Verilog_HDL的交通灯控制器设计

交通信号灯控制器

课程设计报告

2015-2016学年第2学期

课程设计名称：电子综合设计EDA课程设计

院（系）：电子信息学院

专业：电子信息工程班级：电子1313 姓名： xx 学号： 1310034303xx

综合实验时间： 2016/7/11-2016/7/15

指导教师：钟旭

提交时间： 2016/7/15

上海电机学院课程设计任务书

目录

第一章设计原理 (4)

1.1设计要求 (4)

1.2设计思路和原理 (4)

1.3实现方法 (4)

第二章Verilog HDL程序设计 (6)

2.1整体设计 (6)

2.2 具体设计 (7)

第三章仿真测试 (7)

3.1 波形仿真 (8)

第四章设计总结 (11)

第一章设计原理

1.1设计要求

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。能实现特殊状态的功能显示。[1]

1.2设计思路和原理

(1) 主、支干道用传感器检测车辆到来情况，实验电路用逻辑开关代替。

(2) 选择1HZ时钟脉冲作为系统时钟。

(3) 45s、25s、5s定时信号可用顺计时，也可用倒计时，计时起始信号由主控电路给出，每当计满所需时间，启、闭三色信号灯，并启动另一计时电路。

(4) 交通灯状态变化如表1及图1所示:

表1 交通灯状态图

检测到支状态2

状态1

状态0

Emergency

路无行人和车辆

图1 交通灯状态图

(5) 交通灯设计输入信号4个：CLK(时钟)，EN(使能)，EMERGENCY(紧急)，BCHECK(检测) ；输出信号4个：LAMPA(主干道信号灯)，LAMPB(支干道信号灯)，ACOUNT(主干道计数器)，BCOUNT(支干道计数器)。交通灯控制原理如图2所示。

图2 交通灯原理图

1.3实现方法

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。[2]

第二章 Verilog HDL 程序设计

2.1整体设计

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：

状状状状状状状状状状状状00

状状10

状状11状状01状状状状状状状状状状状状状状状

状状状状状状状状状状

状状状状状状状状状状状状状状状001100010

010001010

100010

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rst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。

2.2 具体设计

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；

rst：复位信号，为1的话，控制及技术回到初始状态；

hoid：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。

详细设计步骤：

(1) 确定4个输入信号与4个输出信号，具体见图2；

(2) 将50MHZ时钟分频为1MHZ；

(3) 设计红黄绿3中信号灯切换的时间及顺序；

(4) 设计支路检测状态下的信号灯切换；

(5) 设计紧急(EMERGENCY)状态下信号灯的切换；

(6) 程序使用3always块[1]，详细代码如下：

总体程序见程序清单所示

第三章仿真测试

3.1 波形仿真

在仿真软件下创建工程，新建编辑设计文件，将程序输入，整体编译后，新建波形仿真文件。设置仿真时间，时钟周期，输入输出端口，进行波形仿真。具体仿真波形图及说明如下所示：

仿真截止时间：100us；

时钟：clk 1us，qclk 0.1us

3.1.1 正常工作时波形仿真图

图4没有紧急情况时主干道和支干道的信号灯的显示状态

图5没有紧急情况时主干道和支干道的信号灯的显示状态