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十字路口交通灯控制电路实验
发布时间：2024-06-05 |
一、 实验目的
1、 了解交通灯的燃灭规律。
2、 了解交通灯控制器的工作原理。
3、 熟悉VHDL语言编程，了解实际设计中的优化方案。
二、 实验原理
交通灯的显示有很多方式，如十字路口、丁字路口等，而对于同一个路口又有很多不同的显示要求，比如十字路口，车辆如果只要东西和南北方向通行就很简单，而如果车子可以左右转弯的通行就比较复杂，本实验仅针对最简单的南北和东西直行的情况。
要完成本实验，首先必须了解交通路灯的燃灭规律。本实验需要用到实验箱上交通灯模块中的发光二极管，即红、黄、绿各三个。依人们的交通常规，“红灯停，绿灯行，黄灯提醒”。其交通灯的燃灭规律为：初始态是两个路口的红灯全亮，之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西方向通车，延时一段时间后，东西路口绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北方向开始通车，延时一段时间后，南北路口的绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，重复上述过程。
在实验中使用8个七段码管中的任意两个数码管显示时间。东西路和南北路的通车时间均设定为20s。数码管的时间总是显示为19、18、17……2、1、0、19、18……。在显示时间小于3秒的时候，通车方向的黄灯闪烁。
三、 实验内容
本实验要完成任务就是设计一个简单的交通灯控制器，交通灯显示用实验箱的交通灯模块和七段码管中的任意两个来显示。系统时钟选择时钟模块的1464Hz时钟，黄灯闪烁时钟要求为2Hz，七段码管的时间显示为1Hz脉冲，即每1s中递减一次，在显示时间小于3秒的时候，通车方向的黄灯以2Hz的频率闪烁。系统中用核心板的RST按键进行复位。
四、 实验步骤
1、 打开QUARTUSII软件，新建一个工程。
2、 建完工程之后，再新建一个VHDL File，打开VHDL编辑器对话框。
3、 按照实验原理和自己的想法，在VHDL编辑窗口编写VHDL程序，用户可参照光盘中提供的示例程序。
4、 编写完VHDL程序后，保存起来。方法同实验一。
5、 对自己编写的VHDL程序进行编译并仿真，对程序的错误进行修改。直到完全通过。
6、 编译仿真无误后，根据用户自己的要求进行管脚分配。分配完成后，再进行全编译一次，以使管脚分配生效。
7、 根据实验内容用实验导线将上面管脚分配的FPGA管脚与对应的模块连接起来。
8、 用下载电缆通过JTAG口将对应的sof文件加载到FPGA中。观察实验结果是否与自己的编程思想一致。
五、 实验结果与现象
以设计的参考示例为例，当设计文件加载到目标器件后。交通灯模块的红、绿、黄LED发光管会模拟实际中的交通信号灯的变化。此时，数码管上显示通行的时间的到计时。当到计时到5秒时，黄灯开始闪烁。到0秒时红绿灯开始转换，倒计时的时间恢复至20秒。按下按键开关K1则从头开始显示和计数。
六、 实验报告
1、 绘出仿真波形，并作说明。
2、 试编写能手动控制交通灯通行时间的交通灯控制器。
3、 将实验原理、设计过程、编译仿真波形和分析结果、硬件测试结果记录下来。
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本企业设计开发的模型为实际十字路口现况按比例微缩而成，主要由仿真实物建筑模型、车辆实物模型、道路模型及交通指挥灯等部件组成。有电源指示和控制、启/停按钮、手/自动按钮、行人呼叫按钮、四方向红/黄/绿灯点阵指示模块（具有东西南北十二方向显示）、四方向数码倒计时显示模块，车辆行进声光指示（不同方向的车行进时可用不同的声音及指示灯进行指示）等。控制器采用；三菱主机为FX1N-24MR 内置开关量I/O（14路开关量输入/10路数字量输出）＋FX2N-8EYR（8路数字量输出）。选用的主机功能齐全，性能优越。实训操作灵活方便，能满足大中专院校、职业技术学校、职教中心可编程控制器技术的教学、课程设计和毕业设计。 |
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