通过Verilog实现交通灯设计实验报告.doc

【交通灯设计实验基于Verilog】本实验旨在通过Verilog硬件描述语言实现交通灯的逻辑控制，使用FPGA开发板进行模拟。实验的核心是构建一个有限状态机，它按照预设的状态转移规则控制红、黄、绿灯的切换。状态机分为南北大街和东西大街两个方向，每个方向有红、黄、绿三种颜色的灯，对应二进制码表示分别为001（红）、010（黄）、100（绿）。 实验设计中，交通灯的每个状态会有特定的持续时间，这些时间通过计数器实现。例如，红灯亮15秒（在实际设计中，由于开发板工作时钟为50MHz，15秒相当于15*50M=750M个时钟周期），接着黄灯亮3秒，然后再次转为红灯，如此循环。在仿真阶段，由于时钟频率较高（1MHz），1个时钟周期代表1微秒，所以相应的延迟时间会根据实际需要进行调整。 实验主要目标是掌握Mealy和Moore状态机的定义，了解HDL代码设计和仿真流程，特别是Verilog语言的基本语法。同时，通过使用EDA软件Xilinx ISE 13.2进行设计，包括新建工程、设置器件属性、创建Verilog源码文件、语法检查、综合、行为仿真、添加约束文件、导入UCF文件、FPGA在线下载配置等步骤。 在Verilog代码中，通常会定义一个状态变量（如state）和计数器（如count）来跟踪当前状态和时间计数。例如，状态机可能包含以下部分： ```verilog module traffic( input wire clk, // 时钟信号 input wire rst, // 重置信号 output reg [5:0] lights // 输出灯的状态 ); reg [2:0] state; // 3位状态寄存器，表示6种可能状态 reg [3:0] count; // 4位计数器，用于延迟控制 parameter S0 = 3'b000, S1 = 3'b001, S2 = 3'b010, S3 = 3'b100, S4 = 3'b011, S5 = 3'b101; // 定义6种状态的参数 always @(posedge clk or posedge rst) begin if (rst) begin state <= S0; count <= 0; end else begin case(state) S0: if (count == 750M) begin // 红灯15秒 state <= S1; count <= 0; end else begin count <= count + 1; end // 其他状态的转移条件类似 // ... endcase end end always @(*) begin case(state) S0: lights <= 6'b000011; // 红灯南北，绿灯东西 S1: lights <= 6'b000110; // 红灯南北，黄灯东西 // ... endcase end ``` 实验结束后，需要将编译后的二进制码流文件下载到FPGA开发板上，观察实际运行效果。当开发板断电再上电时，程序会自动从PROM芯片引导到FPGA，实现交通灯的自动控制。整个实验过程不仅锻炼了学生对Verilog语言的掌握，也让他们熟悉了FPGA设计和验证的完整流程。