交通灯控制系统_交通灯控制系统设计
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实验四 交通灯控制系统一、实验内容
1.通过ModelSim软件，运用Verilog语言编程实现交通灯控制系统功能。二．实验要求及原理
1.实验要求
设计交通灯控制系统，并进行功能仿真。2.实验原理
交通灯控制系统是一个比较简单的数字系统，它是通过控制交通道路的通行和等待时间来实现交通控制的，因此控制系统的主要功能是实现红、绿灯状态控制并显示当前状态持续的时间。这里设计的一个交通控制系统具有紧急状态、测试状态和正常工作三种状态。紧急状态用于处理一些突发的状态，如戒严等，此时双向路口禁止通行；测试状态可用于检测信号灯和数码管的硬件是否正常；正常工作状态则用于双向路口的信号灯控制。
（1）交通灯控制系统的设计思路
这里先介绍一个路口控制模块的设计思路。该模块包括复位状态、正常工作状态、紧急状态和信号灯测试状态，reset_n(复位信号)、emergency(紧急状态信号)和test(测试状态信号)是状态控制输入信号。
（2）一个路口控制模块的代码
一个路口控制模块traffic_con的各端口信号的说明如下： 输入信号：
clk——1 Hz时钟信号；
reset_n——复位信号，低电平有效；
prim_flag——主、次干道标志，1为主干道，0为次干道；
red_time——红灯时间(秒)；
green_time——绿灯时间(秒)；
yellow_time——黄灯时间(秒)；
emergency——紧急状态控制信号；
test——信号灯测试控制信号。输出信号：
wait_time——当前状态的倒计时时间输出；
ryg_light[2:0]——红、黄、绿信号灯状态输出。
module traffic_con(clk,reset_n,prim_flag,red_time,green_time,yellow_time,wait_time,ryg_light, emergency,test);
parameter on=1'b1,off=1'b0;
input clk,reset_n;
input prim_flag;
input[7:0]red_time,green_time,yellow_time;
input emergency,test;
output reg[7:0]wait_time;
output reg[2:0]ryg_light;
reg cnt;
reg[7:0]ticks,n;
reg[1:0]s,state;
initial
begin
ryg_light
cnt
s
ticks
n
end
always@(posedge clk)
begin
if(~reset_n)
begin
state
ryg_light
cnt
if(prim_flag)
s
else
s
ticks
n
end else if(emergency)
begin
state
ryg_light={on,on,off};
end
else if(test)
begin
state
if(~cnt)
ryg_light
else
ryg_light
end
else
begin
state
case(s)
2'b00:
ryg_light
2'b01:
ryg_light
2'b10:
ryg_light
endcase
end
wait_time
end
always@(s or state)
if(state==2'b11)
case(s)
2'b00:
ticks=green_time;
2'b01:
ticks=yellow_time;
2'b10:
ticks=red_time;
endcase
always@(posedge clk)
cnt
always@(posedge clk)
if(state==2'b11)
begin
if(n==ticks)
begin
if(s==2'b10)
s
else
s
n
end
else
n
end
endmodule
三．实验内容
（1）Testbench设计
为实现交通灯系统正常工作的仿真，设计相应的激励文件，参数根据仿真需要可做出相应修改。代码如下： `timescale 1ns/1ns module traffic_con_tp;reg clk,reset_n;reg emergency,test,prim_flag;wire[7:0]wait_time;wire[2:0]ryg_light;reg[7:0]red_time,green_time,yellow_time;traffic_con mytraffic(clk,reset_n,prim_flag,red_time,green_time,yellow_time,wait_time,ryg_light,emergency,test);initial clk=0;always begin #5 clk=1'b1;#5 clk=1'b0;end initial begin red_time=9;green_time=6;yellow_time=2;prim_flag=0;test=0;emergency=0;// #10 emergency=1;// #50 emergency=0;reset_n=0;#20 reset_n=1;#85 reset_n=0;#65 reset_n=1;end endmodule
（2）功能仿真
主干道和次干道的初始化状态截图如图1(a).(b)所示，图1(a)中prim_flag=1，表示该路口是主干道。因此，在复位信号无效后，红、黄、绿灯的输出信号ryg_light立即为3‘b001，即绿灯亮，由于green_time=6，所以绿灯持续时间应为6秒钟，在wait_time输出分别为6、5、4、3、2、1后，ryg_ light为3’b010，黄灯亮，黄灯持续2秒后，ryg_light=3'b100，红灯亮，红灯持续9秒钟后，ryg_light=3'b001，绿灯再次亮。
图1(a)主干道复位仿真波形 图1(b)中，prim_flag=0，表示该路口是次干道。在复位信号无效后，红、黄、绿灯的输出信号ryg_light=3‘b100，即红灯先亮。红灯持续9秒后依次是绿灯亮6秒、黄灯亮2秒。
图1(b)次干道复位仿真波形
图2所示是通行时间重新设置后的仿真波形。图中可以看出，红、绿、黄灯的通行时间分别由9秒、6秒、2秒变为12秒、8秒和4秒后，新的灯时按照新输入时间运行；当前的绿灯状态结束后，随后的黄灯时间变为4秒，红灯时间变 为12秒。
图2 通行时间更行后的仿真波形
图3所示是紧急状态控制信号emergency变化为1后电路的工作状态，wait_time=8'h88(图中显示的符号是十进制数，为-120)，信号灯ryg_light=110，即红、黄灯同时亮的状态。当emergency无效后，输出信号又继续之前的工作状态。
图3 紧急工作状态仿真波形
图4所示是测试状态控制信号test变化为1后的工作状态，wait_time=8'h88(图中有符号十进制数为-120)，信号灯ryg_light交替为3'b000和3'b111，即红、黄、绿信号灯交替同时亮或同时灭，用于测试信号灯的故障。当test信号无效后，输出信号又继续之前的工作状态。
图4 测试工作状态截图
图5所示为双向路口控制的仿真。
图5 双向路口控制模块的仿真波形
四．实验心得
