【正文】 仿真時(shí)間，時(shí)鐘周期，輸入輸出端口，進(jìn)行波形仿真。b0111111。b1101111。 //8439。b1000: counter=739。b0000111。 //6439。b0110: counter=739。b1101101。 //4439。b0100: counter=739。b1001111。 //2439。b0010: counter=739。b0000110。 //0439。b0000: counter=739。b00。b11:begin num=num2[7:4]。b11。b10:begin num=num2[3:0]。b10。b01:begin num=num1[7:4]。b01。b00:begin num=num1[3:0]。 st2=0。譯碼的時(shí)鐘頻率要低，為Hz級(jí)。 tim1=0。 num1=239。 end end else begin light1=339。 end else num1[3:0]=num1[3:0]1。b1001。本次設(shè)計(jì)直接用邏輯運(yùn)算完成2位十進(jìn)制數(shù)的計(jì)數(shù)，未采用分位器的設(shè)計(jì)。b100。b00。b010。b10:begin num2=yellow2。b10。b001。b11:begin num2=green2。b11。b010。b01:begin num2=yellow1。b01。b100。b00:begin num2=red2。 end else if(en) begin if(!tim2) begin tim2=1。b100。 num2=red2。 endcase end2）支干道方向 always (posedge clk )begin if(rst) //復(fù)位與特殊情況控制 begin light2=339。end default:light1=339。state1=239。light1=339。end 239。state1=239。light1=339。end 239。state1=239。light1=339。end 239。state1=239。light1=339。 case(state1) 239。 num1=green1。 end else if(hold) begin light1=339。b001。此外，當(dāng)檢測(cè)到特殊情況（hold=‘1’）發(fā)生時(shí)，無(wú)條件點(diǎn)亮紅燈的二極管，當(dāng)檢測(cè)到復(fù)位信號(hào)，兩個(gè)方向計(jì)數(shù)與控制回復(fù)到00狀態(tài)。reg[7:0] red1,red2,green1,green2,yellow1,yellow2。reg[6:0]counter。reg[2:0]light1,light2。reg tim1,tim2,st1,st2。output[6:0]counter。output st1,st2。輸入輸出及中間變量設(shè)置如下：module traffic(en,clk,qclk,rst,rst1,hold,num1,num2,light1,light2,counter,st1,st2)。為實(shí)現(xiàn)控制與顯示的功能，需要設(shè)計(jì)交通燈點(diǎn)亮順序控制程序，倒數(shù)計(jì)時(shí)程序，七段數(shù)碼管顯示程序，數(shù)碼管顯示掃描程序，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下所示：其中rst為復(fù)位信號(hào)，clk為時(shí)鐘信號(hào)，hold為特殊情況控制信號(hào),輸入hold時(shí)兩個(gè)方向紅燈無(wú)條件亮起。進(jìn)入10狀態(tài)兩路黃燈亮起。設(shè)計(jì)中用兩組紅黃綠LED模擬兩個(gè)方向上的交通燈，用4個(gè)7段數(shù)碼管分別顯示兩個(gè)方向上的交通燈剩余時(shí)間，控制時(shí)鐘由試驗(yàn)箱上頻率信號(hào)提供。循環(huán)往復(fù)的直行這個(gè)過(guò)程。能實(shí)現(xiàn)特殊狀態(tài)的功能顯示，本次設(shè)計(jì)是針對(duì)十字路口，進(jìn)行南北和東西直行情況下交通燈控制。能進(jìn)行特殊狀態(tài)顯示，特殊狀態(tài)時(shí)東西、南北路口均顯示紅燈狀態(tài)。目 錄第一章 設(shè)計(jì)原理 1 1 1 1第二章 Verilog HDL程序設(shè)計(jì) 2 2 具體設(shè)計(jì) 2第三章 仿真與硬件調(diào)試 7 波形仿真 7 硬件調(diào)試 9第四章 設(shè)計(jì)總結(jié) 10程序清單 11參考資料 15交通燈控制器設(shè)計(jì)第一章 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)一個(gè)交通控制器，用LED顯示燈表示交通狀態(tài)，并以7段數(shù)碼顯示器顯示當(dāng)前狀態(tài)剩余秒數(shù) 主干道綠燈亮?xí)r，支干道紅燈亮；反之亦然，二者交替允許通行，主干道每次放行35s，支干道每次放行25s。每次由綠燈變?yōu)榧t燈的過(guò)程中，亮光的黃燈作為過(guò)渡，黃燈的時(shí)間為5s。用LED燈顯示倒計(jì)時(shí)，并且能實(shí)現(xiàn)總體清零功能，計(jì)數(shù)器由初始狀態(tài)開(kāi)始計(jì)數(shù)，對(duì)應(yīng)狀態(tài)的顯示燈亮。設(shè)定東西方向?yàn)橹鞲傻婪较?，根?jù)交通燈的亮的規(guī)則，在初始狀態(tài)下四個(gè)方向的都為紅燈亮啟，進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，當(dāng)主干道上綠燈亮?xí)r，支干道上紅燈亮，持續(xù)35S后，主干道和支干道上的黃燈都亮啟，持續(xù)5S后，主干道上紅燈亮啟，支干道上綠燈亮啟持續(xù)25S，之后主干道和支干道上的黃燈都亮啟5s，一個(gè)循環(huán)完成。其過(guò)程如下圖所示：本次采用文本編輯法，即利用Verilog HDL語(yǔ)言描述交通控制器，通過(guò)狀態(tài)機(jī)計(jì)數(shù)法，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所要求的交通燈控制及時(shí)間顯示。第二章 Verilog HDL程序設(shè)計(jì)根據(jù)上章設(shè)計(jì)原理，交通燈控制的關(guān)鍵是各個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換和進(jìn)行適當(dāng)?shù)臅r(shí)間延時(shí)，根據(jù)狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范，本次設(shè)計(jì)了三個(gè)狀態(tài)之間的循環(huán)轉(zhuǎn)化，其真值表及狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖如下所示：說(shuō)明：該狀態(tài)圖為交通燈在正常情況下的狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖，進(jìn)入控制后，狀態(tài)00時(shí)主干道綠燈及支干道紅燈亮起，進(jìn)入狀態(tài)01后兩路黃燈亮起，狀態(tài)11時(shí)主干道紅燈及支干道綠燈亮起。結(jié)束一個(gè)循環(huán)，從00狀態(tài)重新開(kāi)始循環(huán)。 具體設(shè)計(jì)根據(jù)整體設(shè)計(jì)要求，編寫各個(gè)功能部分Verilog HDL程序，設(shè)置各輸入輸出變量說(shuō)明如下clk： 為計(jì)數(shù)時(shí)鐘；qclk：為掃描顯示時(shí)鐘；en： 使能信號(hào)，為1 的話，則控制器開(kāi)始工作；rst： 復(fù)位信號(hào)，為1的話，控制及技術(shù)回到初始狀態(tài)；hoid：特殊情況控制信號(hào)，為1的話，則兩個(gè)方向無(wú)條件顯示為紅燈；light1： 控制主干道方向四盞燈的亮滅；其中，light1[0]~light[2]，分別控制主干道方向的綠燈、黃燈和紅燈；light2： 控制支干道方向四盞燈的亮滅；其中，light2[0] ~ light2[2]，分別控制支干道方向的綠燈、黃燈和紅燈；num1： 用于主干道方向燈的時(shí)間顯示，8 位，可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)數(shù)碼管；num2： 用于支干道方向燈的時(shí)間顯示，8 位，可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)數(shù)碼管；counter：用于數(shù)碼管的譯碼輸出；st1，st2：數(shù)碼管掃描信號(hào) 。input en,clk,qclk,rst,hold,rst1。output[7:0] num1,num2。output[2:0] light1,light2。reg[1:0]state1,state2,ste。reg[3:0]num。reg[7:0] num1,num2。1. 二極管點(diǎn)亮控制該部分程序的作用是根據(jù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值控制發(fā)光二極管的亮、滅，以及輸出倒計(jì)時(shí)數(shù)值給七段數(shù)碼管的譯碼電路。因?yàn)橹鳌⒅Ц傻纼蓚€(gè)方向二極管點(diǎn)亮的順序與延遲時(shí)間不同，顧編寫兩個(gè)獨(dú)立的部分來(lái)控制，具體程序如下：1）主干道方向always (posedge clk )begin if(rst) //復(fù)位與特殊情況控制 begin light1=339。 num1=green1。b100。 end else if(en) begin //使能有效開(kāi)始控制計(jì)數(shù) if(!tim1) // begin //主干道交通燈點(diǎn)亮控制 tim1=1。b00:begin num1=green1。b001。b01。b01:begin num1=yellow1。b010。b11。b11:begin num1=red1。b100。b10。b10:begin num1=yellow1。b010。b00。b100。b100。 end else if(hold) begin light2=339。 num2=red2。 case(state1) 239。light2=339。state2=239。end 239。light2=339。state2=239。end 239。light2=339。state2=239。end 239。light2=339。state2=239。end default:light2=339。 endcase end2. 倒數(shù)計(jì)時(shí)該部分程序完成二極管發(fā)光時(shí)延的計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)結(jié)果送到數(shù)碼管顯示電路，每切換到一個(gè)狀態(tài)，計(jì)數(shù)器的初值都被重置，以實(shí)現(xiàn)不同顏色二極管不同的時(shí)延要求。因?yàn)橹?、支干道上?jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)完全相同，顧只列出一路的程序，其具體程序如下所示：always (posedge clk )beginelse begin //倒數(shù)計(jì)時(shí) if(num10) if(num1[3:0]==0) begin num1[3:0]=439。 num1[7:4]=num1[7:4]1。 if(num1==1) tim1=0。b010。b00。 end end3. 數(shù)碼管的譯碼及掃描顯示該段程序主要完成4個(gè)7段數(shù)碼管的譯碼顯示及掃描，使系統(tǒng)能正常顯示主、支干道兩個(gè)方向上的剩余時(shí)間。掃描的時(shí)鐘頻率要高，最低不得小于人眼分辨頻率50Hz，具體程序如下所示：always (posedge qclk)begin //數(shù)碼管掃描 if(rst1) begin st1=0。 end else begin case({st2,st1}) 239。{st2,st1}=239。 end 239。{st2,st1}=239。 end 239。{st2,st1}=239。 end 239。{st2,st1}=239。 end endcase endendalways (posedge qclk)begin //數(shù)碼管譯碼顯示case(num)439。b0111111。b0001: counter=739。 //1439。b1011011。b0011: counter=739。 //3439。b1100110。b0101: counter=739。 //5439。b1111101。b0111: counter=739。 //7439。b1111111。b1001: counter=739。 //9default: counter=739。 //0endcaseendendmodule總體程序見(jiàn)程序清單所示第三章 仿真與硬件調(diào)試 波形仿真在QuartursⅡ軟件下創(chuàng)建工程，新建編輯設(shè)計(jì)文件，將程序輸入，整體編譯后，新建波形仿真文件。具體仿真波形圖及說(shuō)明如下所示：仿真截止時(shí)間：100us；時(shí)鐘：clk 1us，qclk 1. 正常工作時(shí)波形仿真圖圖4. 正常工作時(shí)波形仿真圖圖形說(shuō)明波形仿真主要完成了控制與計(jì)數(shù)以及數(shù)碼管顯示的波形圖?？刂瓢l(fā)光二極管首次輸出為“l(fā)ight1=001，light2=100”，表示主干道路綠燈亮，支桿道路紅燈亮，計(jì)數(shù)器num1和num2從“00110101”開(kāi)始遞減計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)至“00000000”時(shí)，進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)，控制輸出量為light=010，light2=010，表示主、支干道黃燈均亮起，計(jì)數(shù)器num1和num2從“00000101”開(kāi)始計(jì)數(shù)遞減，計(jì)數(shù)至”00000000”時(shí)進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)，light=100，light2=001，表示主干道路紅燈亮，支桿道路綠燈亮。由于屏幕顯示大小有限，未仿真出一個(gè)完整周期。 硬件調(diào)試 完成時(shí)序仿真確認(rèn)無(wú)誤后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)箱管腳設(shè)置，注意設(shè)置完成后一定要再進(jìn)行一次全局仿真，使程序真正對(duì)應(yīng)于硬件輸出輸出。計(jì)數(shù)時(shí)鐘clk接實(shí)驗(yàn)箱上1Hz時(shí)鐘，掃描顯示時(shí)鐘qclk接125Khz時(shí)鐘。counter[0]~counter[6]，分別接七段數(shù)碼管的a~f，stst2分別接試驗(yàn)箱上”416”譯碼器的低兩位。分辨改變使能信號(hào)，復(fù)位信號(hào)以及特殊情況信號(hào)，觀察數(shù)碼管以及發(fā)光二級(jí)管情況，實(shí)物照片如下所示：圖7. 硬件實(shí)物圖第四章 設(shè)計(jì)總結(jié)在設(shè)計(jì)中采用V erilog HDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng), 借助其功能強(qiáng)大的語(yǔ)言結(jié)構(gòu), 簡(jiǎn)明的代碼描述復(fù)雜控制邏輯設(shè)計(jì), 與工藝無(wú)關(guān)特性, 在提高工作效率的同時(shí)達(dá)到求解目的, 并可以通過(guò)V erilog HDL 語(yǔ)言的綜合工具進(jìn)行相應(yīng)硬件電路生成, 具有傳統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)方法所無(wú)法比擬的優(yōu)越性。實(shí)踐證明，在編寫一個(gè)較復(fù)雜的程序時(shí)，一開(kāi)始一定要畫流程圖，弄清楚各個(gè)功能及實(shí)現(xiàn)它們的邏輯算法，做到心中有數(shù)后在開(kāi)始下筆寫編寫程序。完成仿真后進(jìn)行，進(jìn)行試驗(yàn)箱上的硬件調(diào)試，該步驟主要是要求細(xì)心，按照引腳清單，逐一完成連線，本次設(shè)計(jì)用到兩個(gè)時(shí)鐘輸入，注意一定要選擇合適頻率的時(shí)鐘，以便達(dá)到期望的效果。不斷排查錯(cuò)誤，直至達(dá)到滿意的效果。最后感謝同學(xué)及老師提供的幫助與指導(dǎo)。input en,clk,qclk,rst,hold,rst1。output[7:0] num1,num2