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简易交通灯控制电路12电信2班刘超凡李莹设计要求设计思路及步骤仿真波形预期结果设计要求完成简单十字路口直行的交通灯控制电路设计。（1）十字路口，南北方向红：黄：绿为20s：5s：40s且可调；（2）工作时钟10hz；（3）各个方向的红黄绿等可用3个单色灯替代；（4）选做黄灯1hz闪烁；（5）完成全部流程：设计规范文档、模块设计、代码输入、功能仿真、约束与综合、布局布线、时序仿真、下载验证等。设计思路基本原理用Verilog实现十字路口简易交通灯控制原理。南北向红黄绿为20s：5s：40s工作时钟10hz黄灯1hz闪烁。Verilog语言被广泛的应用在电路设计中。它的设计描述可被不同的工具支持和实现。利用其自顶向下的设计方法来实现交通灯控制原理，使道路交通正常运转。程序总体设计系统时钟信号1hz时钟各个状态转变七段译码七段译码黄灯闪烁控制绿红亮65s黄闪5s分频时钟全局控制信号reset分频控制个位十位分频首先，输入的10Hz的系统时钟和全局控制端reset，输出为个位数字的七段译码，十位数字七段译码以及各个灯最后状态。然后由于系统时钟频率大，第一要进行分频，使其成为1Hz的时钟信号，第二利用分频后的时钟信号对电路进行控制，开始先对状态跳转进行控制，，用case语句控制三灯亮与灭，紧跟着进行倒计时的过程。第三输出个位和十位上的数即可，要显示倒计时是很容易实现的，直接用两个七段译码即可。最后要控制黄灯的闪烁，还是要先产生分频时钟，作为控制端，控制模块各灯亮与灭作为输入，即可产生黄灯闪烁的效果。另外，作为全局控制端，reset信号是清零用的，在有时钟信号的地方就有reset。时序图Enable=0，Status=1Enable=1Enable=1Enable=0，Status=1Enable=0，Status=1初始状态black第一个状态Green第三个状态Red第二个状态Yellow清零端为低Enable=1假设在0时刻，加上系统时钟，首先要进行reset清零，这时在控制模块的计数器会清零，三个灯都是灭的状态，控制状态跳转的使能端enable等于0，等待着清零结束，开始工作；七段译码也不会显示。在reset变低之后，系统开始正常工作。首先是分频时钟开始工作，在计数器达到第一个25000000之前，分频时钟都是低电位，到25000000的时候分频时钟的第一个上升沿来临，此时状态控制开始运转，先工作的是绿灯，它会经过从39到0的倒计时过程，同时译码模块也开始工作，颜色控制colour是100，表征绿灯的点亮，经七段译码，这个倒计时数字也会同步显示出来经过40s（也就是经过40*10个系统时钟上升沿之后）绿灯亮的时间到，会自动转到黄灯状态，黄灯是5到0的倒计时过程，译码的显示跟绿灯一样，只是黄灯的亮会加一个1Hz的时钟控-4-制端，1秒内只有半秒，黄灯是亮的，从5秒到4.5秒之间黄灯是亮的，然后4.5到3是灭的，如此继续下去，直到5秒结束。又经过5（5*10个系统时钟上升沿），状态转移到红灯，然后显示及七段译码过程与绿灯相似。至此一个周期已经完成，接下来就是循环执行以上步骤的过程，直到有reset清零端打断其正常工作。总体上分为三个大模块，即：顶层模块、控制模块、译码模块（包括显示模块）。顶层模块控制模块译码模块输入:sysclk10Hz(全局时钟信号)Reset(全局复位端，高电平有效)输出：color（最终各灯状态亮或闪）led_ctrl_1s(个位七段译码)led_ctrl_10s(十位七段译码时序说明：加上时钟信号之后，首先用reset清零，然后控制模块会分频产生分频时钟，根据分频时钟的高与低，会控制各个状态之间的跳转，译码模块会同步通过数码管来显示倒计时数，并且会根据译码模块黄灯闪亮控制端来输出各灯的具体状态。1）顶层模块：此模块只做例化，即对底层的控制模块和译码模块进行例化，而不做逻辑设计。2）控制模块：此模块是本程序的主体，主要是控制各个灯颜色（此模块并不控制黄灯的闪烁）的转换，以及倒计时时间输出输出分频系统时钟sysclk_10Hz分频时钟sub_clk_1Hz控制三个灯亮与灭倒计时各位倒计时十位Blackgreenredyellow控制输出输出Reset=040s之后5s之后20s之后输入：sysclk_10Hz全局时钟信号，10HzReset全局复位端，高电平有效输出：dout_1s倒计时个位上数字dout_10s倒计时十位上数字light_select各个灯状态light_select（只是控制亮与灭，不管黄灯闪烁）时序说明：首先还是加上系统时钟之后，用reset清零，则计数器清零、所有灯都不亮。但reset为1之后模块开始工作，首先是计数器开始计数，随之分频时钟会根据计数器的变化而周期变化，绿灯会先亮40秒，之后黄灯也会亮（闪烁在译码模块实现）5秒，然后就是红灯亮20秒，以后就是循环以上步骤的过程，同时在循环过程中，倒计数的数会同步输出，各灯亮与灭状态也会同步输出。3）译码模块：此模块主要有两个作用，控制黄灯闪烁以及对倒计时时间进行译码输出。输入输入输入产生控制系统时钟分频1Hz黄灯闪烁控制端绿灯黄灯红灯各灯状态倒计时个位，由控制模块输入倒计时十位，由控制模块输入七段译码器点亮对应数码管点亮对应数码管亮40s闪5s亮20s输入端口：sysclk_10Hz全局时钟信号，10Hzreset全局复位端，高电平有效din_1s显示器个位数据，由控制模块输入din_10s显示器十位数据，由控制模块输入light_sel选择那盏灯亮，由控制模块的输入输出端口：colour最终显示哪盏灯亮，可与硬件相连led_data_1s显示器个位数据的译码led_data_10s显示器十位数据的译码时序说明：此模块接受（系统时钟）sysclk_10Hz和（全局复位）reset的控制，均为上升沿触发，当reset为高电平时，电路复位，重新开始工作。当reset为低电平时，电路正常工作。时钟上升沿触发，对[3:0]din_1s（显示器个位数据）进行译码，输出到[6:0]led_data_1s（显示器个位数据的译码）；对[3:0]din_10s（显示器十位数据）进行译码，输出到[6:0]led_data_10s（显示器十位数据的译码）。这两个译码输出端口最终连接到硬件上去，实现7段LED数码管的显示。时钟上升沿触发，对哪个灯亮进行译码输出，light_sel[2]将高电平传入到colour[2]中，红灯开始亮，light_sel[0]将高电平传入到colour[0]中，绿灯开始亮。黄灯的闪烁在顶层模块说明。仿真sysclk_10Hz系统时钟,10Hz为了方便，这里取2nscolor最终三灯状态包括绿红灯亮，黄灯闪烁light_selected控制模块灯亮的标志只控制亮与不亮，不闪led_ctrl_1s倒计时个位七段译码系统时钟led_ctrl_10s倒计时十位七段译码系统输出dout_1s倒计时个位上的数字控制模块的输出dout_10s倒计时十位上的数字控制模块的输出y_flicker黄灯闪烁控制端高电平有效图7展示的是绿灯倒计时的某一瞬间，竖线所在的位置是56s，这时候color和light_selected是100，表示此时绿灯亮，而led_ctrl_1s是0010000，对照译码表可以发现它显示的数字6，led_ctrl_10s是0010100，对照译码表可以发现它显示的数字5，十位和个位合起来就是数字56，正好与dout_10s（5）和dout_1s（6）结果相对应。图8展示的黄灯倒计时的某一瞬间，竖线显示的地方，此时color和light_selected都是010，表示此时是黄灯在亮，倒计时十位（dout_10s）和和个位（dout_1s）合起来是05，而七段译码led_ctrl_10s是0001000，对照译码表可以发现它显示的数字0，led_ctrl_1s是0000000，对照译码表可以发现它显示的数字8，也与输出结果吻合，最后一个y_flicker为1，也表示此时黄灯可以亮。图9也是展示的黄灯在倒计时08s时结果，与图8不同的是在color和y_flicker，图9的light_selected也是010，表示此时输入信号时黄灯在亮，然而闪烁控制端y_flicker为0，表示此时输出的黄灯应该是灭的，实际上通过图8和图9对比可以发现，它实现了黄灯闪烁的功能（05s的前半秒黄灯是亮的，后半秒是灭的）。图10展示的是红灯倒计时的某一刻，此时color和light_selected是100，表示此时红灯亮，而七段译码结果合起来是37，正好与下面的十位和个位输出结果一致。实验调试结果通过运用分频器、状态机、译码器、计数器等硬件，最终完成直行交通灯的实现，绿灯亮40s黄灯闪烁5s红灯亮20s。