基于Verilog的交通燈控制器的設(shè)計(jì)

1、武 漢 科 技 大 學(xué) 課題：交通燈控制器的設(shè)計(jì) 編號(hào)：17 指導(dǎo)老師：馮 玉 林 班 級(jí)：自動(dòng)化0703班 姓 名： 筱 啟堅(jiān)持，就是勝利目 錄1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 22. 交通燈控制系統(tǒng)的組成框圖 33. 交通燈控制電路的設(shè)計(jì) 44. 交通燈控制電路設(shè)計(jì)的難點(diǎn)與解決方法55. 交通燈控制電路的verilog語句 65. 交通燈控制電路的程序和波形分析 126. epf10k10lc84-4芯片引腳分配圖 207. 實(shí)驗(yàn)小結(jié) 21一、 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通信號(hào)燈的定時(shí)控制電路。要求紅、綠燈按一定的規(guī)律亮和滅，并在亮燈期間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，并將運(yùn)行時(shí)間用數(shù)碼管顯示出來。 綠燈亮?xí)r，為

2、該車道允許通行信號(hào)，紅燈亮?xí)r，為該車道禁止通行信號(hào)。要求主干道每次通行時(shí)間為99秒，支干道每次通行時(shí)間為30秒。每次變換運(yùn)行車道前綠燈閃爍，持續(xù)時(shí)間為5秒。即車道要由主干道轉(zhuǎn)換為支干道時(shí)，主干道在通行時(shí)間只剩下5秒鐘時(shí)，綠燈閃爍顯示，支干道仍為紅燈，以便主干道上已過停車線的車?yán)^續(xù)通行，未過停車線的車停止通行。同理，當(dāng)車道由支干道轉(zhuǎn)換為主干道時(shí)，支干道綠燈閃爍顯示5秒鐘，主干道仍為紅燈。 對(duì)紅、綠燈的運(yùn)行時(shí)間要能比較方便的進(jìn)行重新設(shè)置。 添加左轉(zhuǎn)燈的控制，可自行到實(shí)際十字路口觀看規(guī)律并實(shí)現(xiàn)。對(duì)器件進(jìn)行在系統(tǒng)編程和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。用verilog語言對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行描述，設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)試方案，通過muxplus對(duì)

3、設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。并能夠下載到實(shí)驗(yàn)板上調(diào)試成功。二、交通燈控制系統(tǒng)的組成框圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，畫出交通信號(hào)燈控制電路原理框圖，如下圖所示：支干道信號(hào)燈主干道信號(hào)燈譯碼、顯示 交通燈閃爍控制狀態(tài)譯碼器減法計(jì)數(shù)器 置數(shù)控制狀態(tài)控制器 秒脈沖發(fā)生器 交通信號(hào)燈控制原理圖主 干道 信號(hào) 燈定 時(shí) 器 綠 燈 ts tl ts tl temp 左拐燈譯碼器控 制 器 紅 燈時(shí)鐘支 干道 信號(hào) 燈傳感器 綠 燈 左拐燈 紅 燈 交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)框圖三、 交通燈控制電路的設(shè)計(jì)交通燈控制器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是控制電路的設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求分析，控制電路的算法可用下圖所示的asm圖描述。tempm= =0?tempb= =

4、0?s0 yescountm由0變?yōu)?countb由1變?yōu)?主綠支紅 s3 no主紅支黃tempm= =0? nocountb由1變?yōu)?yescountm由1變?yōu)? yestempb= =0?s1 s2主紅支綠主黃支紅 notempm= =0?tempb= =0?countm由2變?yōu)?countb由0變?yōu)? no yes yes各狀態(tài)的詳細(xì)說明如下：s0狀態(tài)：主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，此時(shí)若主干道有車等待左拐，而且主干道綠燈已亮足規(guī)定的時(shí)間間隔ts；在主干道綠燈亮了(ts-5)s后，則開始閃亮，直至綠燈亮了ts；控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)tempm=0，輸出從狀態(tài)s0轉(zhuǎn)換到s1。s1狀態(tài)：主干道

5、左拐燈亮，支干道紅燈亮，此時(shí)若支干道有車等待通過，而且主干道左拐燈已亮足規(guī)定的時(shí)間間隔ts；在主干道左拐燈亮了(ts-5)s后，則開始閃亮，直至左拐燈亮了ts；控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)tempm=0和tempb=0，輸出從狀態(tài)s1轉(zhuǎn)換到s2。s2狀態(tài)：支干道綠燈亮，主干道紅燈亮，若此時(shí)支干道繼續(xù)有車，則繼續(xù)保持此狀態(tài)，但支干道綠燈亮的時(shí)間不得超過ts時(shí)間間隔；在主干道綠燈亮了(ts-5)s后，則開始閃亮，直至綠燈亮了ts；控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)tempb=0，使輸出轉(zhuǎn)換到s3狀態(tài)。s3狀態(tài)：支干道左拐燈亮，主干道紅燈亮，此時(shí)若主干道有車等待通過，而且支干道左拐燈已亮足規(guī)定的時(shí)間間隔ts；在支干道

6、左拐燈亮了(ts-5)s后，則開始閃亮，直至左拐燈亮了ts；控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)tempm=0和tempb=0，輸出從狀態(tài)s3回到s0。交通燈狀態(tài)圖 s1s2s3tempm=0&tempb=0tempb=0s0tempm=0tempm=0&tempb=0tempm=1tempm=1tempb=1tempb=1四、 交通燈控制電路設(shè)計(jì)的難點(diǎn)與解決方法1、 如何將主干道和支干道的直行和左拐的初始時(shí)間的設(shè)置和減計(jì)數(shù)分開？用使能信號(hào)，當(dāng)使能信號(hào)en=0時(shí)，就進(jìn)行初始時(shí)間的設(shè)置；當(dāng)en=1時(shí)，就進(jìn)行減計(jì)數(shù)。2、 如何分別進(jìn)行主干道和支干道的直行和左拐的初始時(shí)間的設(shè)置？將主干道直行和左拐、支干道直行和左

7、拐分別用四個(gè)鍵ms ml bs bl來控制，采這些信號(hào)的上升沿，每來一個(gè)上升沿就進(jìn)行一次加計(jì)數(shù)，可以從0一直加到99。3、 狀態(tài)的轉(zhuǎn)變很多，并且主干道和支干道的計(jì)時(shí)是并行的，應(yīng)該如何使用標(biāo)志位來安排好并行的狀態(tài)轉(zhuǎn)變？將主干道和支干道完全分開，用兩組控制信號(hào)tempm和countm、tempb和countb來實(shí)現(xiàn)。將初始時(shí)間的賦值和減計(jì)數(shù)分開來：用temp來控制是賦值（temp=0）還是減計(jì)數(shù)(temp=1)；用count來控制是哪一種狀態(tài)下的倒計(jì)時(shí)，如count=0時(shí)，主干道是等待燈的倒計(jì)時(shí)，支干道是左拐燈的倒計(jì)時(shí)；count=1時(shí)，主干道是直行燈的倒計(jì)時(shí)，支干道是等待燈的倒計(jì)時(shí)；count=

8、2時(shí)，主干道是紅燈的倒計(jì)時(shí)，支干道是直行燈的倒計(jì)時(shí)。4、 如何進(jìn)行數(shù)碼管的分配？共有8個(gè)數(shù)碼管，但是根據(jù)題目要求必須用到12個(gè)數(shù)碼管。給主干道和支干道分別分配4個(gè)數(shù)碼管，兩個(gè)用于時(shí)間的設(shè)定，兩個(gè)用于時(shí)間的倒計(jì)時(shí)；而時(shí)間的設(shè)置里面，用模式控制鍵msty和bsty控制當(dāng)下進(jìn)行的是直行還是左拐的設(shè)置，如當(dāng)sty=1時(shí)，顯示的是直行的時(shí)間；當(dāng)sty=0時(shí)，顯示的是左拐的時(shí)間。5、 在賦值的過程中對(duì)于紅燈的時(shí)間計(jì)算有溢出該怎么避免？溢出的情況分為個(gè)位是7和9、8和8、8和9、9和9，因?yàn)榇笥?5，故會(huì)溢出，得不到正確的結(jié)果。我采用的是把這些情況單獨(dú)列出來進(jìn)行解決。五、 交通燈控制電路的verilog語句

9、module traffic1(clk,en,lampm,lampb,ms,bs,ml,bl,msty,bsty,mlampm,blampb,numm,numb);/*lampm和lampb分別表示主干道和支干道的亮燈，mlampm和blampb分別表示主干道和支干道的時(shí)間顯示input clk,en,ms,ml,bs,bl,msty,bsty;/ms,ml,bs,bl是手動(dòng)設(shè)置時(shí)間的鍵，msty和bsty分別是主干道和支干道數(shù)碼管顯示的控制按鍵*/output7:0 mlampm,blampb,numm,numb;output2:0 lampm,lampb;reg7:0mgreen,mlef

10、t,bgreen,bleft;wire7:0mred,bred,mlampm,blampb;reg7:0 numm,numb;reg tempm,tempb;reg2:0 countm,countb;reg2:0 lampm,lampb;/模式轉(zhuǎn)換：當(dāng)msty=1時(shí)，為主干道直行時(shí)間的顯示；當(dāng)msty=0時(shí)，為主干道左拐時(shí)間的顯示；當(dāng)bsty=1時(shí)，為枝干道直行時(shí)間的顯示；當(dāng)bsty=0時(shí)，為枝干道左拐時(shí)間的顯示。assign mlampm=(msty?mgreen:mleft); assign blampb=(bsty?bgreen:bleft); always (posedge ms)/手

11、動(dòng)設(shè)置主干道直行的時(shí)間begin if(!en) begin if(mgreen3:0=9&mgreen7:49) begin mgreen3:0=0; mgreen7:4=mgreen7:4+1; end else if(mgreen3:09&mgreen7:4=9) begin mgreen7:4=mgreen7:4; mgreen3:0=mgreen3:0+1; end else if(mgreen3:0=9&mgreen7:4=9) mgreen=0; endendalways (posedge ml)/手動(dòng)設(shè)置主干道左拐的時(shí)間 begin if(!en) begin if(mleft

12、3:0=9&mleft7:49) begin mleft3:0=0; mleft7:4=mleft7:4+1; end else if(mleft3:09&mleft7:4=9) begin mleft7:4=mleft7:4; mleft3:0=mleft3:0+1; end else if(mleft3:0=9&mleft7:4=9) begin mleft=0; end end endalways (posedge bs)/手動(dòng)設(shè)置支干道直行的時(shí)間 begin if(!en) begin if(bgreen3:0=9&bgreen7:49) begin bgreen3:0=0; bgre

13、en7:4=bgreen7:4+1; end else if(bgreen3:09&bgreen7:4=9) begin bgreen7:4=bgreen7:4; bgreen3:0=bgreen3:0+1; end else if(bgreen3:0=9&bgreen7:4=9) begin bgreen=0; end end endalways (posedge bl)/手動(dòng)設(shè)置支干道左拐的時(shí)間 begin if(!en) begin if(bleft3:0=9&bleft7:49) begin bleft3:0=0; bleft7:4=bleft7:4+1; end else if(bl

14、eft3:09&bleft7:4=9) begin bleft7:4=bleft7:4; bleft3:0=bleft3:0+1; end else if(bleft3:0=9&bleft7:4=9) begin bleft=0; end end endalways (posedge clk)/該進(jìn)程控制主干道的四種燈begin if(en)/使能信號(hào)為1時(shí) begin if(!tempm)/對(duì)主干道計(jì)時(shí)總時(shí)間進(jìn)行賦值 begin tempm=1; case(countm)/控制亮燈的順序 0:begin countm=1; numm=mgreen; end 1:begin countm=2;

15、 numm=mleft; end 2:begin countm9 ) begin numm3:0=bgreen3:0+bleft3:0-10; numm7:4=bgreen7:4+bleft7:4+1; end else if(bgreen3:0=7&bleft3:0=9)|(bgreen3:0=9&bleft3:0=7)|(bgreen3:0=8&bleft3:0=8) begin numm3:0=6; numm7:4=bgreen7:4+bleft7:4+1; end else if(bgreen3:0=8&bleft3:0=9)|(bgreen3:0=9&bleft3:0=8) begi

16、n numm3:0=7; numm7:4=bgreen7:4+bleft7:4+1; end else if(bgreen3:0=9&bleft3:0=9) begin numm3:0=8; numm7:4=bgreen7:4+bleft7:4+1; end else begin numm3:0=bgreen3:0+bleft3:0; numm7:4=bgreen7:4+bleft7:4; end end default:lampm6) begin if(numm3:0=0) begin numm3:0=9; numm7:4=numm7:4-1; lampm1=1; end else begi

17、n numm3:0=numm3:0-1; lampm1=1; end end else if(numm=6|numm=4|numm=2) begin lampm1=1; numm=numm-1; end else if(numm=5|numm=3) begin lampm1=0; numm=numm-1; end else if(numm=1) begin tempm=0;lampm16) begin if(numm3:0=0) begin numm7:4=numm7:4-1; numm3:0=9;lampm2=1;end else begin numm3:0=numm3:0-1;lampm2

18、=1; end end else if(numm=6|numm=4|numm=2) begin lampm2=1; numm=numm-1; end else if(numm=5|numm=3) begin lampm2=0; numm=numm-1; end else if(numm=1) begin lampm2=0; tempm=0; end end 0:begin/主干道紅燈倒計(jì)時(shí) if(numm3:0=0) begin numm7:4=numm7:4-1; numm3:0=9; lampm0=1; end else if(numm=1) begin lampm0=0; tempm=0

19、; end else begin numm3:0=numm3:0-1; lampm0=1; end end endcase end if(!tempb)/如果tempb=0 begin tempb=1; case(countb)/控制亮燈的順序 0:begin countb9) begin numb3:0=mgreen3:0+mleft3:0-10; numb7:4=mgreen7:4+mleft7:4+1;end else if(mgreen3:0=7&mleft3:0=9)|(mgreen3:0=9&mleft3:0=7)|(mgreen3:0=8&mleft3:0=8) begin nu

20、mb3:0=6; numb7:4=mgreen7:4+mleft7:4+1; end else if(mgreen3:0=8&mleft3:0=9)|(mgreen3:0=9&mleft3:0=8) begin numb3:0=7; numb7:4=mgreen7:4+mleft7:4+1; end else if(mgreen3:0=9&mleft3:0=9) begin numb3:0=8; numb7:4=mgreen7:4+mleft7:4+1; end else begin numb3:0=mgreen3:0+mleft3:0; numb7:4=mgreen7:4+mleft7:4;

21、 end end 1:begin countb=2; numb=bgreen; end 2:begin countb=0; numb=bleft; end default:lampb=3; endcase end else/如果tempm=1 begin/各個(gè)燈的倒計(jì)時(shí) case(countb) 1:begin/支干道紅燈的倒計(jì)時(shí) if(numb3:0=0) begin numb3:0=9; numb7:4=numb7:4-1; lampb0=1; end else if(numb=1) begin lampb0=0; tempb=0; end else begin numb3:0=numb3

22、:0-1; lampb06) begin if(numb3:0=0) begin numb7:4=numb7:4-1; numb3:0=9; lampb1=1; end else begin numb3:0=numb3:0-1;lampb1=1; end end else if(numb=6|numb=4|numb=2) begin numb=numb-1;lampb1=1; end else if(numb=5|numb=3) begin lampb1=0; numb=numb-1; end else if(numb=1) begin lampb1=0; tempb6) begin if(n

23、umb3:0=0) begin numb7:4=numb7:4-1; numb3:0=9; lampb2=1; end else begin numb3:0=numb3:0-1;lampb2=1; end end else if(numb=6|numb=4|numb=2) begin lampb2=1; numb=numb-1; end else if(numb=5|numb=3) begin lampb2=0; numb=numb-1; end else if(numb=1) begin lampb2=0; tempb=0; end end endcase end end if(!en)/使

24、能端信號(hào)為0時(shí) begin lampm=0; countm=0; tempm=0; lampb=0; countb=0; tempb=0; end endendmodule六、 交通燈控制電路的程序和波形分析1、主干道直行時(shí)間的設(shè)置程序?yàn)椋篴lways (posedge ms) begin if(!en) begin if(mgreen3:0=9&mgreen7:49) begin mgreen3:0=0; mgreen7:4=mgreen7:4+1; end else if(mgreen3:09&mgreen7:4=9) begin mgreen7:4=mgreen7:4; mgreen3:

25、0=mgreen3:0+1; end else if(mgreen3:0=9&mgreen7:4=9) mgreen=0; endend其波形為：在使能信號(hào)en=0時(shí)，若按鍵ms被按一下，則加一下數(shù)，直至使能信號(hào)為1或者ms鍵不再被按為止。2、主干道左拐時(shí)間設(shè)置的程序?yàn)椋篴lways (posedge ml) begin if(!en) begin if(mleft3:0=9&mleft7:49) begin mleft3:0=0; mleft7:4=mleft7:4+1; end else if(mleft3:09&mleft7:4=9) begin mleft7:4=mleft7:4; m

26、left3:0=mleft3:0+1; end else if(mleft3:0=9&mleft7:4=9) begin mleft=0; end end end 其波形為：在使能信號(hào)en=0時(shí)，若按鍵ml被按一下，則加一下數(shù)，直至使能信號(hào)為1或者ml鍵不再被按為止。 3、支干道直行時(shí)間設(shè)置的程序?yàn)椋篴lways (posedge bs) begin if(!en) begin if(bgreen3:0=9&bgreen7:49) begin bgreen3:0=0; bgreen7:4=bgreen7:4+1; end else if(bgreen3:09&bgreen7:4=9) begi

27、n bgreen7:4=bgreen7:4; bgreen3:0=bgreen3:0+1; end else if(bgreen3:0=9&bgreen7:4=9) begin bgreen=0; end end end其波形為：在使能信號(hào)en=0時(shí)，若按鍵bs被按一下，則加一下數(shù)，直至使能信號(hào)為1或者bs鍵不再被按為止。4、支干道左拐時(shí)間設(shè)置的程序?yàn)椋篴lways (posedge bl) begin if(!en) begin if(bleft3:0=9&bleft7:49) begin bleft3:0=0; bleft7:4=bleft7:4+1; end else if(bleft3

28、:09&bleft7:4=9) begin bleft7:4=bleft7:4; bleft3:0=bleft3:0+1; end else if(bleft3:0=9&bleft7:4=9) begin bleft6) begin if(numm3:0=0) begin numm3:0=9; numm7:4=numm7:4-1; lampm1=1; end else begin numm3:0=numm3:0-1; lampm1=1; end end else if(numm=6|numm=4|numm=2) begin lampm1=1; numm=numm-1; end else if(

29、numm=5|numm=3) begin lampm1=0; numm=numm-1; end else if(numm=1) begin tempm=0;lampm16) begin if(numm3:0=0) begin numm7:4=numm7:4-1; numm3:0=9;lampm2=1;end else begin numm3:0=numm3:0-1;lampm2=1; end end else if(numm=6|numm=4|numm=2) begin lampm2=1; numm=numm-1; end else if(numm=5|numm=3) begin lampm2

30、=0; numm=numm-1; end else if(numm=1) begin lampm2=0; tempm=0; end end波形為：在使能信號(hào)為1時(shí)，若tempm=1,且countm=2時(shí),則每當(dāng)有一個(gè)時(shí)鐘上升沿來臨時(shí)，numm就做一次減計(jì)數(shù)，直至numm=5時(shí)，主干道的左拐燈就開始閃亮，直至numm=0，則進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)。7、主干道等待倒計(jì)時(shí)和亮燈情況程序?yàn)椋篵egin/主干道紅燈倒計(jì)時(shí) if(numm3:0=0) begin numm7:4=numm7:4-1; numm3:0=9; lampm0=1; end else if(numm=1) begin lampm0=0;

31、tempm=0; end else begin numm3:0=numm3:0-1; lampm06) begin if(numb3:0=0) begin numb7:4=numb7:4-1; numb3:0=9; lampb1=1; end else begin numb3:0=numb3:0-1;lampb1=1; end end else if(numb=6|numb=4|numb=2) begin numb=numb-1;lampb1=1; end else if(numb=5|numb=3) begin lampb1=0; numb=numb-1; end else if(numb=

32、1) begin lampb1=0; tempb6) begin if(numb3:0=0) begin numb7:4=numb7:4-1; numb3:0=9; lampb2=1; end else begin numb3:0=numb3:0-1;lampb2=1; end end else if(numb=6|numb=4|numb=2) begin lampb2=1; numb=numb-1; end else if(numb=5|numb=3) begin lampb2=0; numb=numb-1; end else if(numb=1) begin lampb2=0; tempb

33、=0; end end波形為：在使能信號(hào)為1時(shí)，若tempb=1,且countb=2時(shí),則每當(dāng)有一個(gè)時(shí)鐘上升沿來臨時(shí)，numb就做一次減計(jì)數(shù)，直至numb=5時(shí)，支干道的左拐燈就開始閃亮，直至numb=0，則進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)。10、支干道等待的倒計(jì)時(shí)和亮燈情況程序?yàn)椋篵egin/次干道紅燈的倒計(jì)時(shí) if(numb3:0=0) begin numb3:0=9; numb7:4=numb7:4-1; lampb0=1; end else if(numb=1) begin lampb0=0; tempb=0; end else begin numb3:0=numb3:0-1; lampb0=1; end end波形為：在使能信號(hào)為1時(shí)，若tempb=1,且countb=0時(shí),則每當(dāng)有一個(gè)時(shí)鐘上升沿來臨時(shí)，numb就做一次減計(jì)數(shù)，直至numb=0時(shí)，支干道的紅燈熄滅，則回到初始狀態(tài)。七、 epf10k10lc84-4芯片引腳分配圖八、 實(shí)驗(yàn)小結(jié)在大二的下學(xué)期學(xué)完模電和數(shù)電這兩門理論課程以后，我們就開始了各種實(shí)際動(dòng)手操作的模電和數(shù)