Verilog HDL基礎(chǔ)教程之：實例5 交通燈控制器

實例的內(nèi)容及目標

1.實例的主要訓(xùn)練內(nèi)容

本實例通過Verilog HDL語言設(shè)計一個簡易的交通等控制器，實現(xiàn)一個具有兩個方向、共8個燈并具有時間倒計時功能的交通燈功能。

2.實例目標

通過本實例，讀者應(yīng)達到下面的目標。

掌握Verilog設(shè)計一個交通等控制器的方法。

初步掌握Verilog語言的設(shè)計方法。

原理簡介

交通燈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。本實例就是實現(xiàn)一個常見的十字路口交通燈功能。讀者通過學(xué)習(xí)這個交通燈控制器，可以實現(xiàn)一個更加完整的交通燈。例如實現(xiàn)實時配置各種燈的時間，手動控制各個燈的狀態(tài)等。

一個十字路口的交通一般分為兩個方向，每個方向具有紅燈、綠燈和黃燈3種，另外每個方向還具有左轉(zhuǎn)燈，因此每個方向具有4個燈。

這個交通燈還為每一個燈的狀態(tài)設(shè)計了倒計時數(shù)碼管顯示功能。可以為每一個燈的狀態(tài)設(shè)置一個初始值，燈狀態(tài)改變后，開始按照這個初始值倒計時。倒計時歸零后，燈的狀態(tài)將會改變至下一個狀態(tài)。

值得注意的是，交通燈兩個方向的燈的狀態(tài)是相關(guān)的。也就是說，每個方向的燈的狀態(tài)影響著另外一個方向的燈的狀態(tài)，這樣才能夠協(xié)調(diào)兩個方向的車流。如果每個方向的燈是獨立變化的，那么交通燈就沒有了意義。

如表1所示是兩個方向(假設(shè)為A，B方向)燈的狀態(tài)的對應(yīng)情況。

表1 交通燈兩個方向燈狀態(tài)對應(yīng)表

在實際的交通系統(tǒng)中，直行綠燈、左轉(zhuǎn)綠燈和紅燈的變化之間都應(yīng)該有黃燈作為緩沖，以保證交通的安全。因此假如我們假設(shè)方向A的黃燈亮的時間持續(xù)5s，直行綠燈燈亮的時間持續(xù)40s，左轉(zhuǎn)燈燈亮的時間持續(xù)15s，則方向B紅燈燈亮的時間持續(xù)為(直行綠燈+黃燈+左轉(zhuǎn)綠燈+黃燈)所消耗的時間，一共為65s。

同樣假設(shè)方向B黃燈亮的時間持續(xù)5s，直行綠燈燈亮的時間持續(xù)30s，左轉(zhuǎn)燈燈亮的時間持續(xù)15s，則方向B紅燈燈亮的時間持續(xù)為(直行綠燈+黃燈+左轉(zhuǎn)綠燈+黃燈)所消耗的時間，一共為55s。

具體時間參數(shù)的設(shè)定讀者可以根據(jù)需要進行修改，但是一定要保證兩個方向的燈的狀態(tài)符合表1的要求。

代碼分析

下面給出交通燈控制器的Verilog HDL源代碼，首先介紹交通燈端口信號的定義及說明，讀者可以通過這些端口將此交通燈模塊實例化至自己的工程設(shè)計中。

• CLK：同步時鐘。
• EN：使能信號，為高電平時，控制器開始工作。
• LAMPA：控制A方向4盞燈的狀態(tài)；其中，LAMPA0～LAMPA3分別控制A 方向的左拐燈、綠燈、黃燈和紅燈。
• LAMPB：控制B方向4盞燈的狀態(tài)；其中，LAMPB0～LAMPB3分別控制B 方向的左拐燈、綠燈、黃燈和紅燈。
• ACOUNT：用于A方向燈的時間顯示，8位，可驅(qū)動兩個數(shù)碼管。
• BCOUNT：用于B方向燈的時間顯示，8位，可驅(qū)動兩個數(shù)碼管。