数字系统设计

东南大学自动化学院

《数字系统课程设计》

专业综合设计报告

姓名：学号：

专业：实验室：

组别：同组人员：

设计时间：年月日——年月日评定成绩：审阅教师：

目录一．课程设计的目的与要求

二．原理设计

三．架构设计

四．方案实现与测试

五．分析与总结

一. 专业综合设计的目的与要求（含设计指标）

主干道与乡村公路十字交叉路口在现代化的农村星罗棋布，为确保车辆安全、迅速地通过，在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。红灯禁止通行；绿灯允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间行驶到禁行线之外。主干道和乡村公路都安装了传感器，检测车辆通行情况，用于主干道的优先权控制。

设计任务与要求

（1）当乡村公路无车时，始终保持乡村公路红灯亮，主干道绿灯亮。

（2）当乡村公路有车时，而主干道通车时间已经超过它的最短通车时间时，禁止主干道通行，让乡村公路通行。主干道最短通车时间为25s 。

（3）当乡村公路和主干道都有车时，按主干道通车25s，乡村公路通车16s交替进行。（4）不论主干道情况如何，乡村公路通车最长时间为16s。

（5）在每次由绿灯亮变成红灯亮的转换过程中间，要亮5s时间的黄灯作为过渡。

（6）用开关代替传感器作为检测车辆是否到来的信号。用红、绿、黄三种颜色的发光二极管作交通灯。

要求显示时间，倒计时。

二. 原理设计（或基本原理）

本设计采用Verilog HDL语言，用ONE HOT状态机编码表示交通灯控制器的四个状态（状态一：0001，状态二：0010，状态三：0100，状态四：1000）：

主干道红灯，显示5秒；乡村干道黄灯，显示5秒——（0001）

主干道红灯，显示21秒；乡村干道绿灯，显示16秒——（0010）

主干道黄灯，显示5秒；乡村干道红灯，显示5秒——（0100）

主干道绿灯，显示25秒；乡村干道红灯，显示30秒——（1000）

设置两个外部控制条件：重置（set）；乡村干道是否有车（c——c=1表示无车；c=0表示有车）

设置一个内部控制条件：时间是否计满（state——state=0表示计数完成；state=1表示计数没有完成）

系统流程图如下：

註：mlight 代表主干道红绿黄灯的亮灭，clight 代表乡村干道红绿黄灯的亮灭

整个描述如下：当set 由0变为1时，主干道为黄灯，乡村干道为红灯，各显示5秒，此时为第一阶段，当五秒倒计时完成时，state 由1变为0，进入第二阶段。此时主干道为红灯，乡村干道为绿灯，分别显示时间为21秒和16秒，当倒计时完成，state 由1变为0，进入第三阶段，或者如果此时乡村干道没有车，即c=0时，不需要倒计时完成，即state 可以为1，直接进入第三阶段，此时主干道为红灯，乡村干道为黄灯，分别显示时间为五秒，倒计时完成后，进入第四阶段，此时主干道为绿灯，乡村干道为红灯，分别显示时间为25秒和30秒，如果此时乡村干道没有车，即c=0时间将会一直卡在25秒和30秒不变，直到乡村干道开始有车时才开始倒计时，并在倒计时完成后，又进入第一阶段，进入下一次的循环。

Set=1

交通灯控制器框图

三. 方案论证（架构设计）

顶层的block 图

Set

C

Clk 100——绿灯

010——黄灯

001——红灯

100——绿灯 010——黄灯 001——红灯

仿真波形为：

分频器：获取适合的时钟信号

主模块：控制各个状态的转换

数码管显示模块：显示主干道和乡村干道的时间

具体设计如下：

1、分频器（clk_in为输入时钟频率，clk_out为输出时钟频率）

分频器源代码：

module fenpin(clk_in, clk_out);

input clk_in;

output clk_out;

reg clk_out;

reg[24:0] cnter;

always @(posedge clk_in)

begin

if (cnter<2000000)

begin cnter = cnter + 1; end

else cnter = 0;

if (cnter == 2000000)

begin clk_out = 'b1;end

else clk_out = 'b0;

end

endmodule

输入输出说明：

Set——重置，set=1，交通灯开始工作

C ——乡村干道是否有车，c=1表示无车；c=0表示有车

Clk——输入时钟信号

Mlight[2..0]——主干道交通灯的亮灭，100代表绿灯亮，010代表黄灯亮，001代表红灯亮Clight[2..0]——乡村干道交通灯的亮灭，100代表绿灯亮，010代表黄灯亮，001代表红灯亮Mch[3..0]——主干道交通灯的高位数字

Mcl[3..0]——主干道交通灯的低位数字

Cch[3..0]——乡村干道交通灯的高位数字

Ccl[3..0]——乡村干道交通灯的低位数字

源代码：

module jiaotongdeng(set,c,clk,mlight,clight,mch,cch,mcl,ccl);

input set,c,clk;

output[2:0] mlight,clight;

output[3:0] mch,mcl,cch,ccl;

reg[2:0] mlight,clight;

reg[3:0] mch,mcl,cch,ccl;

reg[7:0] mc,cc;

reg state;

reg[3:0] tab;

always @(posedge clk)