基于Verilog的交通燈控制器的設(shè)計

1、武 漢 科 技 大 學(xué) 課題：交通燈控制器的設(shè)計 編號：17 指導(dǎo)老師：馮 玉 林 班 級：自動化0703班 姓 名： 筱 啟堅持，就是勝利目 錄1. 設(shè)計內(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 44. 交通燈控制電路設(shè)計的難點(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)計內(nèi)容與要求 設(shè)計一個十字路口交通信號燈的定時控制電路。要求紅、綠燈按一定的規(guī)律亮和滅，并在亮燈期間進(jìn)行倒計時，并將運(yùn)行時間用數(shù)碼管顯示出來。 綠燈亮?xí)r，為

2、該車道允許通行信號，紅燈亮?xí)r，為該車道禁止通行信號。要求主干道每次通行時間為99秒，支干道每次通行時間為30秒。每次變換運(yùn)行車道前綠燈閃爍，持續(xù)時間為5秒。即車道要由主干道轉(zhuǎn)換為支干道時，主干道在通行時間只剩下5秒鐘時，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，支干道綠燈閃爍顯示5秒鐘，主干道仍為紅燈。 對紅、綠燈的運(yùn)行時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)。對器件進(jìn)行在系統(tǒng)編程和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。用verilog語言對設(shè)計進(jìn)行描述，設(shè)計一個測試方案，通過muxplus對

3、設(shè)計進(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)計要求，畫出交通信號燈控制電路原理框圖，如下圖所示：支干道信號燈主干道信號燈譯碼、顯示 交通燈閃爍控制狀態(tài)譯碼器減法計數(shù)器 置數(shù)控制狀態(tài)控制器 秒脈沖發(fā)生器 交通信號燈控制原理圖主 干道 信號 燈定 時 器 綠 燈 ts tl ts tl temp 左拐燈譯碼器控 制 器 紅 燈時鐘支 干道 信號 燈傳感器 綠 燈 左拐燈 紅 燈 交通信號燈控制系統(tǒng)框圖三、 交通燈控制電路的設(shè)計交通燈控制器設(shè)計的重點(diǎn)是控制電路的設(shè)計，根據(jù)設(shè)計要求分析，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間不得超過ts時間間隔；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間的設(shè)置和減計數(shù)分開？用使能信號，當(dāng)使能信號en=0時，就進(jìn)行初始時間的設(shè)置；當(dāng)en=1時，就進(jìn)行減計數(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間的設(shè)置

7、？將主干道直行和左拐、支干道直行和左拐分別用四個鍵ms ml bs bl來控制，采這些信號的上升沿，每來一個上升沿就進(jìn)行一次加計數(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時是并行的，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tempm和countm、tempb和countb來實(shí)現(xiàn)。將初始時間的賦值和減計數(shù)分開來：用temp來控制是賦值（temp=0）還是減計數(shù)(temp=1)；用count來控制是哪一種狀態(tài)下的倒計時，如count=0時，主干道是等待燈的倒計時，支干道是左拐燈的倒計時；count=1時，主干道是直行燈的倒計時，

8、支干道是等待燈的倒計時；count=2時，主干道是紅燈的倒計時，支干道是直行燈的倒計時。4、 如何進(jìn)行數(shù)碼管的分配？共有8個數(shù)碼管，但是根據(jù)題目要求必須用到12個數(shù)碼管。給主干道和支干道分別分配4個數(shù)碼管，兩個用于時間的設(shè)定，兩個用于時間的倒計時；而時間的設(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，顯示的是直行的時間；當(dāng)sty=0時，顯示的是左拐的時間。5、 在賦值的過程中對于紅燈的時間計算有溢出該怎么避免？溢出的情況分為個位是7和9、8和8、8和9、9和9，因?yàn)榇笥?5，故會溢出，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、

9、 交通燈控制電路的verilog語句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間顯示input clk,en,ms,ml,bs,bl,msty,bsty;/ms,ml,bs,bl是手動設(shè)置時間的鍵，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

10、;reg7:0mgreen,mleft,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，為主干道直行時間的顯示；當(dāng)msty=0時，為主干道左拐時間的顯示；當(dāng)bsty=1時，為枝干道直行時間的顯示；當(dāng)bsty=0時，為枝干道左拐時間的顯示。assign mlampm=(msty?mgreen:mleft); assign blampb=(bsty?bgreen:bleft); alw

11、ays (posedge ms)/手動設(shè)置主干道直行的時間begin if(!en) begin if(mgreen3:0=9&&mgreen7:4<9) begin mgreen3:0<=0; mgreen7:4<=mgreen7:4+1; end else if(mgreen3:0<9&&mgreen7:4<=9) begin mgreen7:4<=mgreen7:4; mgreen3:0<=mgreen3:0+1; end else if(mgreen3:0=9&&mgreen7:4=9) mgre

12、en<=0; endendalways (posedge ml)/手動設(shè)置主干道左拐的時間 begin if(!en) begin if(mleft3:0=9&&mleft7:4<9) begin mleft3:0<=0; mleft7:4<=mleft7:4+1; end else if(mleft3:0<9&&mleft7:4<=9) begin mleft7:4<=mleft7:4; mleft3:0<=mleft3:0+1; end else if(mleft3:0=9&&mleft7:4=

13、9) begin mleft<=0; end end endalways (posedge bs)/手動設(shè)置支干道直行的時間 begin if(!en) begin if(bgreen3:0=9&&bgreen7:4<9) begin bgreen3:0<=0; bgreen7:4<=bgreen7:4+1; end else if(bgreen3:0<9&&bgreen7:4<=9) begin bgreen7:4<=bgreen7:4; bgreen3:0<=bgreen3:0+1; end else if(b

14、green3:0=9&&bgreen7:4=9) begin bgreen<=0; end end endalways (posedge bl)/手動設(shè)置支干道左拐的時間 begin if(!en) begin if(bleft3:0=9&&bleft7:4<9) begin bleft3:0<=0; bleft7:4<=bleft7:4+1; end else if(bleft3:0<9&&bleft7:4<=9) begin bleft7:4<=bleft7:4; bleft3:0<=bleft

15、3:0+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)/使能信號為1時 begin if(!tempm)/對主干道計時總時間進(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; numm<=mleft; end 2:begin c

16、ountm<=0; if ( bgreen3:0+bleft3:0>9 ) 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(b

17、green3:0=8&&bleft3:0=9)|(bgreen3:0=9&&bleft3:0=8) begin 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;

18、end end default:lampm<=3; endcase end else/如果tempm=1 begin/倒計時 case(countm) 1:begin/主干道的綠燈倒計時 if(numm>6) 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; n

19、umm<=numm-1; end else if(numm=5|numm=3) begin lampm1<=0; numm<=numm-1; end else if(numm=1) begin tempm<=0;lampm1<=0; end end 2:begin /主干道左轉(zhuǎn)燈倒計時 if(numm>6) 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;

20、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/主干道紅燈倒計時 if(numm3:0=0) begin numm7:4<=numm7:4-1; numm3:0<=9; lampm0<=1; end else if

21、(numm=1) begin lampm0<=0; tempm<=0; 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 countb<=1; if(mgreen3:0+mleft3:0>9) begin numb3:0<=mgreen3:0+mleft3:0-10; numb7:4<=mgreen7:4+mleft7:4+1;e

22、nd else if(mgreen3:0=7&&mleft3:0=9)|(mgreen3:0=9&&mleft3:0=7)|(mgreen3:0=8&&mleft3:0=8) begin numb3:0<=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;

23、 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; end end 1:begin countb<=2; numb<=bgreen; end 2:begin countb<=0; numb<=bleft; end default:lampb<=3; endcas

24、e end else/如果tempm=1 begin/各個燈的倒計時 case(countb) 1:begin/支干道紅燈的倒計時 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 2:begin/支干道的綠燈倒計時 if(numb>6) begin if(numb3:0=

25、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; tempb<=

26、0; end end 0:begin/支干道的左轉(zhuǎn)燈倒計時 if(numb>6) 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&

27、lt;=numb-1; end else if(numb=1) begin lampb2<=0; tempb<=0; end end endcase end end if(!en)/使能端信號為0時 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、主干道直行時間的設(shè)置程序?yàn)椋篴lways (posedge ms) begin if(!en) begin if(mgreen3:0=9&

28、;&mgreen7:4<9) begin mgreen3:0<=0; mgreen7:4<=mgreen7:4+1; end else if(mgreen3:0<9&&mgreen7:4<=9) begin mgreen7:4<=mgreen7:4; mgreen3:0<=mgreen3:0+1; end else if(mgreen3:0=9&&mgreen7:4=9) mgreen<=0; endend其波形為：在使能信號en=0時，若按鍵ms被按一下，則加一下數(shù)，直至使能信號為1或者ms鍵不再被按為止

29、。2、主干道左拐時間設(shè)置的程序?yàn)椋篴lways (posedge ml) begin if(!en) begin if(mleft3:0=9&&mleft7:4<9) begin mleft3:0<=0; mleft7:4<=mleft7:4+1; end else if(mleft3:0<9&&mleft7:4<=9) begin mleft7:4<=mleft7:4; mleft3:0<=mleft3:0+1; end else if(mleft3:0=9&&mleft7:4=9) begin mle

30、ft<=0; end end end 其波形為：在使能信號en=0時，若按鍵ml被按一下，則加一下數(shù)，直至使能信號為1或者ml鍵不再被按為止。 3、支干道直行時間設(shè)置的程序?yàn)椋篴lways (posedge bs) begin if(!en) begin if(bgreen3:0=9&&bgreen7:4<9) begin bgreen3:0<=0; bgreen7:4<=bgreen7:4+1; end else if(bgreen3:0<9&&bgreen7:4<=9) begin bgreen7:4<=bgreen

31、7:4; 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en=0時，若按鍵bs被按一下，則加一下數(shù)，直至使能信號為1或者bs鍵不再被按為止。4、支干道左拐時間設(shè)置的程序?yàn)椋篴lways (posedge bl) begin if(!en) begin if(bleft3:0=9&&bleft7:4<9) begin bleft3:0<=0; bleft7:4<=bleft7:4+1

32、; end else if(bleft3:0<9&&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 end其波形為：在使能信號en=0時，若按鍵bl被按一下，則加一下數(shù)，直至使能信號為1或者bl鍵不再被按為止。5、主干道直行倒計時和亮燈情況程序?yàn)椋篵egin/主干道的綠燈倒計時 if(numm>6) begin if(numm3:0=0

33、) 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(numm=5|numm=3) begin lampm1<=0; numm<=numm-1; end else if(numm=1) begin tempm<=0;lampm1<=

34、0; end end波形為：在使能信號為1時，若tempm=1,且countm=1,則每當(dāng)有一個時鐘上升沿來臨時，numm就做一次減計數(shù)，直至numm=5時，主干道的直行燈就開始閃亮，直至numm=0，則進(jìn)入下一個狀態(tài)。6、主干道左拐倒計時和亮燈情況程序?yàn)椋篵egin /主干道左轉(zhuǎn)燈倒計時 if(numm>6) 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

35、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波形為：在使能信號為1時，若tempm=1,且countm=2時,則每當(dāng)有一個時鐘上升沿來臨時，numm就做一次減計數(shù)，直至numm=5時，主干道的左拐燈就開始閃亮，直至numm=0，則進(jìn)入下一個狀態(tài)。7、主干道等待倒計時和亮燈

36、情況程序?yàn)椋篵egin/主干道紅燈倒計時 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; end else begin numm3:0<=numm3:0-1; lampm0<=1; end end波形為：在使能信號為1時，若tempm=1,且countm=0時,則每當(dāng)有一個時鐘上升沿來臨時，numm就做一次減計數(shù)，直至numm=0時，主干道的紅燈熄滅，則進(jìn)入下一個狀態(tài)。8、支干道直行

37、倒計時和亮燈情況程序?yàn)椋篵egin/次干道的綠燈倒計時 if(numb>6) 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<

38、=numb-1; end else if(numb=1) begin lampb1<=0; tempb<=0; end end波形為：在使能信號為1時，若tempb=1,且countb=1時,則每當(dāng)有一個時鐘上升沿來臨時，numb就做一次減計數(shù)，直至numb=5時，支干道的直行燈就開始閃亮，直至numb=0，則進(jìn)入下一個狀態(tài)。9、支干道左拐倒計時和亮燈情況程序?yàn)椋篵egin/次干道的左轉(zhuǎn)燈倒計時 if(numb>6) begin if(numb3:0=0) begin numb7:4<=numb7:4-1; numb3:0<=9; lampb2<=1; en

39、d 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波形為：在使能信號為1時，若tempb=1,且countb=2時,則每當(dāng)有一個時鐘上升沿來臨時，numb就做一次減計數(shù)，直至numb=5時，支干道的左拐燈就開始閃亮，直至numb=0，則進(jìn)入下一個狀態(tài)。10、支干道等待的倒計時和亮燈情況程序?yàn)椋篵egin/次干道紅燈的倒計時 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