verilog交通灯设计与实现

西北工业大学《FPGA技术实验》实验报告五（交通灯控制系统）

学院：软件与微电子学院

学号：

姓名：

专业：微电子学

实验时间： 2011.11.23 实验地点：毅字楼335 指导教师：王少熙

西北工业大学

2011年11月

图1 七段数码管显示字段的示意图

2.总体设计框图及详细说明

程序总体设计框图如图2所示。

图2 程序总体设计框图

下面将对所做的系统框图进行详尽说明：

首先，输入的50MHz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很大，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，正如1问所述，用case 语句控制三灯亮与灭，紧跟着进行倒计时的过程，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，reset 信号是清零用的，在有时钟信号的地方就有reset 。

3.时序说明

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59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。经过60s（也就是经过60*50M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9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的时钟控制端，1秒内只有半秒，黄灯是亮的，从9秒到8.5秒之间黄灯是亮的，然后8.5到8是灭的，如此继续下去，知道10秒结束。又经过10s（70*50M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。

主要的时序是在三个灯不同状态之间跳转，这也是本程序的关键，他们之间的转换关系如图3所示。

图3 时序状态转化图

图5 控制模块框图

输入：sysclk_50MHz 全局时钟信号，50MHz

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60秒，之后黄灯也会亮（闪烁在译码模块实现）10秒，然后就是红灯亮60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。

译码模块框图如图6所示：

图6 译码模块框图

输入端口： sysclk_50MHz 全局时钟信号，50MHz

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时序说明：

此模块接受（系统时钟）sysclk_50MHz 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），；对 [3:0]din_10s （显示器十位数

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。

图7 modelsim仿真结果关键点展示（绿灯）

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08，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。