基于FPGA的交通灯设计与实现

EDA工具：Modelsim and Vivado
##一、产品要求：

该控制器用于主干道和支道公路交叉口，优先保证主干道通行，平时处于"主干道绿灯，支道红灯"状态，支道有车辆要穿过主干道时，信号灯改为"主干道红灯，支道绿灯"，支道无车辆时，信号灯返回"主干道绿灯，支道红灯"状态。如果支道始终有车，按普通信号灯处理。主干道和支道每次通行时间不得短于30s，两个状态交换之间有"主黄，支红"和"主红，支黄"的中间状态，持续时间均为4s。支道是否来车用开关代替，交通信号灯用LED代替。

##二、代码设计：

module traffic_ctrl(input sys_clk,input sys_rst_n,input bypass_car,output reg main_light,output reg bypass_light);
//wire sys_rst_n;
//assign sys_rst_n = 1'b1;
parameter S0 = 2'b00;
parameter S1 = 2'b01;
parameter S2 = 2'b11;
parameter S3 = 2'b10;
/**************************实际测试数据*********************************************************/
//parameter CLK_CNT    = 32'B1100_1010_1010_0111_1110_0010_0000_0000;//68s
//parameter YELLOW_CNT = 25'B1_0111_1101_0111_1000_0100_0000;
/**************************缩小1000000倍后的用于仿真测试数据**************************************/
parameter CLK_CNT    = 35'd3400;
parameter YELLOW_CNT = 25'd25;reg [31:0]clk_cnt;
reg [24:0]yellow_cnt;
wire red;
reg yellow;
wire green;
assign red   = 1'b1;
assign green = 1'b0;always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)beginif(!sys_rst_n||!bypass_car)yellow_cnt <= 25'b0;else if(yellow_cnt == YELLOW_CNT - 1)beginyellow <= ~yellow;yellow_cnt <= 25'b0;endelseyellow_cnt <= yellow_cnt + 1'b1;
end//计数模块
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)beginif(!sys_rst_n||!bypass_car)clk_cnt <= 32'b0;else if(clk_cnt==CLK_CNT-1)clk_cnt <= 32'b0;elseclk_cnt <= clk_cnt + 1'b1;
end
reg [1:0]curr_st;
reg [1:0]next_st;//状态机之一段
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)beginif(!sys_rst_n||!bypass_car)curr_st = S0;
//    else if((clk_cnt==(30*50_000_000-1))||            /*
//            (clk_cnt==(34*50_000_000-1))||                实际时间
//            (clk_cnt==(64*50_000_000-1))||
//            (clk_cnt==(68*50_000_000-1))  )            */
/**************************缩小1000000倍后的仿真测试**************************************/else if((clk_cnt==(30*50_-1))||             (clk_cnt==(34*50_-1))||(clk_cnt==(64*50_-1))||(clk_cnt==(68*50_-1))  )curr_st <= next_st;elsecurr_st <= curr_st;
end//状态机之二段
always@(*)begincase(curr_st)S0 : next_st = S1;S1 : next_st = S2;S2 : next_st = S3;S3 : next_st = S0;default :;endcase
end//状态机之第三段
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)beginif(!sys_rst_n)beginmain_light <= green;bypass_light <= red;endelse begincase(curr_st)S0: beginmain_light <= green;bypass_light <= red;endS1:  beginmain_light <= yellow;bypass_light <= red;endS2:  beginmain_light <= red;bypass_light <= green;endS3:   beginmain_light <= green;bypass_light <= yellow;enddefault:;  endcase
end
endendmodule

##三、测试代码设计：

`timescale 1ns/1ps
module tb_traffic_light();reg sys_clk;
reg sys_rst_n;
reg bypass_car;
wire main_light;
wire bypass_light;initial begin sys_clk    = 1'b1;sys_rst_n  = 1'b0;bypass_car = 1'b0;end
initial begin#20 sys_rst_n  = 1'b1;#1000 bypass_car = 1'b1;
end
always #10 sys_clk = ~sys_clk;traffic_ctrl u_traffic_ctrl(.sys_clk          (sys_clk         )  ,.sys_rst_n        (sys_rst_n       )  ,.bypass_car       (bypass_car      )  ,.main_light       ( main_light     )  ,.bypass_light     ( bypass_light   )  );endmodule

##四、仿真测试结果

由于仿真工具的仿真时间的考虑，本次仿真是在缩小1000_000倍的前提下进行的仿真，入下（前提采用了两个led作为测试灯亮表示红灯灯灭表示绿灯黄灯表示led灯闪烁）

为什么黄灯会变成不定态（原因：可能因为led灯反转太快导致的在实际情况下不存在此情况如视频中演示）

在bypass_car=1(i.g. 旁路有车)前提下
一区：相隔30000ns后进行的
二区：相隔4000ns后进行的
三区：相隔30000ns后进行的
四区：相隔4000ns后进行的
五区：返回到主车道绿灯，旁车道红灯

##五、上板验证结果
Led1灯表示主干道 led3表示枝干道

交通信号灯

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