数字电路-交通灯控制器-实验报告

课题1.4.2：交通灯控制器

一．设计课题的任务要求：

(一)、实验目的

1. 熟练掌握 VHDL 语言和QuartusII 软件的使用； 2. 理解状态机的工作原理和设计方法； (二)、相关知识

本实验要利用 CPLD 设计实现一个十字路口的交通灯控制系统，与其他控制系统一样，本系统划分为控制器和受控电路两部分。控制器使整个系统按设定的工作方式交替指挥车辆及行人的通行，并接收受控部分的反馈信号，决定其状态转换方向及输出信号，控制整个系统的工作过程。

路口交通灯控制系统的有东西路和南北路交通灯 R(红)、Y(黄)、G(绿)三色，所有灯均为高电平点亮。设置20s 的通行时间和5s 转换时间的变模定时电路，用数码管显示剩余时间。提供系统正常工作/复位和紧急情况两种工作模式。

(三)、实验任务 1.基本任务：

设计制作一个用于十字路口的交通灯控制器。

1）. 南北和东西方向各有一组绿、黄、红灯用于指挥交通，绿灯、黄灯和红灯的持续时间分别为20 秒、5 秒和25 秒；

2）. 当有特殊情况（如消防车、救护车等）时，两个方向均为红灯亮，计时停止，当特殊情况结束后，控制器恢复原来状态，继续正常运行；

3）. 用数码管，以倒计时方式显示两个方向允许通行或禁止通行的时间； 二．系统设计（包括设计思路、总体框图、分块设计） （一）设计思路

1.总体设计----输入部分： 1) 2) 3)

CLK时钟频率输入，可由实验板上直接提供，为准确确定时间长度，选择1024Hz信号。 紧急状态按键拨码开关EMERGENCY，当将其置为高电平，表示紧急情况发生，两个方向均为红灯亮，计时停止；当置其为低电平，信号灯和计时器恢复原来状态，正常工作。

复位拨码开关RESET，当将其置为高电平，表示复位，工作停止，全部回到初始状态；当置其为低电平，重新开始工作。 2.总体设计----输出部分： 1) 2)

东西方向和南北方向各使用3个LED显示，LIGHT1，LIGHT2，红黄绿各代表红黄绿灯。 东西方向和南北方向计时均为2位数，共需要4个LED七段数码管显示。

（二）总体框图 1.输入输出示意图

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Light1 东西向交通灯 时钟（1024hz） Clk 南北向交通灯 Light2 开关1 Emergency Num 数码管显示输出 开关2 Reset B_out 控制数码管显示 2.模块示意图

南北灯 东西灯 译码器 倒计时显示 控制器 时间计数器 时钟 复位 紧急请求 分频器

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3.流程图 启动/复位 南北绿，东西红 是否绿灯时NO 间到20s？ Yes 对黄灯开 始计时 南北黄，东西红 是否黄灯时no 间到5s？ yes 对绿灯开 始计时 4.RTL图

南北红，东西绿 是否绿灯时NO 间到20s？ Yes 对黄灯开始计时 南北红，东西黄 是否黄灯时no 间到5s？ yes 对绿灯开始计时 3 / 17

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5.状态显示

红绿灯显示状态 S0 S1 S2 S3 S4 状态 南北绿灯亮，东西红灯亮 南北黄灯亮，东西红灯亮 南北红灯亮，东西绿灯亮 南北红灯亮，东西黄灯亮 南北东西红灯都亮 （三）分块设计 -------在VHDL设计中，采用自顶向下的设计思路。

1.顶层模块中，根据硬件设计，设置如下端口：

      

外部时钟信号：CLK 紧急状态按键:EMERGENCY 南北方向状态灯：LIGHT1 东西方向状态灯：LIGHT2 数码管显示信号：NUM 控制数码管：B_OUT

2.在底层中，把不同功能分模块设计。

FREQUENCY模块，由于外部时钟信号CLK的频率为1024Hz，而实际需要的内部计时时钟频率为1Hz，需要一个分频电路。 输入端口：CLK外部时钟信号 输出端口：CLK_OUT分频后信号 

COUNTER模块，由于整个过程的显示周期为50秒，即50个状态，所以该模块为计数器模块，计数周期为50，输入为1Hz的外部时钟，并加入紧急信号和复位信号，当输入紧急信号，计数停止，当输入复位信号，计数置1.通过该计数器的计数输出信号来控制LIGHT模块和COUNTDOWN模块的状态。

输入端口：CLK时钟信号，EMERGENCY紧急信号，RESET复位信号 输出端口：COUNTER计数状态信号

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

COUNTDOWN模块，倒计时显示模块，通过输入的COUNTER和CLK来控制数码管共阴极和7段数码管数字显示控制。

输入接口：CLK时钟信号，COUNT计数器信号 输出接口：CAT_TEMP共阴极控制，NUMIN数字输出 

bian_ma_6模块：将输入接口的CAT_TEMP共阴极控制转换为三八 译码器的输入端。 输入端口：CAT_TEMP共阴极控制 输出端口：b_out； 

SHOW模块，接收数字信号，进行7位数码管显示译码输出。 输入接口：NUMIN输入信号 输出接口：NUM译码输出 

LIGHT信号灯控制模块，使用状态机，双进程控制5个状态 输入接口：COUNT计数器信号，EMERGENCY紧急状态控制 输出接口：LIGHT1,LIGHT2信号灯输出

三．仿真波形及波形分析 仿真波形

1．状态周期为1~50，在每个状态内，数码管共阴极进行扫描，且扫描同时数码管显示进行循环变化 2．周期状态，在1~20，21~25，26~45，46~50进行红绿灯显示变化

3.一整个周期状态1~50，在1~20，21~25，26~45，46~50进行红绿灯显示变化 4.多个周期循环 5.紧急状态和复位状态 四．源程序（注释） 

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_11.ALL;

USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITY FREQUENCY IS PORT( CLK:IN STD_LOGIC; CLK_OUT:OUT STD_LOGIC );

END FREQUENCY;

ARCHITECTURE FREQ OF FREQUENCY IS

SIGNAL TEMP:INTEGER RANGE 0 TO 1023;----设置分频1023，则为1Hz BEGIN

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FREQUENCY--分频模块：

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PROCESS(CLK) BEGIN IF(CLK'EVENT AND CLK='1')THEN IF(TEMP=1023)THEN TEMP<=0; ELSE TEMP<=TEMP+1; END IF; IF TEMP<1023 THEN CLK_OUT<='0'; ELSE CLK_OUT<='1'; END IF; END IF; END PROCESS; END;

 COUNTER.vhd----计数器模块（主要控制模块），用外部时钟设置了50个状态的一个周期1~50 ----由于该交通灯的状态为50种，数码管有50种显示状态 ----完全通过控制计数器的停止和复位来控制闪灯和数码管

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_11.ALL;

USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

ENTITY COUNTER IS PORT( CLK:IN STD_LOGIC;----外部时钟输入 RESET:IN STD_LOGIC;----复位信号输入 EMERGENCY:IN STD_LOGIC;----紧急信号输入 COUNTER:OUT STD_LOGIC_VECTOR (5 DOWNTO 0):=\"000001\"----计数信号输出 );

END COUNTER;

ARCHITECTURE CON OF COUNTER IS

SIGNAL TEMPCOUNT:INTEGER RANGE 1 TO 50:=1;----定义信号计数，初始状态为1 BEGIN

PROCESS(CLK,RESET,EMERGENCY) BEGIN

IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN----外部时钟，1Hz

IF RESET='1' THEN----复位状态

TEMPCOUNT<=1;----计数器回到初始状态1 ELSIF TEMPCOUNT=50 THEN

TEMPCOUNT<=1;----计数器计数状态，加1 ELSE TEMPCOUNT<=TEMPCOUNT+1; END IF;

ELSIF EMERGENCY='1' THEN----当紧急信号为高电平，进入紧急状态 TEMPCOUNT<=TEMPCOUNT;----计数器停止计数 END IF;

END PROCESS;

COUNTER<=CONV_STD_LOGIC_VECTOR(TEMPCOUNT,6);----内部信号转化为输出 END CON;

 LIGHT.vhd----交通灯显示信号 LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_11.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

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ENTITY LIGHT IS PORT(

EMERGENCY:IN STD_LOGIC;----紧急信号输入，控制紧急状态

COUNT:IN STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);----计数器输入，控制其它正常状态 LIGHT1,LIGHT2:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0)----交通灯信号输出 ); END LIGHT;

ARCHITECTURE LIGHTSHOW OF LIGHT IS TYPE STATES IS----设置状态机，控制状态 (S0,S1,S2,S3,S4); SIGNAL STATE:STATES;

SIGNAL TEMPCOUNT:INTEGER RANGE 1 TO 50; BEGIN

P1:PROCESS(COUNT,EMERGENCY) BEGIN

TEMPCOUNT<=CONV_INTEGER(COUNT);----将二进制输入转化为十进制计数信号 IF EMERGENCY='1' THEN----EMERGENCY为高电平时为紧急状态 STATE<=S4; ELSE

CASE TEMPCOUNT IS----由计数器控制状态持续时间 WHEN 1 TO 20 => STATE<=S0;----1秒到20秒 WHEN 21 TO 25 => STATE<=S1;----21秒到25秒 WHEN 26 TO 45 => STATE<=S2;----26秒到45秒 WHEN 46 TO 50 => STATE<=S3;----46秒到50秒 END CASE; END IF; END PROCESS P1;

P2:PROCESS(STATE)----状态机 BEGIN

CASE STATE IS

WHEN S0 =>LIGHT1<=\"001\";----南北绿灯 LIGHT2<=\"100\";----东西红灯 WHEN S1 =>LIGHT1<=\"010\";----南北黄灯 LIGHT2<=\"100\";----东西红灯 WHEN S2 =>LIGHT1<=\"100\";----南北红灯 LIGHT2<=\"001\";----东西绿灯 WHEN S3 =>LIGHT1<=\"100\";----南北红灯 LIGHT2<=\"010\";----东西黄灯 WHEN S4 =>LIGHT1<=\"100\";----南北红灯 LIGHT2<=\"100\";----东西红灯

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END CASE; END PROCESS; END LIGHTSHOW; 

COUNTDOWN.vhd----7段数码管倒计时控制模块 LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_11.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

ENTITY COUNTDOWN IS PORT(

COUNT:IN STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);----计数器输入信号 CLK:IN STD_LOGIC;----时钟信号

NUMIN:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);----输出7段数码管显示数字信号，输出到译码模块 CAT_TEMP:OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0));----7端数码管共阴极输出控制信号 END COUNTDOWN;

ARCHITECTURE COUNTSHOW OF COUNTDOWN IS SIGNAL TEMP:INTEGER RANGE 0 TO 3; SIGNAL COUNTER:INTEGER RANGE 1 TO 50;

SIGNAL CAT:STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0):=\"011111\"; SIGNAL NUM_IN:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); BEGIN

P1:PROCESS(CLK)----内部时钟，控制7段数码管显示扫描内容

P2:PROCESS(COUNTER,TEMP) BEGIN

COUNTER<=CONV_INTEGER(COUNT);

CASE COUNTER IS----通过计数器输入信号控制状态

WHEN 1=>CASE TEMP IS----在每个状态内部设置数码管扫描过程，由于COUNTER和----扫描时钟不同

----则可在数码管上同时显示4个数字，以状态1 ----（COUNTER=1）为例

----显示“1924”，并在共阴极上扫描，以下同 ----共标记50种状态

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BEGIN

COUNTER<=CONV_INTEGER(COUNT);

IF(CLK'EVENT AND CLK='1')THEN

IF(TEMP=3)THEN

TEMP<=0; TEMP<=TEMP+1; ELSE END IF;

END IF;

END PROCESS P1;

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WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"1001\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0100\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 2=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"1000\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0011\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 3=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0111\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 4=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0110\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 5=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0101\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 6=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0100\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"1001\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 7=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0011\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"1000\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 8=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"101111\";

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WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0111\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 9=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0110\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 10=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0101\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 11=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"1001\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0100\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 12=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"1000\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0011\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 13=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0111\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 14=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0110\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 15=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0101\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111110\";

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END CASE; WHEN 16=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0100\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"1001\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 17=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0011\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"1000\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 18=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0111\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 19=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0110\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 20=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0101\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 21=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0100\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0100\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 22=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0011\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0011\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 23=>CASE TEMP IS

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WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 24=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 25=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"101111\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111110\"; END CASE; WHEN 26=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"1001\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0100\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 27=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"1000\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0011\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 28=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0111\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 29=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0110\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"101110\"; END CASE; WHEN 30=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0101\";CAT<=\"111110\";

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WHEN 2=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 31=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0100\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"1001\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 32=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0011\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"1000\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 33=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0111\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 34=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0110\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 35=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0101\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 36=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"1001\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0100\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 37=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"1000\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0011\";CAT<=\"101111\";

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END CASE; WHEN 38=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0111\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 39=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0110\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 40=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0101\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 41=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0100\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"1001\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 42=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0011\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"1000\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 43=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0111\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 44=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0110\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 45=>CASE TEMP IS

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数字系统与逻辑设计实验-----课题1.4.2：交通灯控制器

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0101\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 46=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0100\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0100\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 47=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0011\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0011\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 48=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0010\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 49=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0001\";CAT<=\"101111\"; END CASE; WHEN 50=>CASE TEMP IS

WHEN 0=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111101\"; WHEN 1=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"111110\"; WHEN 2=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"011111\"; WHEN 3=>NUM_IN<=\"0000\";CAT<=\"101111\"; END CASE; END CASE; END PROCESS P2; NUMIN<=NUM_IN; CAT_TEMP<=CAT; END COUNTSHOW; 

Bian_ma_6----控制数码管显示模块 library ieee;

use ieee.std_logic_11.all; entity bian_ma_6 is

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数字系统与逻辑设计实验-----课题1.4.2：交通灯控制器

port(

cat_temp: in std_logic_vector(5 downto 0); b_out : out std_logic_vector(2 downto 0)); end bian_ma_6;

architecture beha of bian_ma_6 is begin

process(cat_temp) begin

case cat_temp is

when\"011111\"=>b_out<=\"000\";--1 when\"101111\"=>b_out<=\"001\";--2 when\"111101\"=>b_out<=\"100\";--5 when\"111110\"=>b_out<=\"101\";--6 when others=>null; end case; end process; end beha;

 SHOW.vhd----数码管显示译码模块 LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_11.ALL;

ENTITY SHOW IS PORT( NUM_IN:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);----数码管数字信号输入 NUM:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0)----7端数码管输出 ); END SHOW;

ARCHITECTURE SHOWTIME OF SHOW IS

SIGNAL NUM_OUT:STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0):=\"0110000\"; BEGIN PROCESS(NUM_IN)----译码过程 BEGIN CASE NUM_IN IS WHEN \"0000\"=>NUM_OUT<=\"1111110\";----0 WHEN \"0001\"=>NUM_OUT<=\"0110000\";----1 WHEN \"0010\"=>NUM_OUT<=\"1101101\";----2 WHEN \"0011\"=>NUM_OUT<=\"1111001\";----3 WHEN \"0100\"=>NUM_OUT<=\"0110011\";----4 WHEN \"0101\"=>NUM_OUT<=\"1011011\";----5 WHEN \"0110\"=>NUM_OUT<=\"1011111\";----6 WHEN \"0111\"=>NUM_OUT<=\"1110000\";----7 WHEN \"1000\"=>NUM_OUT<=\"1111111\";----8 WHEN \"1001\"=>NUM_OUT<=\"1111011\";----9 WHEN OTHERS=>NUM_OUT<=\"0000000\";----其他状态不显示 END CASE; END PROCESS; NUM<=NUM_OUT; END;

五．功能说明

1. 南北和东西方向各有一组红，黄，绿，各自的持续时间分别为25s,5s,20s。2. 当有特殊紧急情况时，两个方向均为红灯，计时暂停。

当特殊情况结束后，控制器恢复原来状态，继续正常工作。

3. 用数码管，以倒计时方式显示两个方向允许通行或禁止通行的剩余时间。 4. 当拨码开关置复位为高电平时，可恢复初始状态，重新计时。 六．元器件清单及资源利用情况 1.元器件清单

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数字系统与逻辑设计实验-----课题三：交通灯控制器

 稳压电源  计算机  实验板一块  Quartus II 2.资源利用情况 （1）管脚分配

八．总结和结论

（一）总结

本次实验室对上学期所学的VHDL和QUARTUSII的知识的巩固和应用，通过对一个综合性的课题的分析、设计、编写代码、调试和实践来检验学习的成果和提高思考能力和动手实践能力。并且，我们在实验课中继续学习了综合性课题的设计方法----自顶向下的设计方法，从单一性的设计到模块化的设计，在深入理解VHDL语言的同时，锻炼了个人的逻辑思维和设计能力，提高了个人的自学能力个学习素质。虽然在设计的过程中也会出现一些问题，但是通过小组成员的交流和对程序的调试和改进，最终成功完成了课题任务的设计和实践，基本上算是一次成功的实验经历。 （二）结论

本次实验是对VHDL语言的深入学习，主要学习并实践了VHDL的自顶向下的设计方法。在学习和实践的过程中，体会到各种语言的共同性。如C++高级语言程序设计也是利用自顶向下的设计方法来完成课题功能的设计，从这一点可以看出各个高级语言的逻辑互通性。这给我们今后的思维和学习一个很大的启示。

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