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--- 10._交通灯 [2017/03/23 03:13]
zhijun 创建
+++ 10._交通灯 [2021/10/05 23:38]
gongyu
@@ 行 1: / 行 1: @@
-=====简易交通灯=====
+## 简易交通灯
 本节将向您介绍Verilog语法之中的精髓内容——状态机，并且将利用状态机实现十字路口的交通灯。
 \\
-====硬件说明与实现项目框图====
+### 1. 硬件说明与实现项目框图
--------
+//
+{{ ::jiaotongdeng.png?300 |}}
+//
 上图为十字路口交通示意图分之路与主路，要求如下：
-* 交通灯主路上绿灯持续15s的时间，黄灯3s的时间，红灯10s的时间；
+  * 交通灯主路上绿灯持续15s的时间，黄灯3s的时间，红灯10s的时间；
-* 交通灯支路上绿灯持续7s的时间， 黄灯持续3秒的时间，红灯18秒的时间；
+  * 交通灯支路上绿灯持续7s的时间， 黄灯持续3秒的时间，红灯18秒的时间；
+//
+{{ ::状态机框架.png?300 |}}
+//
 根据上述要求，状态机设计框架分析如下：
-* S1:主路绿灯点亮，支路红灯点亮，持续15s的时间；
+  * S1:主路绿灯点亮，支路红灯点亮，持续15s的时间；
-* S2:主路黄灯点亮，支路红灯点亮，持续3s的时间；
+  * S2:主路黄灯点亮，支路红灯点亮，持续3s的时间；
-* S3:主路红灯点亮，支路绿灯点亮，持续10s的时间；
+  * S3:主路红灯点亮，支路绿灯点亮，持续10s的时间；
-* S4:主路红灯点亮，支路黄灯点亮，持续3s的时间；
+  * S4:主路红灯点亮，支路黄灯点亮，持续3s的时间；
+//
+{{ ::状态示意图.png?500 |}}
+//
+### 2. Verilog代码
-====Verilog代码====
+首先是时钟分频部分：
-------
-首先是时钟分频部分
 <code verilog>
@@ 行 53: / 行 63: @@
 	//DEFINE PARAMETER
 	//*******************
-	parameter			WIDTH	=	3;
+	parameter WIDTH	= 3;
-	parameter			N		=	5;
+	parameter N = 5;
 	//*******************
@@ 行 115: / 行 125: @@
 endmodule
 </code>
+\\
+接下来就是利用三段式状态机实现的交通灯部分：
+<code verilog>
+// ********************************************************************
+// >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
+// ********************************************************************
+// File name    : traffic.v
+// Module name  : traffic
+// Author       : STEP
+// Description  :
+// Web          : www.stepfpga.com
+//
+// --------------------------------------------------------------------
+// Code Revision History :
+// --------------------------------------------------------------------
+// Version: |Mod. Date:   |Changes Made:
+// V1.0     |2017/03/02   |Initial ver
+// --------------------------------------------------------------------
+// Module Function:简易交通灯
+module traffic
+(
+	clk		,    //时钟
+	rst_n		,    //复位
+	out		     //三色led代表交通灯
+);
+	input 	clk,rst_n;
+	output	reg[5:0]	out;
+	parameter      	S1 = 4'b00,    //状态机状态编码
+			S2 = 4'b01,
+			S3 = 4'b10,
+			S4 = 4'b11;
+	parameter	time_s1 = 4'd15, //计时参数
+			time_s2 = 4'd3,
+			time_s3 = 4'd7,
+			time_s4 = 4'd3;
+	//交通灯的控制
+	parameter	led_s1 = 6'b101011, // LED2 绿色 LED1 红色
+			led_s2 = 6'b110011, // LED2 蓝色 LED1 红色
+			led_s3 = 6'b011101, // LED2 红色 LED1 绿色
+			led_s4 = 6'b011110; // LED2 红色 LED1 蓝色
+	reg 	[3:0] 	timecont;
+	reg 	[1:0] 	cur_state,next_state;  //现态、次态
+	wire			clk1h;  //1Hz时钟
+	//产生1秒的时钟周期
+	divide #(.WIDTH(32),.N(12000000)) CLK1H (
+					.clk(clk),
+					.rst_n(rst_n),
+					.clkout(clk1h));
+	//第一段 同步逻辑 描述次态到现态的转移
+	always @ (posedge clk1h or negedge rst_n)
+	begin
+		if(!rst_n)
+			cur_state <= S1;
+        else
+			cur_state <= next_state;
+	end
+	//第二段 组合逻辑描述状态转移的判断
+	always @ (cur_state or rst_n or timecont)
+	begin
+		if(!rst_n) begin
+		        next_state = S1;
+			end
+		else begin
+			case(cur_state)
+				S1:begin
+					if(timecont==1)
+						next_state = S2;
+					else
+						next_state = S1;
+				end
+                S2:begin
+					if(timecont==1)
+						next_state = S3;
+					else
+						next_state = S2;
+				end
+                S3:begin
+					if(timecont==1)
+						next_state = S4;
+					else
+						next_state = S3;
+				end
+                S4:begin
+					if(timecont==1)
+						next_state = S1;
+					else
+						next_state = S4;
+				end
+				default: next_state = S1;
+			endcase
+		end
+	end
+	//第三段  同步逻辑 描述次态的输出动作
+	always @ (posedge clk1h or negedge rst_n)
+	begin
+		if(!rst_n==1) begin
+			out <= led_s1;
+			timecont <= time_s1;
+			end
+		else begin
+			case(next_state)
+				S1:begin
+					out <= led_s1;
+					if(timecont == 1)
+						timecont <= time_s1;
+					else
+						timecont <= timecont - 1;
+				end
+				S2:begin
+					out <= led_s2;
+					if(timecont == 1)
+						timecont <= time_s2;
+					else
+						timecont <= timecont - 1;
+				end
+				S3:begin
+					out <= led_s3;
+					if(timecont == 1)
+						timecont <= time_s3;
+					else
+						timecont <= timecont - 1;
+				end
+				S4:begin
+					out <= led_s4;
+					if(timecont == 1)
+						timecont <= time_s4;
+					else
+						timecont <= timecont - 1;
+				end
+				default:begin
+					out <= led_s1;
+					end
+			endcase
+		end
+	end
+endmodule
+</code>
 \\
 \\
-====引脚分配====
--------
+### 3. 引脚分配
 小脚丫上正好有4路按键和4路开关，可以用来作为输入信号分别控制数码管的输出。按照下面表格定义输入输出信号
 \\
-^信号            ^引脚            ^信号              ^引脚    ^
+^信号     ^引脚            ^信号      ^引脚    ^
-|seg_data_1(0)   |M7              |seg_data_2(0)    |L14     ^
+|clk      |C1              |rst      |L14     ^
-|seg_data_1(1)   |M8              |seg_data_2(1)    |M13     ^
+|out[0]   |P2              |out[1]   |N2      ^
-|seg_data_1(2)   |M9              |seg_data_2(2)    |M14     ^
+|out[2]   |M2              |out[3]   |P4      ^
-|seg_data_1(3)   |M10             |seg_data_2(3)    |N14     ^
+|out[4]   |N3              |out[5]   |M3      ^
 \\
 \\
-^信号            ^引脚            ^信号              ^引脚    ^
-|seg_led_1(0)   |A10              |seg_led_2(0)    |C12     ^
-|seg_led_1(1)   |C11              |seg_led_2(1)    |B14     ^
-|seg_led_1(2)   |F2              |seg_led_2(2)    |J1     ^
-|seg_led_1(3)   |E1             |seg_led_2(3)    |H1     ^
-|seg_led_1(4)   |E2              |seg_led_2(4)    |H2     ^
-|seg_led_1(5)   |A9              |seg_led_2(5)    |B12     ^
-|seg_led_1(6)   |B9              |seg_led_2(6)    |A11     ^
-|seg_led_1(7)   |F1             |seg_led_2(7)    |K1     ^
-|seg_led_1(8)   |C9             |seg_led_2(8)    |A12     ^
-\\
-配置好以后编译下载程序。这样可以通过按键或者开关来控制相应的数码管显示数字。如果你想显示16进制的AbCDeF在数码管，可以试试修改程序。这时候一定要定义一个16*9的存储器来初始化。
-\\
-====小结====
+配置好以后编译下载程序。您也可以试试修改程序，观察修改代码对于FPGA内部电路所造成的影响。\\
-------
-了解了小脚丫数码管的工作原理，在下个实验我们将进行到有趣的时序逻辑。首先是如何控制[[5. 时钟分频|时钟分频]]。
+### 4. 小结
+状态机是一类很重要的时序逻辑电路，是许多数字系统的核心部件，掌握状态机的使用是利用FPGA与CPLD进行开发的一项必会技能，本小节的交通灯程序即是利用三段式状态机描述方法实现的，希望读者能够快速掌握这项技能。