基于FPGA的交通灯设计

疫情无情，人间有情，武汉加油，

在家里，无所事事，把以前的课设给放到网上吧，也顺便复习一下。

就贴了一下代码，不是太详细，你们都是聪明人，一下子肯定看懂了！

题目是这样子的

信号控制系统设计

内容及要求：

设计一个十字路口交通控制系统,具体设计要求如下：

（1）东西（用A表示）、南北（用B表示）方向均有绿灯、黄灯、红灯指示，其持续时间分别是40秒、5秒和45秒, 交通灯运行的切换示意图和时序图分别如图1、图2所示。

（2）系统设有时钟,以倒计时方式显示每一路允许通行的时间。

（3）当东西或南北两路中任一路出现特殊情况时，系统可由交警手动控制立即进入特殊运行状态，即红灯全亮，时钟停止计时，东西、南北两路所有车辆停止通行；当特殊运行状态结束后，系统恢复工作，继续正常运行。

图2 交通灯时序图

（4）完成全部流程：设计规范文档、模块设计、代码输入、下载验证等，最后就课程设计本身提交一篇课程设计报告。

这是交通灯的时序模块

主要的是完成交通灯的时序模块，注释很少，忘见谅！

module traffic_led(  input   sys_clk,input   sys_rst_n,input   en,      //使能标记位output reg  greenA, //LED灯output reg  greenB,output reg  redA,output reg  redB,output reg  yellowA,output reg  yellowB,output  reg [5:0]  timeA,output  reg [5:0]  timeB
);//parameter NUM_MAX=26'd50_000_000; //1s延迟
parameter NUM_MAX=26'd50_000; //1ms,仿真时用的，1s太长了parameter state0=4'b0001;
parameter state1=4'b0010;
parameter state2=4'b0100;
parameter state3=4'b1000;reg [25:0] count; //延时1s  20ns  1000_000_000/20ns=50_000_000次
reg        s_flag;//秒标记位
reg [5:0]  count45; //45s延时
reg        flag45;  //45s标记位reg [3:0]  current_state;
reg [3:0]  next_state;//1s延时函数
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) beginif(!sys_rst_n)count <=26'd0;else  if(en) beginif(count < NUM_MAX-1'b1) begincount <= count + 1'b1;s_flag<=1'b0;endelse begins_flag<=1'b1;count<=26'd0;end    endelse count <=  count;
end//45s延时
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) beginif(!sys_rst_n) begin count45 <=6'd45;flag45 <=1'b0;end else if(en) begin if(s_flag) beginif(count45 == 6'b1) begin count45 <=6'd45;flag45 <=1'b1;endelse begincount45<=count45 - 1'b1;flag45 <=1'b0;endend else begincount45 <= count45;flag45 <= flag45;endendelse begincount45 <=count45;flag45  <=flag45;endend/*这是用状态机实现的，我使用的是两段式*///状态的跳转（时序逻辑）
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) beginif(!sys_rst_n)current_state<=state0;elsecurrent_state <= next_state;
end//各个状态的下动作
always @(posedge sys_clk) beginif(en)begin   case(current_state)state0:beginif(count45 == 6'd5)next_state=state1;else begin greenA <=1'b0;greenB <=1'b1;redA   <=1'b1;redB   <=1'b0;yellowA<= 1'b1;yellowB <=1'b1;timeA  <=count45;timeB  <=6'd0;endendstate1:beginif(flag45) next_state=state2;else begin                     greenA <=1'b1;greenB <=1'b1;redA   <=1'b1;redB   <=1'b0;yellowA<= 1'b0;yellowB <=1'b1;timeA  <=count45;timeB  <=6'd0;                        endendstate2:beginif(count45 == 6'd5) next_state=state3;else begin greenA <=1'b1;greenB <=1'b0;redA   <=1'b0;redB   <=1'b1;yellowA<= 1'b1;yellowB <=1'b1;timeA  <= 6'd0;timeB  <=count45;end endstate3:beginif(flag45) next_state=state0;                       else begin  greenA <=1'b1;greenB <=1'b1;redA   <=1'b0;redB   <=1'b1;yellowA<= 1'b1;yellowB <=1'b0;timeA  <= 6'd0;timeB  <=count45;endenddefault:next_state=state0;endcaseendelse begingreenA <=1'b1;greenB <=1'b1;redA   <=1'b0;redB   <=1'b0;yellowA<= 1'b1;yellowB <=1'b1;end
endendmodule

数码管显示模块

这个代码我是采用正点原子的数码管显示模块的代码，只是进行了一下简单的修改。

/*数码管显示模块*/
module seg_led(input                   sys_clk    ,        // 时钟信号input                   sys_rst_n  ,        // 复位信号input         [5:0]     timeA,input         [5:0]     timeB,      input         [3:0]     point  ,        // 小数点具体显示的位置,从高到低,高电平有效input                   en     ,        // 数码管使能信号input                   sign   ,        // 符号位（高电平显示“-”号）output   reg  [3:0]     seg_sel,        // 数码管位选，最左侧数码管为最高位output   reg  [7:0]     seg_led         // 数码管段选
);//分频参数
localparam CLK_DIVIDE=4'd10;
localparam MAX_NUM =13'd5000;  //10分频，用于1ms计时reg    [3:0]             clk_cnt  ;        // 时钟分频计数器,十分频，计数5个系统周期
reg                      dri_clk  ;        // 数码管的驱动时钟,5MHz 200ns
reg    [15:0]            num;              //要显示的BCD数字
reg    [12:0]            cnt0;  // 数码管驱动时钟计数器,1000_000ns/200ns=5000 13bit
reg                      flag;        // 标志信号（标志着cnt0计数达1ms）
reg    [1:0]             cnt_sel  ;        // 数码管位选计数器
reg    [3:0]             num_disp ;        // 当前数码管显示的数据
reg                      dot_disp ;        // 当前数码管显示的小数点//拆分显示
wire   [3:0]              data0    ;        // 个位数9 4bit
wire   [3:0]              data1    ;        // 十位数
wire   [3:0]              data2    ;        // 百位数
wire   [3:0]              data3    ;        // 千位数assign data0 = timeA % 4'd10;
assign data1 = timeA /4'd10;
assign data2 = timeB % 4'd10;
assign data3 = timeB / 4'd10;//对系统时钟10分频(1 5个系统周期 0 5个系统周期），得到的频率为5Mhz的数码管驱动时钟 200ms
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) beginif(!sys_rst_n) beginclk_cnt <= 4'b0;dri_clk <= 1'b1; //信号开始为1endelse if(clk_cnt==CLK_DIVIDE/2-1'b1) beginclk_cnt <= 4'b0;dri_clk <= ~dri_clk;endelse beginclk_cnt <=clk_cnt + 1'b1;dri_clk <= dri_clk;end
end//将14位2进制数转换为8421bcd码(即使用4位二进制数表示1位十进制数）
always @(posedge dri_clk or negedge sys_rst_n) beginif(!sys_rst_n)num <= 16'b0;else beginif(!point[3]) beginnum[15:12] <= data3;num[11:8]  <= data2;num[ 7:4]  <= data1;num[ 3:0]  <= data0;endelse beginif(data2 || point[2]) beginnum[11:0]<={data2,data1,data0};if(sign)num[15:12] <= 4'd11;//d11表示负号elsenum[15:12] <= 4'd0;     endelse beginif(data1 || point[1]) beginnum[15:12] <= 4'd10;num[7:0]<={data1,data0};if(sign)num[11:8] <= 4'd11;//d11表示负号elsenum[11:8] <= 4'd0;endelse beginnum[15:12] <= 4'd10;num[11:8] <= 4'd10;num[3:0]<= data0;if(sign)num[7:4] <= 4'd11;//d11表示负号elsenum[7:4] <= 4'd0;endendend    end
end//数码管驱动时钟，计时1ms，输出一个时钟周期的脉冲信号flag
always @ (posedge dri_clk or negedge sys_rst_n) beginif(!sys_rst_n) begincnt0 <=13'b0;flag <=1'b0;endelse if(cnt0 < MAX_NUM -1'b1) begincnt0 <=cnt0 + 1'b1;flag <= 1'b0;endelse beginflag <= 1'b1;cnt0 <= 1'b0;end
end//cnt_sel从0计数到3，用于选择当前处于显示状态的数码管always @ (posedge dri_clk or negedge sys_rst_n) beginif(!sys_rst_n) cnt_sel <= 2'b0;else if(flag) beginif(cnt_sel < 3)cnt_sel=cnt_sel+1'b1;elsecnt_sel <= 2'b0;endelsecnt_sel <=cnt_sel;
end//进行循环位选
always @ (posedge dri_clk or negedge sys_rst_n) beginif(!sys_rst_n) beginseg_sel  <= 4'b1111;              //位选信号低电平有效num_disp <= 4'd10;           //默认不显示dot_disp <= 1'b1;  //默认不显示小数点endelse beginif(en) begincase (cnt_sel)2'd0 :beginseg_sel  <= 4'b1110;  //显示数码管最低位num_disp <= num[3:0] ;  //显示的数据dot_disp <= ~point[0];  //显示的小数点end2'd1 :beginseg_sel  <= 'b1101;  //显示数码管第1位num_disp <= num[7:4] ;dot_disp <= ~point[1];end2'd2 :beginseg_sel  <= 4'b1011;  //显示数码管第2位num_disp <= num[11:8];dot_disp <= ~point[2];end2'd3 :beginseg_sel  <= 4'b0111;  //显示数码管第3位num_disp <= num[15:12];dot_disp <= ~point[3];enddefault: beginseg_sel  <= 4'b1111;              //位选信号低电平有效num_disp <= 4'd10;           //默认dot_disp <= 1'b1;  //默认不显示小数点endendcaseendelse beginseg_sel  <= 4'b1111;              //位选信号低电平有效num_disp <= 4'd10;           //默认显示dot_disp <= 1'b1;  //默认不显示小数点endend
endalways @ (posedge dri_clk or negedge sys_rst_n) beginif (!sys_rst_n)seg_led <= 8'hc0;else begincase(num_disp)4'd0 : seg_led <= {dot_disp,7'b1000000}; //显示数字 04'd1 : seg_led <= {dot_disp,7'b1111001}; //显示数字 14'd2 : seg_led <= {dot_disp,7'b0100100}; //显示数字 24'd3 : seg_led <= {dot_disp,7'b0110000}; //显示数字 34'd4 : seg_led <= {dot_disp,7'b0011001}; //显示数字 44'd5 : seg_led <= {dot_disp,7'b0010010}; //显示数字 54'd6 : seg_led <= {dot_disp,7'b0000010}; //显示数字 64'd7 : seg_led <= {dot_disp,7'b1111000}; //显示数字 74'd8 : seg_led <= {dot_disp,7'b0000000}; //显示数字 84'd9 : seg_led <= {dot_disp,7'b0010000}; //显示数字 94'd10: seg_led <= 8'b11111111;           //不显示任何字符4'd11: seg_led <= 8'b10111111;           //显示负号(-)default:seg_led <={dot_disp,7'b11111111};//其他不显示endcaseend
endendmodule

按键的延迟模块

主要是用于开始或停止按钮的消抖

module key_debounce(input            sys_clk,          //外部50M时钟input            sys_rst_n,        //外部复位信号，低有效input            key,              //外部按键输入output reg       key_flag,         //按键数据有效信号output reg       key_value         //按键消抖后的数据  );//reg define
reg [31:0] delay_cnt;
reg        key_reg;//*****************************************************
//**                    main code
//*****************************************************
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin if (!sys_rst_n) begin key_reg   <= 1'b1;delay_cnt <= 32'd0;endelse beginkey_reg <= key;if(key_reg != key)             //一旦检测到按键状态发生变化(有按键被按下或释放)delay_cnt <= 32'd1000000;  //给延时计数器重新装载初始值（计数时间为20ms）else if(key_reg == key) begin  //在按键状态稳定时，计数器递减，开始20ms倒计时if(delay_cnt > 32'd0)delay_cnt <= delay_cnt - 1'b1;elsedelay_cnt <= delay_cnt;end           end
endalways @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin if (!sys_rst_n) begin key_flag  <= 1'b0;key_value <= 1'b1;          endelse beginif(delay_cnt == 32'd1) begin   //当计数器递减到1时，说明按键稳定状态维持了20mskey_flag  <= 1'b1;         //此时消抖过程结束，给出一个时钟周期的标志信号key_value <= key;          //并寄存此时按键的值endelse beginkey_flag  <= 1'b0;key_value <= key_value; end  end
endendmodule

顶层模块

这个模块主要实现的是实例化三个模块，设置一个开始或停止按钮，就是紧急接管按钮。

module trafficlight(input  sys_clk,input  sys_rst_n,input  key,      //开始或停止交通灯output  greenA,output  greenB,output  redA,output  redB,output  yellowA,output  yellowB,output     [3:0]     seg_sel,        // 数码管位选，最左侧数码管为最高位output     [7:0]     seg_led         // 数码管段选
);parameter  POINT=4'd0000;
parameter  SIGN=1'b0;wire [5:0] timeA;
wire [5:0] timeB;
wire    key_flag;
wire    key_value;
reg     en;//开始或停止交通灯
always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) beginif(!sys_rst_n)  en<=1'b1;else begin  if(key_flag && (~key_value))  //判断按键是否有效按下en<=~en;else en<=en;end
endtraffic_led u_traffic_led(   .sys_clk(sys_clk),.sys_rst_n(sys_rst_n),.greenA(greenA),.greenB(greenB),.redA(redA),.redB(redB),.yellowA(yellowA),.yellowB(yellowB),.en(en),.timeA(timeA),.timeB(timeB)
);seg_led u_seg_led(.sys_clk(sys_clk)    ,        // 时钟信号.sys_rst_n(sys_rst_n)  ,        // 复位信号.timeA(timeA),.timeB(timeB),      // 6位数码管要显示的数值.point( POINT)  ,        // 小数点具体显示的位置,从高到低,高电平有效.en(en)     ,        // 数码管使能信号.sign(SIGN)   ,        // 符号位（高电平显示“-”号）.seg_sel(seg_sel),        // 数码管位选，最左侧数码管为最高位.seg_led(seg_led)         // 数码管段选
);key_debounce u_key_debounce(.sys_clk(sys_clk),          //外部50M时钟.sys_rst_n(sys_rst_n),        //外部复位信号，低有效.key(key),              //外部按键输入.key_flag(key_flag),         //按键数据有效信号.key_value(key_value)         //按键消抖后的数据  );endmodule

这样就ok了，简单吧！

仿真图

下面是仿真图，仿真的时间我使用的是毫秒为单位，一秒太长了，仿真太麻烦

这是绿灯仿真时间，40s

这是红灯的仿真时间,45s

这是绿灯仿真时间，5s

差不多就这样了