基于Verilog交通灯仿真系统设计与仿真

基于 Verilog 交通灯仿真系统设计与仿真姓名：班级：1501011学号: 基于 Verilog 交通灯的设计与实现1、选题意义1.1 背景介绍交通信号灯是现代交通系统中必不可少的元素，用 Verilog 语言对交通信号灯进行模拟，设计一个交通灯信号控制电路。具体要求为：输入为 50MHz 的时钟和复位信号，输出为红、绿、黄三个信号（高电平为亮）。复位信号（高电平）有效，红、绿、黄灯灭；接着进行如下循环：绿灯亮 1 分钟，黄灯闪烁 10 秒，红灯亮 1 分钟。在此基础上再加两个数码管，对倒计时的数显示。1.2 研究价值通过交通灯的设计与仿真综合，体会复杂时序的实现方法，学会用框图表示程序的设计思想，掌握中小规模集成电路的系统综合设计方法。二、系统设计设计思路概述：考虑一个红绿黄交通灯及倒计时显示器设计首先复位电平置 1，所有的交通灯电平为低，即灭。首先绿灯亮 60s，然后黄灯闪烁 10s；红灯再接着亮 60s;而后绿灯亮 60s，黄灯闪烁 10s，红灯亮 60s以此循环，直至复位电平置 1，所有交通灯灭。三、模块设计与仿真顶层模块（module lights）：模块例化，对控制模块和译码模块进行例化控制模块：交通灯颜色和倒计时时钟分频（frequencies）:将 50MHZ 的频率分成我们所需要的 1HZ； 1颜色变化：状态循环及倒计时,状态用 light_status,如果状态 2light_status 为 0，绿灯亮，时间（60s）给统计灯亮时间的变量 light_long，并且把显示灯亮的变量 light_select 赋值 100（高电平表示亮） ，最后把状态标志位 light_status 赋 1，控制倒计时。交通灯亮灭情况：light_out 交通灯亮灭情况001 红灯亮010 黄灯亮100 绿灯亮倒计时：灯亮或闪烁时间（绿、黄、红分别为 60s、10s、60s）用 BCD 3码表示（分别为 60h、10h、60h）,倒计时的时候个位和十位分别是高四位和低四位，首先是低四位倒数，当倒数到 0 时，重新赋值为 9，且高四位减 1，如此循环，直到这个数减到 0，灯亮的时间到，接着进行下一个状态，在时间减到 0的时候，给使能端 enable 赋值 0；高四位和低四位分别显示十位和个位。译码模块：黄灯闪烁及倒计时译码输出。黄灯闪烁：黄灯在 1s 内亮 0.5s 灭 0.5s，中间位当分频时钟 y_flicker 1为高且输入 light_select 为高时，输出 light_out 才为高（黄灯亮） ，别的情况 light_out 中间位都为低（黄灯灭） 。七段译码：38 译码器，把倒计时译码输出显示 2七 段 数 码 显 示 管 二 进 制 代 码 顺 序 ： 7b abcdefg f e c a b d g 模块框图：控 制 模 块 顶层模块 译 码 模 块 3时序说明在 0 时刻，加上系统时钟，首先进行 reset 置 1，计数器清零，所有交通灯为灭的状态，二进制代码为 00，七段译码无显示。在 reset 为 0 时，系统开始正常工作。计数器开始工作，纵向路口的路灯亮，横向路口的红灯亮，二进制代码为 01，同时两个倒计时显示器工作，从 59到 0 的倒计时。经过 60s（也就是经过 60*50M 个系统时钟上升沿之后）纵向路口，横向路口的黄灯开始闪烁（ 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。状 态 3 红 灯 亮 60s 状 态 2 黄 灯 闪 烁 10s 状 态 1 绿 灯 亮 60s 初 始 状 态 4计框图及相关时序reset ck50M 黄 灯 闪烁 十 位 个 位 七 段 数码 管 交通灯状态 时 钟分 频 四、系统仿真/ 顶层模块module lights(clk50MHz,reset,light_out,led_ctrlge,led_ctrlshi);input clk50MHz;input reset;output 2:0 light_out;output 6:0 led_ctrlge;output 6:0 led_ctrlshi;wire 3:0 dataoutge;wire 3:0 dataoutshi; wire 2:0 light_selccted; controlcontrollk50MHz),.reset(reset),.doutge(dataoutge),.doutshi(dataoutshi),.light_select(light_selccted); /控制模块例化decodeU_decode(.sysclk_50MHz(sysclk_50M,.reset(reset),.inge(dataoutge),.inshi(dataoutshi).light_sel(light_selccted),.light_out(light_out),.led_datage(led_ctrlge),.led_datashi(led_ctrlshi); / 译码模块例化endmodule/ 控制模块Module control (clk50MHz,reset, outge, outshi, light_select);input clk50MHz;input reset;output3:0 outge;output3:0 outshi;output2:0 light_select;reg 2:0 light_select;reg 1:0 light_status;reg clk1Hz; reg 24:0 counter; reg enable;reg 7:0 light_long; parameter g_long=8h59; parameter y_long=8h09; parameter r_long=8h59; always(posedge clk50MHz or posedge reset)beginif(reset)beginclk1Hz=0;counter=5d0;endelseif(counter=25d25000000-1)begincounter=25d0;clk1Hz=clk1Hz;endelsecounter=counter+1;endalways(posedge clk1Hz or posedge reset)beginif(reset)beginlight_select=3b000;light_status=2d0;enable=0;endelseif(enable=0)beginenable=1; case(light_status)0: beginlight_long=g_long; light_select=3b100; light_status=2d1; end1: beginlight_long=y_long;light_select=3b010;light_status=2d2;end2: beginlight_long=r_long;light_select=3b001; light_status=2d0; enddefault light_select=3b000;endcaseendelseif(light_long=0)enable=0;elseif(light_long3:0=0)beginlight_long3:0=4d9;light_long7:4=light_long7:4-1;endelselight_long3:0=light_