简易交通灯控制电路

程序总体设计
分频 1hz 时钟 控制 各 个 状 系 统 时 钟 信 号 分频 分频时钟 态 转 变 个位 十位 七段译码 七段译码
黄灯闪烁控制
绿红亮 65s 黄闪 5s
全局控制信号 reset
首先，输入的10Hz 的系统时钟和全局控制端 reset ，输出为个位数字的七段 译码，十位数字七 段译码以及各个灯最后状态。 然后由于系统时钟 频率大，第一要进行分频，使其成为1Hz 的时钟信 号，第 二利用分频后的时钟信号对电路进行控制， 开始先对状态跳转进行控制，，用 case 语句控制 三灯亮与灭，紧跟着进行倒计时的过程。
时序说明： 此模块接受（系统时钟）sysclk_10Hz 和（全局复位）reset 的控制，均为上升沿触发， 当 reset 为高电平时，电路复位，重新开始工作。 当reset 为低电 平时，电路正常工作。 时钟上升沿 触发，对[3:0]din_1s （显示器个位数据）进行译码， 输出到 [6:0]led_data_1s（显示器个位数据的译 码）；
清零端为低 初始状态 black 第一个状态 Green Enable=0， Status=1 Enable=1
Enable=0， Status=1
Enable=0， 第三个状态 Red Status=1 第二个状态 Yellow Enable=1
Enable=1
假设在 0 时刻，加上系统时钟，首先要进行 reset 清零，这时在控制模块的 计数器会清零，三 个灯都是灭的状态，控制状态跳转的使能端enable 等于0，等待 着清零结束，开始工作；七段译码也 不会显示。 在 reset 变低之后，系统开始正常工作。 首先是分频时钟开始工作，在计数 器达到第一个 25000000 之前，分频时钟都是低电位，到 25000000 的时候分频时钟 的第一个上升沿来临， 此时状态控制开始运转，先工作的是绿灯，它会经 过从 39 到0 的倒计时过程，同时译码模块也开始 工作，颜色控制colour 是100，表征绿灯的点亮， 经七段译码，这个倒计时数字也会同步显示出来
简易交通灯控制电路
12电信2班 刘超凡 李 莹
设计要求 设计思路及步骤 仿真波形 预期结果
设计要求
完成简单十字路口直行的交通灯控制电路设计。 （1）十字路口，南北方向红：黄：绿为20s：5s：40s且可
调；
（2）工作时钟10hz； （3）各个方向的红黄绿等可用3个单色灯替代；
（4）选做黄灯1hz闪烁；
（5）完成全部流程：设计规范文档、模块设计、代码输入、 功能仿真、约束与综合、布局布线、时序仿真、下载验证 等。
设计思路
基本原理
用Verilog实现十字路口简易交通灯控制原理。南北向红黄 绿为20s：5s：40s 工作时钟10hz 黄灯1hz闪烁。Verilog语 言被广泛的应用在电路设计中。它的设计描述可被不同 的工具支持和实现。利用其自顶向下的设计方法来实现 交通灯控制原理，使道路交通正常运转。
3） 译码模块： 此模块主要有两个作用，控制黄灯闪烁以及对倒计时时间进行 译码输出。
绿灯 系 统 时 钟 控制 分 1Hz 频 产生 黄 灯 闪 烁 控 制 端 黄灯 红灯 亮 40s 闪 5s 亮 20s
各灯状态
输入
七 倒计时个位，由 控制模块输入 输入 段 译 码 器 输入 点亮对应数码管 点亮对应数码管
经过 40s（也就是经过 40*10 个系统时钟上升沿之 后）绿灯亮的时间到，会自动转到黄灯状态，黄灯 是5 到0 的倒计时过程，译码的显示跟绿灯一样， 只是黄灯的亮会加一个1Hz 的时钟控 - 4 - 制端，1 秒内只有半秒，黄灯是亮的，从 5秒到4.5 秒之间 黄灯是亮的，然后 4.5 到 3 是灭的，如此继续下去， 直到5 秒结束。又经过 5（5*10 个系统时钟上 升 沿），状态转移到红灯，然后显示及七段译码过程 与绿灯相似。至此一个周期已 经完成，接下来就 是循环执行以上步骤的过程，直到有reset 清零端 打断其正常工 作。
图 9 也是展示的黄灯在倒计时 08s 时结果，与图 8 不同的是在 color 和 y_flicker， 图 9 的light_selected 也是 010，表示此时输入信号 时黄灯在亮，然 而闪烁控制端 y_flicker 为 0，表示 此时输出的黄灯应该是灭的，实际上通过图 8 和图 9 对比可以发现，它实现了黄灯闪烁的功能（05s 的前半秒黄灯是亮的，后半 秒是灭的）。
对 [3:0]din_10s （显示器十位数据） 进行译码，输 出到 [6:0]led_data_10s （显示器十位数据的译 码） 。这两个译码输出端口最终连接到硬件上去， 实现7 段LED 数码管的显示。 时钟上升沿触发，对 哪个灯亮进行译码输出，light_sel[2]将高电平传入 到 colour[2]中，红灯开始亮，light_sel[0]将高电平 传入到 colour[0]中，绿灯开始亮。黄灯的闪烁在顶 层模块说明。
控制三个 灯亮与灭
输入：sysclk_10Hz 全局时钟信号，10Hz
Reset 全局复位端，高电平有效
输出：dout_1s 倒计时个位上数字
dout_10s 倒计时十位上数字
light_select 各个灯状态 light_select（只是控制亮与 灭，不 管黄灯闪烁）
时序说明：首先还是加上系统时钟之后，用 reset 清零，则计数器清零、所 有灯都不亮。但reset 为 1 之后模块开始工作，首先是计数器开始计数，随 之分频 时钟会根据计数器的变化而周期变化，绿 灯会先亮 40 秒，之后黄灯也会亮（闪烁 在译码模 块实现）5 秒，然后就是红灯亮20 秒，以后就是循 环以上步骤的过程， 同时在循环过程中，倒计数 的数会同步输出，各灯亮与灭状态也会同步输出。
控制模块的输出 dout_10s 倒计时十位上的数字 控 制模块的输出 y_flicker 黄灯闪烁控制端 高电平有效 图7 展示的是绿灯倒计时的某一瞬间，竖线所在的 位置是56s，这时候color 和light_selected 是100， 表示此时绿灯亮，而led_ctrl_1s 是0010000，对照 译 码表可以发现它显示的数字6，led_ctrl_10s 是 0010100，对照译码表可以发现它 显示的数字5， 十位和个位合起来就是数字56，正好与dout_10s （5）和 dout_1s （6）结果相对应。
仿真
sysclk_10Hz 系统时钟, 10Hz 为了方便，这里取2ns color 最终三灯状态 包括绿红灯亮，黄灯闪烁 light_selected 控制模块灯亮的标志 只控制亮与 不亮，不闪 led_ctrl_1s 倒计时个位七段译码 系统时钟 led_ctrl_10s 倒计时十位七段译码 系统输出 dout_1s 倒计时个位上的数字

2）控制模块： 此模块是本程序的主体，主要是控制各个灯颜色 （此模块并不控制黄灯的闪烁） 的转换，以及倒计时时间输出
系 统 时 钟 sysclk_10Hz 分频 分 频 时 钟 sub_clk_1Hz
控制
倒 计 时 各位
输出
Black Reset=0 输出
green 20s 之后 输出 倒 计 时 十位 red 5s 之后 yellow 40s 之后
第三输出个位和 十位上的数即可，要显示倒 计时是很容易实现的，直接用两个七段译码即可。 最后要控制黄灯的闪烁，还是要先产生分频时钟， 作为控制端，控制模块各灯 亮与灭作为输入，即 可产生黄灯闪烁的效果。 另外，作为全局控制端， reseHale Waihona Puke Baidu 信号是清零用的，在有时钟信号的地方就有 reset 。
时序图
时序说明：加上时钟信号之后，首先用 reset 清零， 然后控制模块会分频产 生分频时钟，根据分频时 钟的高与低，会控制各个状态之间的跳转，译码模 块会同 步通过数码管来显示倒计时数，并且会根 据译码模块黄灯闪亮控制端来输出各灯的具体状态。

1）顶层模块： 此模块只做例化，即对底层的控制模块和译码模块 进行例化，而不做逻辑设计。
图 8 展示的黄灯倒计时的某一瞬间，竖线显示的地 方，此时 color 和 light_selected 都是010，表示此 时是黄灯在亮，倒计时十位（dout_10s）和和个 位（dout_1s）合起来是05，而七段译码 led_ctrl_10s 是0001000，对照译码表可 以发现它 显示的数字0，led_ctrl_1s 是0000000，对照译码表 可以发现它显示的数字8，也与输出结果吻合，最 后一个y_flicker 为1，也表示此时黄灯可以亮。
总体上分为三个大模块，即：顶层模块、控制模块、译码模块（包括 显示模块）。
顶层模块
控制模块
译码模块
输入: sysclk 10Hz (全局时钟信号) Reset (全局复位端，高电平有效)
输出：color （最终各灯状态亮或闪）
led_ctrl_1s (个位七段译码)
led_ctrl_10s(十位七段译码

图10 展示的是红灯倒计时的某一刻，此时color 和light_selected 是100， 表示此时红灯亮，而七 段译码结果合起来是37，正好与下面的十位和 个位输出结果 一致。
实验调试结果
通过运用分频器、状态机、译码器、计数器等硬件， 最终完成直行交通灯的实现，绿灯亮40s黄灯闪烁 5s红灯亮20s。
倒计时十位，由 控制模块输入
输入端口： sysclk_10Hz 全局时钟信号，10Hz reset 全局复位端，高电平有效 din_1s 显示器个位数据，由控制模块输入
din_10s 显示器十位数据，由控制模块输入
light_sel 选择那盏灯亮，由控制模块的输入 输出端口： colour 最终显示哪盏灯亮，可与硬件相连 led_data_1s 显示器个位数据的译码 led_data_10s 显示器十位数据的译码