2020-03-03 02:13:36 来源:范文大全收藏下载本文
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
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