基于FPGA的交通灯控制器设计_马艳亭 .pdfVIP

实验题目:基于FPGA的交通灯控制器设计

专业：集成电路设计与集成系统

班级：1203

姓名：马艳亭

学号

日期:2014年12月12日

一、功能描述：

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。

二、验证方案：

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的转换，以及倒计

时时间输出。

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。

2.总体设计框图及详细说明

程序总体设计框图如图：

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，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。七段数码管显示字段的示意图:

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。

3.时序说明: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下图所示。

顶层模块时序说明：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。

控制模块框图：

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：

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

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。最高位

和最低位（分别控制绿灯和红灯）直接输出，中间位（控制黄灯）要再加上一个

时钟信号，使其闪烁。

四、设计代码：

moduletraffic_light(

sysclk_50MHz,//全局时钟，50MHz

reset,//全局时钟控制端

color,//控制绿黄红三灯亮或者闪烁

led_ctrl_1s,//个位七段译码

led_ctrl_10s,//十位七段译码

);

inputsysclk_50MHz;

inputreset;

output[2:0]color;

output[6:0]led_ctrl_1s;

output[6:0]led_ctrl_10s;