智能交通灯控制器的设计(verilog).pdf

智能交通灯控制器的设计 1、实验目的及要求 实验目的：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。 实验要求：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。 2、实验设备（环境）及要求 实验EDA 工具为： Synplify Pro 9.6.2 和ModelSim SE 6.2b。 3、实验内容与步骤 3.1 设计思路概述 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）。他们各自的作用分别如下： 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。 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。 首先要对时钟进行分频。由于系统时钟频率比较大，因此首先分频产生时钟， 用于下面的电路的控制；然后是各种颜色之间的转换，在此在添加一个使能端 enable ，当使能端enable 为0 的时候，就开始进行状态循环以及倒计时，然后 enable 就立即变为1；状态用light_status （分别为0 、1、2 ）表示，开始的时候， 如果状态 light_status 为0 ，表示此时显示的是绿灯，便把绿灯亮的时间（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，但是此时并不能转向下 一个状态（黄），因为绿灯亮的时间还没有控制，接下来会转到倒计时处。 然后，我们这里用了 BCD 码表示倒计时时间。灯亮或闪烁时间（绿、黄、 红分别为60s、10s、60s ）用BCD 码表示（分别为60h、10h、60h ）,倒计时的时 候个位和十位分别是BCD 码的高四位和低四位，首先是低四位倒数，当倒数到0 时，给它重新赋值为9，且高四位减 1，如此循环，直到这个数减到0 ，此时表 示某一个灯亮的时间到，接着进行下一个状态，为了能使进入下一个状态，必须 在时间减到0 的时候，给使能端enable 赋值0 ；由于用的BCD 码，高四位和低四 位就分别是我们要在译码模块的要用数码管显示的十位和个位。 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。 首先是控制黄灯闪烁。由于控制模块只是控制三个灯的亮与不亮，在此模块 中首先是相当于产生一个分频时钟y_flicker （周期1s），然后是控制黄灯的闪烁， 控制模块 light_select 只是控制了三个灯亮与不亮（三位二进制，高电平有效）， 最后显示灯的亮或者闪还用三位二进制表示（colour ），控制时直接把light_select 的最高位和最低位直接赋给 colour 的最高位和最低位（分别控制绿灯和红灯的 亮），中间位当分频时钟y_flicker 为高且输入light_select 为高时，输出colour 才 为高（黄灯亮），别的情况colour 中间位都为低（黄灯灭），至此可以完美实现黄 灯的闪烁了（1s 内亮0.5s 灭0.5s ），也就可以实现要求的各个灯的亮或者闪烁。 然后就是七段译码的过程。采用了3—8 译码器的设计原理，将倒计时时间 译码，输出到LED 晶体管，显示最终倒计时时间。LED 中二极管对应的顺序编号 如图1 所示，并且是低电平有效。写出所有数字对应的字型码，就可以知道数字 的控制电平。由于只有两位数字，考虑到成本以及复杂性，可不用扫描，直接用 两个译码器就可以了。 图1 七段数码管显示字段的示意图 3.2、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