Verilog HDL基礎(chǔ)教程之：實(shí)例5 交通燈控制器

實(shí)例的內(nèi)容及目標(biāo)

1.實(shí)例的主要訓(xùn)練內(nèi)容

本實(shí)例通過Verilog HDL語言設(shè)計(jì)一個(gè)簡易的交通等控制器，實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有兩個(gè)方向、共8個(gè)燈并具有時(shí)間倒計(jì)時(shí)功能的交通燈功能。

2.實(shí)例目標(biāo)

通過本實(shí)例，讀者應(yīng)達(dá)到下面的目標(biāo)。

掌握Verilog設(shè)計(jì)一個(gè)交通等控制器的方法。

初步掌握Verilog語言的設(shè)計(jì)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(shí)例就是實(shí)現(xiàn)一個(gè)常見的十字路口交通燈功能。讀者通過學(xué)習(xí)這個(gè)交通燈控制器，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)更加完整的交通燈。例如實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)配置各種燈的時(shí)間，手動(dòng)控制各個(gè)燈的狀態(tài)等。

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

這個(gè)交通燈還為每一個(gè)燈的狀態(tài)設(shè)計(jì)了倒計(jì)時(shí)數(shù)碼管顯示功能?？梢詾槊恳粋€(gè)燈的狀態(tài)設(shè)置一個(gè)初始值，燈狀態(tài)改變后，開始按照這個(gè)初始值倒計(jì)時(shí)。倒計(jì)時(shí)歸零后，燈的狀態(tài)將會(huì)改變至下一個(gè)狀態(tài)。

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

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

表1 交通燈兩個(gè)方向燈狀態(tài)對(duì)應(yīng)表

在實(shí)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(shí)間持續(xù)5s，直行綠燈燈亮的時(shí)間持續(xù)40s，左轉(zhuǎn)燈燈亮的時(shí)間持續(xù)15s，則方向B紅燈燈亮的時(shí)間持續(xù)為(直行綠燈+黃燈+左轉(zhuǎn)綠燈+黃燈)所消耗的時(shí)間，一共為65s。

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

具體時(shí)間參數(shù)的設(shè)定讀者可以根據(jù)需要進(jìn)行修改，但是一定要保證兩個(gè)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(hào)的定義及說明，讀者可以通過這些端口將此交通燈模塊實(shí)例化至自己的工程設(shè)計(jì)中。

• CLK：同步時(shí)鐘。
• EN：使能信號(hào)，為高電平時(shí)，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(shí)間顯示，8位，可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)數(shù)碼管。
• BCOUNT：用于B方向燈的時(shí)間顯示，8位，可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)數(shù)碼管。