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EDA实验报告,实验四——交通灯控制器设计与实现

范文网2025-05-19 15:23范文大全1134

在电子设计自动化(EDA)的广阔领域中,交通灯控制器设计是一个经典且富有实践意义的实验项目,本实验旨在通过硬件描述语言(HDL)如Verilog或VHDL,结合EDA工具,设计并实现一个基本的交通灯控制系统,该系统能够模拟现实生活中的交通信号灯控制逻辑,包括红灯、黄灯、绿灯的切换顺序及时间控制,从而加深对数字系统设计流程的理解与掌握。

EDA实验报告,实验四——交通灯控制器设计与实现

实验目的

1、掌握:Verilog/VHDL编程语言及EDA工具的基本使用方法。

2、理解:组合逻辑电路与时序逻辑电路的设计原理。

3、实践:设计并实现一个具有基本功能的交通灯控制器。

4、培养:系统分析与调试能力,以及解决实际工程问题的能力。

实验原理

交通灯控制系统通常包括三个主要状态:红灯、黄灯、绿灯,每个状态持续一定的时间后切换到下一个状态,形成一个循环,为了简化设计,我们假设不考虑行人按钮等复杂功能,仅关注基本的交通灯控制逻辑。

状态定义:

红灯:表示车辆停止,持续时间为30秒。

黄灯:警示车辆即将变为红灯,持续时间为5秒。

绿灯:允许车辆通行,持续时间为15秒。

状态转换图:

    +--------+    +--------+    +--------+
    |  Red   |-->| Yellow |-->|  Green |--> Red ...
    +--------+    +--------+    +--------+
        30s       5s          15s

实验步骤

1. 环境搭建与工具选择

软件:使用Xilinx Vivado或Altera Quartus等EDA软件。

硬件:可选FPGA开发板(如Xilinx Spartan系列、Altera Cyclone系列)。

编程语言:Verilog或VHDL。

2. 设计模块划分

时钟分频模块:用于生成系统所需的定时信号(如每秒的时钟信号)。

状态寄存器模块:存储当前交通灯状态(红灯、黄灯、绿灯)。

状态转换控制模块:根据当前状态和时间控制状态转换。

输出控制模块:将状态信息转换为对应的交通灯控制信号(高电平表示灯亮,低电平表示灯灭)。

3. 编写代码实现

以下是一个基于Verilog的示例代码框架:

module TrafficLightController(
    input wire clk,       // 系统时钟输入
    input wire reset,     // 复位信号
    output reg red,       // 红灯输出
    output reg yellow,    // 黄灯输出
    output reg green      // 绿灯输出
);
// 定义状态编码
localparam [2:0] RED = 3'b001, YELLOW = 3'b010, GREEN = 3'b100;
localparam [7:0] RED_TIME = 8'd30, YELLOW_TIME = 8'd5, GREEN_TIME = 8'd15; // 时间计数(秒)
localparam TOTAL_TIME = RED_TIME + YELLOW_TIME + GREEN_TIME; // 总周期时间(秒)
reg [2:0] current_state; // 当前状态寄存器
reg [7:0] counter;      // 时间计数器
reg [7:0] total_count;  // 总周期计数器(用于复位)
integer i;              // 循环变量(用于生成定时信号)
// 时钟分频模块(假设系统时钟频率为50MHz,需要生成1Hz信号)
always @(posedge clk or posedge reset) begin
    if (reset) begin
        counter <= 0;
        total_count <= 0;
        current_state <= RED; // 默认初始状态为红灯
    end else begin
        if (counter == TOTAL_TIME - 1) begin // 达到总周期时间,重置所有计数器及状态寄存器
            counter <= 0; total_count <= 0; current_state <= RED; end // 重置并回到初始状态(红灯)
        end else if (counter == RED_TIME - 1) begin // 从红灯切换到黄灯的条件检查...依此类推... end... end... end... } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } { { { { { { { { { { { { { { { { { { { { |  省略部分代码以节省空间...请根据实际需要补充完整...}  }  }  }  }  }  }  }  }  }  }  }  }  }  }  }  }  }  }  }  }  }  }  }  |  |  |  |  |  |

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