灯

15

TL11

34

out

控制东方绿灯


由于信号 MF、QD 的 EPM7128 引脚和实验台上的相应信号没有直接连接,因此在实验时首先要将扁平电缆的 34 芯端插到插座 J6 上,将扁平电缆的 6 芯端插到插座 J5 上,将 DZ9 左侧短接为连通, 右侧短界为短开。注意:扁平电缆进行插接或者拔出必须在关电源后进行。

2. 状态机

本实验是典型的状态机实验。首先从 1MHz 的 MF 时钟信号经过 5 次 10 分频产生 0.1 秒的计数时钟,用以对计数器计数,用计数器的值控制状态机状态之间的转换。当按下一次 QD 按钮时,直接修改计数器的值,使状态转换提前产生。

本实验中有的状态机有 4 个状态,分别对应四中的⑵~⑸。状态机的示例程序如下: state_p: process(clr,clk)

begin

if clr = '0' then state <= "00";

elsif clk'event and clk = '1' then --clk 为 0.1 秒的时钟信号state <= next_state;

end if; end process;

state_trans: process(clk,state,count) begin

case state is

when "00" => --0 状态

if count = "1100011" then --10 秒到了吗? next_state <= "01"; --转到 1 状态。

else

next_state <= "00"; --继续 0 状态。end if;

when "01" => --1 状态

if count = "1110111" then --12 秒到了吗? next_state <= "11"; --转到 2 状态。

else

next_state <= "01"; --继续 1 状态。end if;

when "11" => --2 状态

if count = "1100011" then --10 秒到了吗? next_state <= "10"; --转到 3 状态。

else

next_state <= "11"; --继续 2 状态。end if;

when "10" => --3 状态

if count = "1110111" then --12 秒到了吗? next_state <= "00"; --转到 0 状态

else

next_state <= "10"; --继续 3 状态。end if;


end case; end process;

上述的状态机由 2 个 PROCESS 语句构成。第一个 PROCESS 语句给出了状态机中每 0.1 秒用

next_state 代替 state;第 2 个 PROCESS 语句根据时间控制 next_state 的产生。

2.黄灯闪烁可通过连续亮 0.2 秒、灭 0.2 秒实现。

3.本实验中短路子 DZ9 需要左侧短接。实验完毕后,短路子 DZ9 右侧短界。

4.如果只进行演示性实验,则可以直接把交通灯文件夹中的.sof 文件下载到 EPM7128 中进行。六、实验完成后,必须要将硬连线控制器重新装入 EPM7128 中。以备以后做其他实验使用。


4.2.2 实验报告


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