verilog_HDL交通灯控制电路.doc

青 岛 农 电子设计自动化及专用集成电路课程设计 设 计 题 目 学生专业班级 通信工程2008级1班 学生姓名（学号） 孙鹏飞 指 导 教 师 完 成 时 间 实 习（设计）地点 工程楼405 2011 年 9 月 9 日 一、课程设计目的和任务 课程设计目的：本次课程设计是在学生学习完数字电路、模拟电路、电子设计自动化的相关课程之后进行的。通过对数字集成电路或模拟集成电路的模拟与仿真等，熟练使用相关软件设计具有较强功能的电路，提高实际动手，为将来设计大规模集成电路打下基础。 课程设计任务：设计一个交通控制器，用LED显示灯表示交通状态，并以7段数码显示器显示当前状态剩余秒数 主干道绿灯亮时，支干道红灯亮；反之亦然，二者交替允许通行，主干道每次放行35s，支干道每次放行25s。每次由绿灯变为红灯的过程中，亮光的黄灯作为过渡，黄灯的时间为5s。能进行特殊状态显示，特殊状态时东西、南北路口均显示红灯状态。用LED灯显示倒计时，并且能实现总体清零功能，计数器由初始状态开始计数，对应状态的显示灯亮。 二、分析与设计 1、设计任务分析 本次设计是针对十字路口，进行南北和东西直行情况下交通灯控制。设定东西方向为主干道方向，根据交通灯的亮的规则，在初始状态下四个方向的都为红灯亮启，进入正常工作状态后，当主干道上绿灯亮时，支干道上红灯亮，持续35S后，主干道和支干道上的黄灯都亮启，持续5S后，主干道上红灯亮启，支干道上绿灯亮启持续25S，之后主干道和支干道上的黄灯都亮启5s，一个循环完成。循环往复的直行这个过程。其过程如下图所示： 图1.交通灯点亮时间控制说明 2、设计方案论证 本次采用文本编辑法，即利用Verilog HDL语言描述交通控制器，通过状态机计数法，实现设计所要求的交通灯控制及时间显示。设计中用两组红黄绿LED模拟两个方向上的交通灯，用4个7段数码管分别显示两个方向上的交通灯剩余时间，控制时钟由试验箱上频率信号提供。 根据上章设计原理，交通灯控制的关键是各个状态之间的转换和进行适当的时间延时，根据状态机的设计规范，本次设计了三个状态之间的循环转化，其真值表及状态转化图如下所示： 图2.交通灯控制状态转化 说明：该状态图为交通灯在正常情况下的状态转化图，进入控制后，状态00时主干道绿灯及支干道红灯亮起，进入状态01后两路黄灯亮起，状态11时主干道红灯及支干道绿灯亮起。进入10状态两路黄灯亮起。结束一个循环，从00状态重新开始循环。 为实现控制与显示的功能，需要设计交通灯点亮顺序控制程序，倒数计时程序，七段数码管显示程序，数码管显示扫描程序，其系统结构图如下所示： 图3.交通灯控制系统结构图 其中reset为复位信号，clk为时钟信号，hold为特殊情况控制信号,输入hold时两个方向红灯无条件亮起。 3、详细设计 根据整体设计要求，编写各个功能部分Verilog HDL程序，设置各输入输出变量说明如下 clk： 为计数时钟； qclk：为扫描显示时钟； en： 使能信号，为1 的话，则控制器开始工作； reset： 复位信号，为1的话，控制及技术回到初始状态； hold：特殊情况控制信号，为1的话，则两个方向无条件显示为红灯； light1： 控制主干道方向四盏灯的亮灭；其中，light1[0]~light[2]，分别控制主干道方向的 绿灯、黄灯和红灯； light2： 控制支干道方向四盏灯的亮灭；其中，light2[0] ~ light2[2]，分别控制支干道方向的 绿灯、黄灯和红灯； num1： 用于主干道方向灯的时间显示，8 位，可驱动两个数码管； num2： 用于支干道方向灯的时间显示，8 位，可驱动两个数码管； counter：用于数码管的译码输出； st1，st2：数码管扫描信号 。 输入输出及中间变量设置如下： module traffic(en,clk,qclk,reset,reset1,hold,num1,num2,light1,light2,counter,st1,st2); input en,clk,qclk,reset,hold,reset1; output st1,st2; output[7:0] num1,num2; output[6:0]counter; output[2:0] light1,light2; reg tim1,tim2,st1,st2; reg[1:0]state1,state2,