基于FPGA实现的交通灯控制器.doc

基于FPGA实现的交通灯控制器 一、实验室名称 通信实验室(实训楼二楼) 二、实训内容 本实验为Verilog HDL的程序设计仿真，通过实验掌握状态机，时序CLK的控制模块，及时序同步的控制方式。 实验题目：基于FPGA实现的交通灯控制器 实验要求：1.LED灯显示交通灯状态。 2.7段数码管显示当前状态剩余时间。 状态要求：1.主干道绿灯亮35s支道绿灯亮25s。 2.当主干道绿灯亮时，支道亮红灯。 3.由绿灯转红灯时，黄灯亮5s。 三、实训步骤 3.1设计思路和原理 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： 3.2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，用两个7段数码管显示主干道上的交通灯剩余时间，控制时钟由试验箱上频率信号提供。 3.3整体设计 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： 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。 3.4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 //实验箱 1K Hz的时钟计时 g1,g2,r1,r2,y1,y2; //g、r、y依次为绿green红red黄灯yellow，1为主干道,2为支道 smg; //定义一个smg，用于控制数码管输出数值 led; //led控制使用的数码管 state,next_state; //状态控制 ctrl; //定义一个ctrl，用于控制数码管显示smg1或smg2的值 a; //定义一个a，用于判断在当前状态下，是进行数值初始化，还是计时 smg1,smg2; //smg1为个位，smg2为十位 clk1m; //计数1秒 cnt; //产生1秒 3.4.1画出状态图 3.4.2写出状态表 g1 g2 r1 r2 y1 y2 smg1 smg2 State0 1 0 0 1 0 0 0101 0011 State1 0 0 0 1 1 0 0101 0000 State2 0 1 1 0 0 0 0101 0010 State3 0 0 1 0 0 1 0101 0000 3.4.3写出程序 3.4.3.1输入输出及中间变量设置如下： module qiuge80fen(clk,g1,g2,r1,r2,y1,y2,smg,led); input clk; output reg g1,g2,r1,r2,y1,y2; //g、r、y依次为绿、红、黄灯，1为主干道，2为支道 output reg[7:0] smg; //smg控制数码管输出数值 output reg[1:0] led; //led控制使用的数码管 reg[1:0]state,next_state; //状态控制 reg[3:0] ctrl; //ctrl为控制数码管显示smg1或smg2的值 reg a; //a用来判断在当前状态下，是进行数值初始化，还是计时 reg[3:0] smg1,smg2; //smg1为个位，smg2为十位 reg clk1m; //计数1秒 reg[8:0] cnt; //产生1秒 parameter state0=2b00,state1=2b01,state2=2b10,state3=2b11;//定义状态机 3.4.3.2