FPGA 交通灯
设计要求
实现开发板上东西南北 4 个方向，每个方向上的 3 个 LED 灯按照“绿灯--黄灯--红灯--绿灯- -黄灯......”依次循环变化。变化的速度不同，东面的间隔时间为 1 秒；西面的间隔时间为 2 秒；南 面的间隔时间为 3 秒；北面的间隔时间为 4 秒。 具体要求： 1、每个方向的灯分开独立设计。 2、首先设计东向的灯：设计一个计时 1 秒的计数器，用来计算灯的状态变化的时间间隔。 3、如果计时 1 秒到了，把黄灯点亮；再过 1 秒把红灯点亮；再过 1 秒，把绿灯点亮...... 依次循环。 4、设计西方向的灯：设计一个计时 2 秒的计数器，其他的类似。
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根据题目功能要求，东西南北四个方向 LED 灯颜色变换的速度都不同。因为在数字电路中的延 时都是通过计数器实现的，计数器*时钟周期=延时时间。本模块中，由于输入时钟是 50MHz，时钟周 期为 20ns，功能要求每 1 秒变化一次。我们通过 counter 来表示延时，当其值为 1s/20ns=5000_00 00 时，表示 1 秒时间到。 本工程架构由四个计数器组成：e_counter w_counter n_counter s_counter。
可以看到 50000000*4 位宽为28位 所以所有计数器位宽都为[27：0].
parameter COUNT_1S = 26'd5000_0000;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (rst_n==0) begin
e_counter <= 0;
end
else if(add_e_counter) begin
if(end_e_counter)
e_counter <= 0;
else e_counter <= e_counter+1 ;
end
end
assign add_e_counter = 1;
assign end_e_counter = add_e_counter && e_counter == COUNT_1S-1 ;
LED 灯信号的变化，根据功能要求，东面的间隔时间为 1 秒；西面的间隔时间为 2 秒；南面 2 的间隔时间为 3 秒；北面的间隔时间为 4 秒。计数时间到时变化；时间没到，则不变化。每一时 刻每个方向只有一个灯亮，并且亮灯的颜色顺序按照“绿灯--黄灯--红灯--绿灯--黄灯.....”依次循环变 化。 东西南北四个方向的各有三盏不同颜色的 LED 灯，每个方向的三个 LED 灯都由 3 比特信号控 制，最高位为红灯，最低位为绿灯，并且低电平时 LED 灯亮。led_east 表示东面三个 LED 灯，led_ west 表示西面三个 LED 灯，led_south 表示南面三个 LED 灯，led_north 表示北面三个 LED 灯。 三色 LED 灯的循环变换控制可以通过拼接的方法使数据循环左移来实现。
接下来就是灯的控制信号 这里采用移位拼接的方法；led_east<={{(LED_LEN-1){1'b1}},1'b0};
led_east<={{(LED_LEN-1){1'b1}},1'b0};
代码如下：采用一个时序逻辑来控制。
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
led_east<={{(LED_LEN-1){1'b1}},1'b0};
end
else if(end_e_counter)begin
led_east<={led_east[LED_LEN-2:0],led_east[LED_LEN-1]};
end
else begin
led_east<=led_east;
end
end
最后输出端口output如下
总体代码如下
module jiaotongden
(
input wire clk,
input wire rst_n,
output reg [2:0] led_east,
output reg [2:0] led_south,
output reg [2:0] led_west,
output reg [2:0] led_north
);
reg [27:0] e_counter;
reg [27:0] w_counter;
reg [27:0] n_counter;
reg [27:0] s_counter;
parameter COUNT_1S = 26'd5000_0000;
parameter LED_LEN = 3;
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
e_counter<= 0;
end
else if(add_e_counter)begin
if(end_e_counter)
e_counter <= 0;
else
e_counter <=e_counter + 1;
end
end
assign add_e_counter = 1;
assign end_e_counter = add_e_counter && e_counter==COUNT_1S-1 ;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (rst_n==0) begin
w_counter <= 0;
end
else if(add_w_counter) begin
if(end_w_counter)
w_counter <= 0;
else
w_counter <= w_counter+1 ;
end
end
assign add_w_counter = 1;
assign end_w_counter = add_w_counter && w_counter == 2*COUNT_1S-1 ;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (rst_n==0) begin
s_counter <= 0;
end
else if(add_s_counter) begin
if(end_s_counter)
s_counter <= 0;
else
s_counter <= s_counter+1 ;
end
end
assign add_s_counter = 1;
assign end_s_counter = add_s_counter && s_counter == 3*COUNT_1S-1 ;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (rst_n==0) begin
n_counter <= 0;
end
else if(add_n_counter) begin
if(end_n_counter)
n_counter <= 0;
else
n_counter <= n_counter+1 ;
end
end
assign add_n_counter = 1;
assign end_n_counter = add_n_counter && n_counter == 4*COUNT_1S-1 ;
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
led_east<={{(LED_LEN-1){1'b1}},1'b0};
end
else if(end_e_counter)begin
led_east<={led_east[LED_LEN-2:0],led_east[LED_LEN-1]};
end
else begin
led_east<=led_east;
end
end
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
led_west<={{(LED_LEN-1){1'b1}},1'b0};
end
else if(end_w_counter)begin
led_west<={led_west[LED_LEN-2:0],led_west[LED_LEN-1]};
end
else begin
led_west<=led_west;
end
end
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
led_south<={{(LED_LEN-1){1'b1}},1'b0};
end
else if(end_s_counter)begin
led_south<={led_south[LED_LEN-2:0],led_south[LED_LEN-1]};
end
else begin
led_south<=led_south;
end
end
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
led_north<={{(LED_LEN-1){1'b1}},1'b0};
end
else if(end_n_counter)begin
led_north<={led_north[LED_LEN-2:0],led_north[LED_LEN-1]};
end
else begin
led_north<=led_north;
end
end
endmodule