DIY编程器网

标题: Verilog HDL基础之：实例5 交通灯控制器 [打印本页]

作者: admin 时间: 2015-4-27 16:43
标题: Verilog HDL基础之：实例5 交通灯控制器
实例的内容及目标

1．实例的主要训练内容

    本实例通过Verilog HDL语言设计一个简易的交通等控制器，实现一个具有两个方向、共8个灯并具有时间倒计时功能的交通灯功能。

2．实例目标

    通过本实例，读者应达到下面的目标。

掌握Verilog设计一个交通等控制器的方法。
初步掌握Verilog语言的设计方法。

原理简介

    交通灯是城市交通中不可缺少的重要工具，是城市交通秩序的重要保障。本实例就是实现一个常见的十字路口交通灯功能。读者通过学习这个交通灯控制器，可以实现一个更加完整的交通灯。例如实现实时配置各种灯的时间，手动控制各个灯的状态等。

    一个十字路口的交通一般分为两个方向，每个方向具有红灯、绿灯和黄灯3种，另外每个方向还具有左转灯，因此每个方向具有4个灯。

    这个交通灯还为每一个灯的状态设计了倒计时数码管显示功能。可以为每一个灯的状态设置一个初始值，灯状态改变后，开始按照这个初始值倒计时。倒计时归零后，灯的状态将会改变至下一个状态。

    值得注意的是，交通灯两个方向的灯的状态是相关的。也就是说，每个方向的灯的状态影响着另外一个方向的灯的状态，这样才能够协调两个方向的车流。如果每个方向的灯是独立变化的，那么交通灯就没有了意义。

    如表1所示是两个方向（假设为A，B方向）灯的状态的对应情况。
    表1                                           交通灯两个方向灯状态对应表

方向A	方向B
红灯亮	黄灯亮或绿灯亮
直行绿灯亮	红灯亮
黄灯亮	红灯亮
左转灯	红灯亮

    在实际的交通系统中，直行绿灯、左转绿灯和红灯的变化之间都应该有黄灯作为缓冲，以保证交通的安全。因此假如我们假设方向A的黄灯亮的时间持续5s，直行绿灯灯亮的时间持续40s，左转灯灯亮的时间持续15s，则方向B红灯灯亮的时间持续为（直行绿灯+黄灯+左转绿灯+黄灯）所消耗的时间，一共为65s。

    同样假设方向B黄灯亮的时间持续5s，直行绿灯灯亮的时间持续30s，左转灯灯亮的时间持续15s，则方向B红灯灯亮的时间持续为（直行绿灯+黄灯+左转绿灯+黄灯）所消耗的时间，一共为55s。

    具体时间参数的设定读者可以根据需要进行修改，但是一定要保证两个方向的灯的状态符合表1的要求。

代码分析

    下面给出交通灯控制器的Verilog HDL源代码，首先介绍交通灯端口信号的定义及说明，读者可以通过这些端口将此交通灯模块实例化至自己的工程设计中。

CLK：同步时钟。
EN：使能信号，为高电平时，控制器开始工作。
LAMPA：控制A方向4盏灯的状态；其中，LAMPA0～LAMPA3分别控制A 方向的左拐灯、绿灯、黄灯和红灯。
LAMPB：控制B方向4盏灯的状态；其中，LAMPB0～LAMPB3分别控制B 方向的左拐灯、绿灯、黄灯和红灯。
ACOUNT：用于A方向灯的时间显示，8位，可驱动两个数码管。
BCOUNT：用于B方向灯的时间显示，8位，可驱动两个数码管。

    下面是交通灯的Verilog HDL源代码及说明。

    module traffic(CLK,EN,LAMPA,LAMPB,ACOUNT,BCOUNT);    //端口说明
          output［7:0］ ACOUNT,BCOUNT;
          output［3:0］ LAMPA,LAMPB;
          input CLK,EN;                               //内部信号说明
          reg［7:0］ numa,numb;                      //ACOUNT和BCOUNT的内部信号
          reg tempa,tempb;
          reg［2:0］ counta,countb;                   //方向A和方向B的灯的状态
          reg［7:0］ ared,ayellow,agreen,aleft,bred,byellow,bgreen,bleft;
          reg［3:0］ LAMPA,LAMPB;

          //设置各交通灯的持续时间初始化值，红灯的值由另一个方向的黄灯和绿灯计算得出。
          always @(EN)
                if(!EN) begin             //使能信号EN无效时，对交通灯的计数值进行初始化
                   ared    <=8'd55; //55 s , 30 + 5 + 15 + 5
                   ayellow <=8'd5;    //5 s
                   agreen    <=8'd40; //40 s
                   aleft    <=8'd15;    //15 s
                   bred    <=8'd65;    //65 s , 40 + 5 + 15 + 5
                   byellow <=8'd5;    //5 s
                   bleft    <=8'd15;    //15 s
                   bgreen    <=8'd30;    //30 s
                end
                assign ACOUNT=numa;                //8位数码管输出
          assign BCOUNT=numb;                      //8位数码管输出
                //控制A方向4种灯的模块
          always @(posedge CLK) begin
                if(EN) begin                      //使能有效时，交通灯开始工作
                   if(!tempa) begin
                         tempa<=1;
                         case(counta)             //控制灯状态的顺序
                               0: begin             //状态0
                                  numa<=agreen; //直行绿灯亮
                                  LAMPA<=2;       //输出0010
                                  counta<=1;       //进入下一个状态
                               end
                               1: begin             //状态1
                                  numa<=ayellow; //黄灯亮
                                  LAMPA<=4;       //输出0100
                                  counta<=2;       //进入下一个状态
                               end
                               2: begin                //状态2
                                  numa<=aleft;    //左转绿灯亮
                                  LAMPA<=1;       //输出0001
                                  counta<=3;       //进入下一个状态
                               end

                               3: begin                //状态3
                                  numa<=ayellow; //黄灯亮
                                  LAMPA<=4;       //输出0100
                                  counta<=4;       //进入下一个状态
                               end
                               4: begin                //状态4
                                  numa<=ared;       //红灯亮
                                  LAMPA<=8;       //输出1000
                                  counta<=0;       //进入下一个状态（状态0）
                               end
                               default:                //默认状态
                                  LAMPA<=8;       //红灯亮，输出1000
                         endcase
                   end
                   else begin                   //每一个状态的倒计时
                         if(numa>1)             //判断倒计时未归零时分别对高地位进行递减
                               if(numa［3:0］==0) begin
                                  numa［3:0］<=4'b1001;
                                  numa［7:4］<=numa［7:4］-1;
                               end
                               else
                                  numa［3:0］<=numa［3:0］-1;
                         if (numa==2)
                               tempa<=0; //倒计时结束，返回灯状态变化判断，将进入下一个状态
                   end
                end
                else begin
                   LAMPA<=4'b1000;       //使能无效时，红灯亮
                   counta<=0;             //返回方向A的状态0(绿灯状态)
                   tempa<=0;             //进入状态变化判断
                end
          end
             //控制B方向4种灯的模块，模块的语言描述与方向A的描述基本一致，这里不再重复注释
          always @(posedge CLK) begin
                if (EN) begin
                   if(!tempb) begin
                         tempb<=1;
                         case (countb)
                               0: begin
                                  numb<=bred;
                                  LAMPB<=8;
                                  countb<=1;
                               end
                               1: begin
                                  numb<=bgreen;
                                  LAMPB<=2;
                                  countb<=2;
                               end
                               2: begin
                                  numb<=byellow;
                                  LAMPB<=4;
                                  countb<=3;
                               end
                               3: begin
                                  numb<=bleft;
                                  LAMPB<=1;
                                  countb<=4;
                               end
                               4: begin
                                  numb<=byellow;
                                  LAMPB<=4;
                                  countb<=0;
                               end
                               default:
                                  LAMPB<=8;
                         endcase
                   end
                   else begin //倒计时
                         if(numb>1)
                               if(!numb［3:0］) begin
                                  numb［3:0］<=9;
                                  numb［7:4］<=numb［7:4］-1;
                               end
                         else
                               numb［3:0］<=numb［3:0］-1;
                         if(numb==2)
                               tempb<=0;
                   end
                end
                else begin
                   LAMPB<=4'b1000;
                   tempb<=0;
                   countb<=0;
                end
          end
    endmodule

    通过上面这个Verilog HDL模块，基本实现了交通灯控制器的基本功能。读者可将此设计应用于实际的硬件系统中，通过晶振、FPGA、开关、LED灯及数码管等资源即可完成硬件实现。

欢迎光临 DIY编程器网 (http://diybcq.com/)