1． 了解交通燈的亮滅規律。
2． 了解交通燈控制器的工作原理。
3． 熟悉VHDL語言編程，了解實際設計中的優化方案。
二 硬件需求
1．EDA/SOPC實驗箱壹臺。
三 實驗原理
交通燈的顯示有很多方式，如十字路口、丁字路口等，而對於同壹個路口又有很多不同的顯示要求，比如十字路口，車子如果只要東西和南北方向通行就很簡單，而如果車子可以左右轉彎的通行就比較復雜，本實驗僅針對最簡單的南北和東西直行的情況。
要完成本實驗，首先必須了解交通路燈的亮滅規律。本實驗需要用到實驗箱上交通燈模塊中的發光二極管，即紅、黃、綠各三個。依人們的交通常規，“紅燈停，綠燈行，黃燈提醒”。其交通燈的亮滅規律為：初始態是兩個路口的紅燈全亮，之後東西路口的綠燈亮，南北路口的紅燈亮，東西方向通車，延時壹段時間後，東西路口綠燈滅，黃燈開始閃爍。閃爍若幹次後，東西路口紅燈亮，而同時南北路口的綠燈亮，南北方向開始通車，延時壹段時間後，南北路口的綠燈滅，黃燈開始閃爍。閃爍若幹次後，再切換到東西路口方向，重復上述過程。
在實驗中使用8個七段碼管中的任意兩個數碼管顯示時間。東西路和南北路的通車時間均設定為20s。數碼管的時間總是顯示為19、18、17……2、1、0、19、18……。在顯示時間小於3秒的時候，通車方向的黃燈閃爍。
四 實驗內容
本實驗要完成任務就是設計壹個簡單的交通燈控制器，交通燈顯示用實驗箱的交通燈模塊和七段碼管中的任意兩個來顯示。系統時鐘選擇時鐘模塊的1KHz時鐘，黃燈閃爍時鐘要求為2Hz，七段碼管的時間顯示為1Hz脈沖，即每1s中遞減壹次，在顯示時間小於3秒的時候，通車方向的黃燈以2Hz的頻率閃爍。系統中用S1按鍵進行復位。
五 實驗步驟
完成交通燈控制器的實驗步驟如下：
1．首先打開Quartus II軟件，新建壹個工程，並新建壹個VHDL File。
2．按照自己的想法，編寫VHDL程序.
3．對自己編寫的VHDL程序進行編譯並仿真。
4．仿真無誤後，根據附錄壹的引腳對照表，對實驗中用到時鐘、七段碼顯示及交通燈模塊的LED對應的FPGA引腳進行管腳綁定，然後再重新編譯壹次。
5．用下載電纜通過JTAG接口將對應的sof文件下載到FPGA中。
6．觀察交通燈控制器的工作是否滿足實驗要求。
註意:此實驗需管腳復用
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library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_arith.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
--------------------------------------------------------------------
entity exp18 is
port( Clk : in std_logic; --時鐘輸入
Rst : in std_logic; --復位輸入
R1,R2 : out std_logic; --紅燈輸出
Y1,Y2 : out std_logic; --黃燈輸出
G1,G2 : out std_logic; --綠燈輸出
Display : out std_logic_vector(7 downto 0); --七段碼管顯示輸出
SEG_SEL : buffer std_logic_vector(2 downto 0) --七段碼管掃描驅動
);
end exp18;
--------------------------------------------------------------------
architecture behave of exp18 is
signal Disp_Temp : integer range 0 to 15;
signal Disp_Decode : std_logic_vector(7 downto 0);
signal SEC1,SEC10 : integer range 0 to 9;
signal Direction : integer range 0 to 15;
signal Clk_Count1 : std_logic_vector(9 downto 0); --產生0.5Hz時鐘的分頻計數器
signal Clk1Hz : std_logic;
signal Dir_Flag : std_logic; --方向標誌
begin
process(Clk)
begin
if(Clk'event and Clk='1') then
if(Clk_Count1<1000) then
Clk_Count1<=Clk_Count1+1;
else
Clk_Count1<="0000000001";
end if;
end if;
end process;
Clk1Hz<=Clk_Count1(9);
process(Clk1Hz,Rst)
begin
if(Rst='0') then
SEC1<=0;
SEC10<=2;
Dir_Flag<='0';
elsif(Clk1Hz'event and Clk1Hz='1') then
if(SEC1=0) then
SEC1<=9;
if(SEC10=0) then
SEC10<=1;
else
SEC10<=SEC10-1;
end if;
else
SEC1<=SEC1-1;
end if;
if(SEC1=0 and SEC10=0) then
Dir_Flag<=not Dir_Flag;
end if;
end if;
end process;
process(Clk1Hz,Rst)
begin
if(Rst='0') then
R1<='1';
G1<='0';
R2<='1';
G2<='0';
else --正常運行
if(SEC10>0 or SEC1>3) then
if(Dir_Flag='0') then --橫向通行
R1<='0';
G1<='1';
R2<='1';
G2<='0';
else
R1<='1';
G1<='0';
R2<='0';
G2<='1';
end if;
else
if(Dir_Flag='0') then --橫向通行
R1<='0';
G1<='0';
R2<='1';
G2<='0';
else
R1<='1';
G1<='0';
R2<='0';
G2<='0';
end if;
end if;
end if;
end process;
process(Clk1Hz)
begin
if(SEC10>0 or SEC1>3) then
Y1<='0';
Y2<='0';
elsif(Dir_Flag='0') then
Y1<=Clk1Hz;
Y2<='0';
else
Y1<='0';
Y2<=Clk1Hz;
end if;
end process;
process(Dir_Flag)
begin
if(Dir_Flag='0') then --橫向
Direction<=10;
else --縱向
Direction<=11;
end if;
end process;
process(SEG_SEL)
begin
case (SEG_SEL+1) is
when "000"=>Disp_Temp<=Direction;
when "001"=>Disp_Temp<=Direction;
when "010"=>Disp_Temp<=SEC10;
when "011"=>Disp_Temp<=SEC1;
when "100"=>Disp_Temp<=Direction;
when "101"=>Disp_Temp<=Direction;
when "110"=>Disp_Temp<=SEC10;
when "111"=>Disp_Temp<=SEC1;
end case;
end process;
process(Clk)
begin
if(Clk'event and Clk='1') then --掃描累加
SEG_SEL<=SEG_SEL+1;
Display<=Disp_Decode;
end if;
end process;
process(Disp_Temp) --顯示轉換
begin
case Disp_Temp is
when 0=>Disp_Decode<="00111111"; --'0'
when 1=>Disp_Decode<="00000110"; --'1'
when 2=>Disp_Decode<="01011011"; --'2'
when 3=>Disp_Decode<="01001111"; --'3'
when 4=>Disp_Decode<="01100110"; --'4'
when 5=>Disp_Decode<="01101101"; --'5'
when 6=>Disp_Decode<="01111101"; --'6'
when 7=>Disp_Decode<="00000111"; --'7'
when 8=>Disp_Decode<="01111111"; --'8'
when 9=>Disp_Decode<="01101111"; --'9'
when 10=>Disp_Decode<="01001000"; --'='
when 11=>Disp_Decode<="00010100"; --'||'
when others=>Disp_Decode<="00000000"; --全滅
end case;
end process;
end behave;