簡易交通燈控制電路

1、簡易交通燈控制電路 12電信2班 劉超凡 李 瑩設計要求設計思路及步驟仿真波形預期結(jié)果設計要求完成簡單十字路口直行的交通燈控制電路設計。 （1）十字路口，南北方向紅：黃：綠為20s：5s：40s且可調(diào)；（2）工作時鐘10hz；（3）各個方向的紅黃綠等可用3個單色燈替代；（4）選做黃燈1hz閃爍；（5）完成全部流程：設計規(guī)范文檔、模塊設計、代碼輸入、功能仿真、約束與綜合、布局布線、時序仿真、下載驗證等。設計思路基本原理基本原理用Verilog實現(xiàn)十字路口簡易交通燈控制原理。南北向紅黃綠為20s：5s：40s 工作時鐘10hz 黃燈1hz閃爍。Verilog語言被廣泛的應用在電路設計中。它的設計描

2、述可被不同的工具支持和實現(xiàn)。利用其自頂向下的設計方法來實現(xiàn)交通燈控制原理，使道路交通正常運轉(zhuǎn)。程序總體設計 首先，輸入的10Hz 的系統(tǒng)時鐘和全局控制端reset ，輸出為個位數(shù)字的七段 譯碼，十位數(shù)字七段譯碼以及各個燈最后狀態(tài)。 然后由于系統(tǒng)時鐘頻率大，第一要進行分頻，使其成為1Hz 的時鐘信號，第 二利用分頻后的時鐘信號對電路進行控制，開始先對狀態(tài)跳轉(zhuǎn)進行控制，用 case 語句控制三燈亮與滅，緊跟著進行倒計時的過程。 第三輸出個位和 十位上的數(shù)即可，要顯示倒計時是很容易實現(xiàn)的，直接用兩個七段譯碼即可。 最后要控制黃燈的閃爍，還是要先產(chǎn)生分頻時鐘，作為控制端，控制模塊各燈 亮與滅作為輸入，

3、即可產(chǎn)生黃燈閃爍的效果。 另外，作為全局控制端，reset 信號是清零用的，在有時鐘信號的地方就有 reset 。時序圖 假設在 0 時刻，加上系統(tǒng)時鐘，首先要進行 reset 清零，這時在控制模塊的 計數(shù)器會清零，三個燈都是滅的狀態(tài)，控制狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的使能端enable 等于0，等待 著清零結(jié)束，開始工作；七段譯碼也不會顯示。 在 reset 變低之后，系統(tǒng)開始正常工作。首先是分頻時鐘開始工作，在計數(shù) 器達到第一個25000000 之前，分頻時鐘都是低電位，到25000000 的時候分頻時鐘 的第一個上升沿來臨，此時狀態(tài)控制開始運轉(zhuǎn)，先工作的是綠燈，它會經(jīng)過從 39 到0 的倒計時過程，同時譯碼

4、模塊也開始工作，顏色控制colour 是100，表征綠燈的點亮，經(jīng)七段譯碼，這個倒計時數(shù)字也會同步顯示出來經(jīng)過 40s（也就是經(jīng)過 40*10 個系統(tǒng)時鐘上升沿之后）綠燈亮的時間到，會自動轉(zhuǎn)到黃燈狀態(tài)，黃燈是5 到0 的倒計時過程，譯碼的顯示跟綠燈一樣，只是黃燈的亮會加一個1Hz 的時鐘控 - 4 - 制端，1 秒內(nèi)只有半秒，黃燈是亮的，從 5秒到4.5 秒之間黃燈是亮的，然后 4.5 到 3 是滅的，如此繼續(xù)下去，直到5 秒結(jié)束。又經(jīng)過 5（5*10 個系統(tǒng)時鐘上 升沿），狀態(tài)轉(zhuǎn)移到紅燈，然后顯示及七段譯碼過程與綠燈相似。至此一個周期已 經(jīng)完成，接下來就是循環(huán)執(zhí)行以上步驟的過程，直到有res

5、et 清零端打斷其正常工 作?？傮w上分為三個大模塊，即：頂層模塊、控制模塊、譯碼模塊（包括顯示模塊）。輸入: sysclk 10Hz (全局時鐘信號) Reset (全局復位端，高電平有效)輸出：color （最終各燈狀態(tài)亮或閃） led_ctrl_1s (個位七段譯碼) led_ctrl_10s(十位七段譯碼時序說明：加上時鐘信號之后，首先用 reset 清零，然后控制模塊會分頻產(chǎn) 生分頻時鐘，根據(jù)分頻時鐘的高與低，會控制各個狀態(tài)之間的跳轉(zhuǎn)，譯碼模塊會同 步通過數(shù)碼管來顯示倒計時數(shù)，并且會根據(jù)譯碼模塊黃燈閃亮控制端來輸出各燈的具體狀態(tài)。1）頂層模塊： 此模塊只做例化，即對底層的控制模塊和譯碼

6、模塊進行例化，而不做邏輯設計。2）控制模塊： 此模塊是本程序的主體，主要是控制各個燈顏色（此模塊并不控制黃燈的閃爍） 的轉(zhuǎn)換，以及倒計時時間輸出輸入：sysclk_10Hz 全局時鐘信號，10Hz Reset 全局復位端，高電平有效 輸出：dout_1s 倒計時個位上數(shù)字 dout_10s 倒計時十位上數(shù)字 light_select 各個燈狀態(tài) light_select（只是控制亮與滅，不 管黃燈閃爍） 時序說明：首先還是加上系統(tǒng)時鐘之后，用 reset 清零，則計數(shù)器清零、所 有燈都不亮。但reset 為1 之后模塊開始工作，首先是計數(shù)器開始計數(shù)，隨之分頻 時鐘會根據(jù)計數(shù)器的變化而周期變化，

7、綠燈會先亮 40 秒，之后黃燈也會亮（閃爍 在譯碼模塊實現(xiàn)）5 秒，然后就是紅燈亮20 秒，以后就是循環(huán)以上步驟的過程， 同時在循環(huán)過程中，倒計數(shù)的數(shù)會同步輸出，各燈亮與滅狀態(tài)也會同步輸出。3） 譯碼模塊： 此模塊主要有兩個作用，控制黃燈閃爍以及對倒計時時間進行譯碼輸出。輸入端口： sysclk_10Hz 全局時鐘信號，10Hz reset 全局復位端，高電平有效 din_1s 顯示器個位數(shù)據(jù)，由控制模塊輸入 din_10s 顯示器十位數(shù)據(jù)，由控制模塊輸入 light_sel 選擇那盞燈亮，由控制模塊的輸入 輸出端口： colour 最終顯示哪盞燈亮，可與硬件相連led_data_1s 顯示器

8、個位數(shù)據(jù)的譯碼 led_data_10s 顯示器十位數(shù)據(jù)的譯碼時序說明： 此模塊接受（系統(tǒng)時鐘）sysclk_10Hz 和（全局復位）reset 的控制，均為上升沿觸發(fā)，當 reset 為高電平時，電路復位，重新開始工作。當reset 為低電 平時，電路正常工作。 時鐘上升沿觸發(fā)，對3:0din_1s （顯示器個位數(shù)據(jù)）進行譯碼，輸出到 6:0led_data_1s（顯示器個位數(shù)據(jù)的譯碼）；對 3:0din_10s （顯示器十位數(shù)據(jù)） 進行譯碼，輸出到 6:0led_data_10s （顯示器十位數(shù)據(jù)的譯碼） 。這兩個譯碼輸出端口最終連接到硬件上去，實現(xiàn)7 段LED 數(shù)碼管的顯示。 時鐘上升沿

9、觸發(fā)，對哪個燈亮進行譯碼輸出，light_sel2將高電平傳入到 colour2中，紅燈開始亮，light_sel0將高電平傳入到 colour0中，綠燈開始亮。黃燈的閃爍在頂層模塊說明。仿真sysclk_10Hz 系統(tǒng)時鐘, 10Hz 為了方便，這里取2ns color 最終三燈狀態(tài) 包括綠紅燈亮，黃燈閃爍light_selected 控制模塊燈亮的標志 只控制亮與不亮，不閃 led_ctrl_1s 倒計時個位七段譯碼 系統(tǒng)時鐘 led_ctrl_10s 倒計時十位七段譯碼 系統(tǒng)輸出 dout_1s 倒計時個位上的數(shù)字 控制模塊的輸出 dout_10s 倒計時十位上的數(shù)字 控制模塊的輸出 y

10、_flicker 黃燈閃爍控制端 高電平有效 圖7 展示的是綠燈倒計時的某一瞬間，豎線所在的位置是56s，這時候color 和light_selected 是100，表示此時綠燈亮，而led_ctrl_1s 是0010000，對照譯 碼表可以發(fā)現(xiàn)它顯示的數(shù)字6，led_ctrl_10s 是0010100，對照譯碼表可以發(fā)現(xiàn)它 顯示的數(shù)字5，十位和個位合起來就是數(shù)字56，正好與dout_10s（5）和 dout_1s （6）結(jié)果相對應。 圖 8 展示的黃燈倒計時的某一瞬間，豎線顯示的地方，此時 color 和 light_selected 都是010，表示此時是黃燈在亮，倒計時十位（dout_1

11、0s）和和個 位（dout_1s）合起來是05，而七段譯碼led_ctrl_10s 是0001000，對照譯碼表可 以發(fā)現(xiàn)它顯示的數(shù)字0，led_ctrl_1s 是0000000，對照譯碼表可以發(fā)現(xiàn)它顯示的數(shù)字8，也與輸出結(jié)果吻合，最后一個y_flicker 為1，也表示此時黃燈可以亮。圖 9 也是展示的黃燈在倒計時 08s 時結(jié)果，與圖 8 不同的是在 color 和 y_flicker，圖 9 的light_selected 也是 010，表示此時輸入信號時黃燈在亮，然 而閃爍控制端 y_flicker 為 0，表示此時輸出的黃燈應該是滅的，實際上通過圖 8 和圖 9 對比可以發(fā)現(xiàn)，它實現(xiàn)了黃燈閃爍的功能（