交通燈的實(shí)現(xiàn)與仿真驗(yàn)證.doc

哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）Harbin Institute of Technology交通燈課程設(shè)計(jì)課程名稱： 集成電路課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 交通燈的實(shí)現(xiàn)與仿真驗(yàn)證 院 系： 班 級(jí)： 設(shè) 計(jì) 者： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)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(yǔ)言設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈，能夠完成實(shí)際生活中十字路口的交通燈的工作。我設(shè)計(jì)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(jì)中，兩條路命名為line1和line2，（同在一條路上的兩個(gè)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(gè)路口的路燈的顏色轉(zhuǎn)換順序?yàn)榫G燈-左轉(zhuǎn)-黃燈-紅燈，下面是每個(gè)路口的燈的顏色的持續(xù)時(shí)間，line1的車流量比較多，所以綠燈的持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)。燈的顏色持續(xù)時(shí)間綠燈左轉(zhuǎn)黃燈紅燈Line14015545Line23010560可以看出狀態(tài)機(jī)一共有六種狀態(tài)，六種狀態(tài)循環(huán)出現(xiàn)，并且只受時(shí)間控制，將上面的時(shí)間相加得到一個(gè)循環(huán)的時(shí)間是105。則六種狀態(tài)循環(huán)的時(shí)間是105。二、設(shè)計(jì)方案使用三段式狀態(tài)機(jī)，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(shí)，狀態(tài)復(fù)位，回到g1r2的狀態(tài)，而reset為0時(shí)，狀態(tài)更新。新的狀態(tài)產(chǎn)生的邏輯：根據(jù)計(jì)數(shù)器的值來(lái)進(jìn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，只有計(jì)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(gè)狀態(tài)時(shí)路燈的顏色都有相應(yīng)的變化。通過(guò)一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)完成計(jì)數(shù)，從而控制狀態(tài)機(jī)狀態(tài)變換。有一個(gè)en的變量來(lái)控制計(jì)數(shù)器是否計(jì)數(shù)，并通過(guò)if語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的循環(huán)計(jì)數(shù)。三、設(shè)計(jì)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(jì)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(lì)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(shí)鐘信號(hào)翻轉(zhuǎn) en=1; reset=0; /進(jìn)行初始化 #5 en=0; #5 reset=1; join endmodule四、驗(yàn)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(shí)間節(jié)點(diǎn)實(shí)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(shí)現(xiàn)了日常生活中交通燈的功能。五、結(jié)果分析及性能評(píng)估：所設(shè)計(jì)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(shí)間控制狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，狀態(tài)轉(zhuǎn)變的時(shí)間正確，狀態(tài)轉(zhuǎn)換的順序正確，實(shí)現(xiàn)了日常生活中交通燈所具有的功能。所設(shè)計(jì)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(hào)，比如單行道的信號(hào)控制，行人過(guò)馬路的優(yōu)先權(quán)。六、 結(jié)論：此次試驗(yàn)編寫(xiě)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(cè)試的波形也反映了狀態(tài)轉(zhuǎn)換的順序正確性、時(shí)間準(zhǔn)確性。所設(shè)計(jì)的交通