交通燈的實現(xiàn)與仿真驗證.doc

哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書（論文）Harbin Institute of Technology交通燈課程設(shè)計課程名稱： 集成電路課程設(shè)計 設(shè)計題目： 交通燈的實現(xiàn)與仿真驗證 院 系： 班 級： 設(shè) 計 者： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計時間： 2015年6月13日-2015年6月21日哈爾濱工業(yè)大學(xué)一、 功能描述使用verilogHDL語言設(shè)計一個交通燈，能夠完成實際生活中十字路口的交通燈的工作。我設(shè)計的交通燈一共有四種狀態(tài)：綠燈，黃燈，左轉(zhuǎn)彎，紅燈。在設(shè)計中，兩條路命名為line1和line2，（同在一條路上的兩個路燈的顏色是相同的）。狀態(tài)轉(zhuǎn)化如圖:（g-綠色，t-左轉(zhuǎn)，y-黃色，r-紅色，字母后面的數(shù)字表示相應(yīng)的路1或2）g1r2 t1r2 y1r2r1y2 r1t2 r1g2每個路口的路燈的顏色轉(zhuǎn)換順序為綠燈-左轉(zhuǎn)-黃燈-紅燈，下面是每個路口的燈的顏色的持續(xù)時間，line1的車流量比較多，所以綠燈的持續(xù)時間比較長。燈的顏色持續(xù)時間綠燈左轉(zhuǎn)黃燈紅燈Line14015545Line23010560可以看出狀態(tài)機一共有六種狀態(tài)，六種狀態(tài)循環(huán)出現(xiàn)，并且只受時間控制，將上面的時間相加得到一個循環(huán)的時間是105。則六種狀態(tài)循環(huán)的時間是105。二、設(shè)計方案使用三段式狀態(tài)機，狀態(tài)更新部分，新的狀態(tài)產(chǎn)生的邏輯，輸出產(chǎn)生邏輯。狀態(tài)更新部分：當(dāng)reset=0時，狀態(tài)復(fù)位，回到g1r2的狀態(tài)，而reset為0時，狀態(tài)更新。新的狀態(tài)產(chǎn)生的邏輯：根據(jù)計數(shù)器的值來進行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，只有計數(shù)器的輸出值作為狀態(tài)變換的條件。輸出產(chǎn)生邏輯：切換到每個狀態(tài)時路燈的顏色都有相應(yīng)的變化。通過一個計數(shù)器來完成計數(shù)，從而控制狀態(tài)機狀態(tài)變換。有一個en的變量來控制計數(shù)器是否計數(shù)，并通過if語句來實現(xiàn)計數(shù)器的循環(huán)計數(shù)。三、設(shè)計代碼module trafficlight1(clk,reset,count,line1,line2);input clk,reset;input6:0 count;output1:0 line1,line2;reg1:0 line1,line2;reg2:0 state,next_state;/line1狀態(tài)line2狀態(tài)parameter g1r2=3d1,綠燈紅燈t1r2=3d2,左轉(zhuǎn)紅燈y1r2=3d3,黃燈紅燈r1g2=3d4,紅燈綠燈r1t2=3d5,紅燈左轉(zhuǎn)r1y2=3d6;紅燈黃燈always(posedge clk)/狀態(tài)更新beginif(!reset)state=g1r2;else state=next_state;endalways (posedge clk)/新的狀態(tài)產(chǎn)生的邏輯begin casex(state) g1r2: if(count=7d40) begin next_state=t1r2; end t1r2: if(count=7d55) begin next_state=y1r2; end y1r2: if(count=7d60) begin next_state=r1g2; end r1g2: if(count=7d90) begin next_state=r1t2; end r1t2: if(count=7d100) begin next_state=r1y2; end r1y2: if(count=7d105) begin next_state=g1r2; end endcaseend always (state)/2d0紅燈 2d1黃燈 2d2綠燈 2d3左轉(zhuǎn)，輸出產(chǎn)生邏輯 begin line1=2d0; line2=2d0; casex(state) g1r2: begin line1=2d2; line2=2d0; end t1r2: begin line1=2d3; line2=2d0; end y1r2: begin line1=2d1; line2=2d0; end r1g2: begin line1=2d0; line2=2d2; end r1t2: begin line1=2d0; line2=2d3; end r1y2: begin line1=2d0; line2=2d1; end endcaseendendmodulemodule counter(en,clk,reset,pout);/計數(shù)器部分output6:0pout;input clk,reset,en;reg6:0 pout;always(posedge clk or negedge reset)begin if(!reset) pout=d0; else if(!en&poutd105) pout=pout+1; else pout=d1;endendmodulemodule trafficlight_top(pout,clk,reset,en,line1,line2);/頂層函數(shù)input clk,reset,en; output1:0 line1,line2;output6:0pout;wire6:0 pout; counter u2( .en(en), .clk(clk), .reset(reset), .pout(pout) ); trafficlight u1( .clk(clk), .reset(reset), .count(pout), .line1(line1), .line2(line2) ); endmodule激勵模塊module tb_trafficlight; reg clk,reset,en; wire1:0 line1,line2; wire6:0pout; trafficlight_top m( .clk(clk), .reset(reset), .en(en), .line1(line1), .line2(line2), .pout(pout) ); initialfork clk=1; forever #5 clk=clk;/每隔5ns時鐘信號翻轉(zhuǎn) en=1; reset=0; /進行初始化 #5 en=0; #5 reset=1; join endmodule四、驗證方案及結(jié)果分析從圖像中可以看出，兩條路上的路燈在規(guī)定的時間節(jié)點實現(xiàn)了g1r2,t1r2，y1r2，r1g2，r1t2，r1y2六種狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，并得到了正確的輸出，實現(xiàn)了日常生活中交通燈的功能。五、結(jié)果分析及性能評估：所設(shè)計的代碼在modelsim軟件中仿真出的波形符合預(yù)期的要求，完成了初始化、六種狀態(tài)的轉(zhuǎn)變、時間控制狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，狀態(tài)轉(zhuǎn)變的時間正確，狀態(tài)轉(zhuǎn)換的順序正確，實現(xiàn)了日常生活中交通燈所具有的功能。所設(shè)計的交通燈共有紅燈、綠燈、黃燈、左轉(zhuǎn)等四種狀態(tài)，可以添加一些更復(fù)雜的道路控制信號，比如單行道的信號控制，行人過馬路的優(yōu)先權(quán)。六、 結(jié)論：此次試驗編寫的交通燈的代碼能夠完成日常生活中十字路口交通等所具有的功能，測試的波形也反映了狀態(tài)轉(zhuǎn)換的順序正確性、時間準確性。所設(shè)計的交通