【正点原子FPGA连载】 第三十一章 交通灯实验-摘自【正点原子】领航者ZYNQ之FPGA开发指南_V2.0

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第三十一章 交通灯实验

交通信号灯是一种生活中非常常见的公共设施，它在马路上的路口、斑马线等位置起着疏导交通的作用，本章我们将使用交通信号灯模块来再现它的功能。
本章包括以下几个部分：
1.1 简介
1.2 实验任务
1.3 硬件设计
1.4 程序设计
1.5 下载验证
1.1 简介
交通信号灯往往由红、绿、黄三种颜色的灯组成。红灯亮的时候，禁止通行；绿灯亮的时候，可以通行；黄灯亮的时候，提示通行时间已经结束，马上要转换为红灯。
本次实验要再现的交通信号灯为十字路口处的信号灯，它由两对信号灯组成。信号灯实物如图 7.5.13.1所示：

图 7.5.13.1 交通信号灯
图 7.5.13.2为十字路口交通信号灯简化示意图：

图 7.5.13.2 十字路口信号灯示意图
单独一个方向上的信号灯点亮顺序是：红灯熄灭后绿灯亮，绿灯熄灭后黄灯亮，黄灯熄灭后红灯亮，这样一直循环下去。另外，同一方向上的一对信号灯亮的颜色一致，且显示的时间是一样的。
为了模拟交通信号灯的功能，制作了表 31.1.1信号灯状态转换表：

表 31.1.1 交通信号灯状态转换表

表 31.1.1中，设定一个周期内，红灯发光30s，绿灯发光27s，黄灯发光3s。以东西方向信号灯状态为例，红灯发光的时间等于黄灯与绿灯发光的时间和。所以一个完整的状态转换周期是红灯发光的时间的两倍，也就是60s。
在东西方向红色信号灯发光的30s内，南北方向由绿灯切换到了黄灯；在南北方向红色信号灯发光的30s内，东西方向也由绿灯切换到了黄灯。因此我们将东西和南北方向信号灯同时保持在固定状态的时间段，划为一个状态。由此产生了循环往复的4个状态：
1、东西方向红灯亮27s，南北方向绿灯亮27s，然后切换到状态2；
2、东西方向红灯亮3s，南北方向黄灯亮3s，然后切换到状态3；
3、东西方向绿灯亮27s，南北方向红灯亮27s，然后切换到状态4；
4、东西方向黄灯亮3s，南北方向红灯亮3s，然后切换到状态1。
如图 7.5.13.3为交通信号灯的状态转换图：

图 7.5.13.3 交通信号灯状态转换图
另外，以东西方向为例：一个周期内，红灯发光30s，绿灯发光27s，黄灯发光3s。那么在红灯发光期间，数码管上显示的数字要从29递减到0；同理，绿灯发光期间，数码管上显示的数字要从26递减到0；黄灯发光的时候，数码管上显示的数字要从2递减到0。
1.2 实验任务
本节实验任务是通过领航者ZYNQ开发板和外接的交通信号灯扩展模块，再现交通信号灯的功能。
1.3 硬件设计
我们的领航者ZYNQ开发板上左边的J3扩展口可以用来外接交通信号灯扩展模块，交通信号灯扩展模块的原理图如图 7.5.13.1所示。

图 7.5.13.1 交通信号灯原理图
由上图可知，交通信号灯扩展模块四个方向共12个LED灯，而我们使用6个LED控制信号来驱动12个LED灯，这是因为东西方向或者南北方向LED灯的亮灭状态总是一致的，所以我们将东西方向或者南北方向颜色相同的LED灯并联在一起，这样设计的好处是减少了交通信号灯扩展模块LED控制信号的引脚。
上图中四个共阳型数码管分别对应四个路口，每个路口用两位数码管显示当前状态的剩余时间。我们知道，在十字路口中，东西方向或者南北方向数码管显示的时间总是一样的。以东西方向为例，正因为这两个方向显示的时间一致，所以这两个方向的数码管，它们的十位可以用同一个位选信号来控制，个位用另一个位选信号来控制，这样的话，就可以实现两个位选信号控制东西方向共4位数码管的亮灭，南北方向的数码管同理。这样设计的好处是减少了交通信号灯扩展模块位选信号的引脚。
需要注意的是，数码管由PNP型三极管驱动，当三极管的基极为低电平时，数码管相应的位被选通，所以交通信号灯扩展模块的位选信号是低电平有效的。
交通信号灯实物图如图 7.5.13.2所示，我们本章实验设定交通信号灯的方向为上北下南，左西右东。

图 7.5.13.2 交通信号灯实物图
本实验中，交通信号灯管脚分配如下表所示。
表 31.3.1 交通信号灯实验管脚分配
信号名 方向 管脚 端口说明
sys_clk input U18 系统时钟50MHz
sys_rst_n input N16 系统复位，低电平有效
sel[0] output P15 数码管位选信号sel[0]
sel[1] output P16 数码管位选信号sel[1]
sel[2] output W18 数码管位选信号sel[2]
sel[3] output W19 数码管位选信号sel[3]
seg_led[0] output T16 数码管a段选信号seg_led[0]
seg_led[1] output U17 数码管b段选信号seg_led[1]
seg_led[2] output V17 数码管c段选信号seg_led[2]
seg_led[3] output V18 数码管d段选信号seg_led[3]
seg_led[4] output T17 数码管e段选信号seg_led[4]
seg_led[5] output R18 数码管f段选信号seg_led[5]
seg_led[6] output Y18 数码管g段选信号seg_led[6]
seg_led[7] output Y19 数码管h段选信号seg_led[7]
led[0] output Y17 南北向黄色LED使能
led[1] output T14 南北向绿色LED使能
led[2] output V16 南北向红色LED使能
led[3] output Y16 东西向黄色LED使能
led[4] output T15 东西向绿色LED使能
led[5] output W16 东西向红色LED使能
对应的XDC约束文件如下所示：

set_property -dict {PACKAGE_PIN U18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_clk]
set_property -dict {PACKAGE_PIN N16 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_rst_n]

set_property -dict {PACKAGE_PIN T16 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {seg_led[0]}]
set_property -dict {PACKAGE_PIN U17 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {seg_led[1]}]
set_property -dict {PACKAGE_PIN V17 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {seg_led[2]}]
set_property -dict {PACKAGE_PIN V18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {seg_led[3]}]
set_property -dict {PACKAGE_PIN T17 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {seg_led[4]}]
set_property -dict {PACKAGE_PIN R18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {seg_led[5]}]
set_property -dict {PACKAGE_PIN Y18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {seg_led[6]}]
set_property -dict {PACKAGE_PIN Y19 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {seg_led[7]}]

set_property -dict {PACKAGE_PIN Y17 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[0]}]  
set_property -dict {PACKAGE_PIN T14 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[1]}]
set_property -dict {PACKAGE_PIN V16 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[2]}]
set_property -dict {PACKAGE_PIN Y16 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[3]}]
set_property -dict {PACKAGE_PIN T15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[4]}]
set_property -dict {PACKAGE_PIN W16 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[5]}]

set_property -dict {PACKAGE_PIN P15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {sel[0]}]
set_property -dict {PACKAGE_PIN P16 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {sel[1]}]
set_property -dict {PACKAGE_PIN W18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {sel[2]}]
set_property -dict {PACKAGE_PIN W19 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {sel[3]}]

1.4 程序设计
根据实验任务，我们可以大致规划出系统的控制流程：交通灯控制模块将需要显示的时间数据连接到数码管显示模块，同时将状态信号连接到led灯控制模块，然后数码管显示模块和led灯控制模块驱动交通信号灯外设工作。系统框图如图 7.5.13.1所示，

图 7.5.13.1 交通灯实验系统框图
各模块端口及信号连接如下图所示：

图 7.5.13.2 交通信号灯顶层模块原理图
由上图可知，FPGA部分包括四个模块，顶层模块（top_traffic）、交通灯控制模块（traffic_light）、数码管显示模块（seg_led）、led灯控制模块（led）。在顶层模块中完成对其它三个模块的例化，并实现各模块之间的数据传递。
顶层模块（top_traffic）：顶层模块完成了对其它三个子模块的例化、实现了子模块间的信号连接、并将led灯和数码管的驱动信号输出给外接设备（交通信号灯外设）。
交通灯控制模块（traffic_light）：交通灯控制模块是本次实验的核心代码，这个模块控制信号灯的状态转换，将实时的状态信号state[1:0]输出给led灯控制模块（led），同时将东西和南北方向的实时时间数据ew_time[5:0]和sn_time[5:0]输出给数码管显示模块（seg_led）。
数码管显示模块（seg_led）：接收交通灯控制模块传递过来的东西和南北方向的实时时间数据ew_time[5:0]和sn_time[5:0]，并以此驱动对应的数码管，将数据显示出来。
led灯控制模块（led）：根据接收到的实时状态信号state[1:0]，驱动东西和南北方向的led发光。
顶层模块的代码如下：

1   module top_traffic( 
2       input                  sys_clk   ,    //系统时钟信号
3       input                  sys_rst_n ,    //系统复位信号
4       
5       output       [3:0]     sel       ,    //数码管位选信号
6       output       [7:0]     seg_led   ,    //数码管段选信号
7       output       [5:0]     led            //LED使能信号,红绿黄灯
8   );
9   
10  //wire define    
11  wire   [5:0]  ew_time;                    //东西方向状态剩余时间数据
12  wire   [5:0]  sn_time;                    //南北方向状态剩余时间数据 
13  wire   [1:0]  state  ;                    //交通灯的状态，用于控制LED灯的点亮
14  
15  //*****************************************************
16  //**                    main code                      
17  //*****************************************************
18  //交通灯控制模块    
19  traffic_light u0_traffic_light(
20      .sys_clk                (sys_clk),   
21      .sys_rst_n              (sys_rst_n),      
22      .ew_time                (ew_time),
23      .sn_time                (sn_time),
24      .state                  (state)
25  );
26  
27  //数码管显示模块 
28  seg_led    u1_seg_led(
29      .sys_clk                (sys_clk)  ,
30      .sys_rst_n              (sys_rst_n),
31      .ew_time                (ew_time),
32      .sn_time                (sn_time), 
33      .en                     (1'b1),   
34      .sel                    (sel), 
35      .seg_led                (seg_led)
36  );
37  
38  //led灯控制模块
39  led   u2_led(
40      .sys_clk                (sys_clk  ),
41      .sys_rst_n              (sys_rst_n),
42      .state                  (state    ),
43      .led                    (led      )
44  ); 
45  
46  endmodule        

在代码第22行和第23行，将交通灯控制模块输出的ew_time和sn_time实时时间数据信号连接到数码管显示模块；在代码的第24行，将交通灯控制模块输出的state状态连接到led灯控制模块。
交通灯控制模块的代码如下：

1   module  traffic_light(
2       //input
3       input               sys_clk   ,        //系统时钟
4       input               sys_rst_n ,        //系统复位
5   
6       output  reg  [1:0]  state     ,        //交通灯的状态，用于控制LED灯的点亮
7       output  reg  [5:0]  ew_time   ,        //交通灯东西向数码管要显示的时间数据
8       output  reg  [5:0]  sn_time            //交通灯南北向数码管要显示的时间数据
9       );
10  
11  //parameter define
12  parameter  TIME_LED_Y    = 3;              //黄灯发光的时间
13  parameter  TIME_LED_R    = 30;             //红灯发光的时间
14  parameter  TIME_LED_G    = 27;             //绿灯发光的时间
15  parameter  WIDTH         = 25_000_000;     //产生频率为1hz的时钟
16  
17  //reg define
18  reg    [5:0]     time_cnt;                 //产生数码管显示时间的计数器    
19  reg    [24:0]    clk_cnt;                  //用于产生clk_1hz的计数器
20  reg              clk_1hz;                  //1hz时钟
21  
22  //*****************************************************
23  //**                    main code                      
24  //*****************************************************
25  //计数周期为0.5s的计数器  
26  always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
27      if(!sys_rst_n)
28          clk_cnt <= 25'b0;
29      else if (clk_cnt < WIDTH - 1'b1)
30          clk_cnt <= clk_cnt + 1'b1;
31      else 
32          clk_cnt <= 25'b0;
33  end 
34  
35  //产生频率为1hz的时钟
36  always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
37      if(!sys_rst_n)
38          clk_1hz <= 1'b0;
39      else  if(clk_cnt == WIDTH - 1'b1)
40          clk_1hz <= ~ clk_1hz;
41      else  
42          clk_1hz <=  clk_1hz;
43  end
44  
45  //切换交通信号灯工作的4个状态，并产生数码管要显示的时间数据
46  always @(posedge clk_1hz or negedge sys_rst_n)begin
47      if(!sys_rst_n)begin        
48          state <= 2'd0;
49          time_cnt <= TIME_LED_G ;            //状态1持续的时间
50      end 
51      else begin
52          case (state)
53              2'b0:  begin                    //状态1
54                  ew_time <= time_cnt + TIME_LED_Y - 1'b1;//东西方向数码管要显示的时间数据
55                  sn_time <= time_cnt - 1'b1;             //南北方向数码管要显示的时间数据
56                  if (time_cnt > 1)begin      //time_cnt等于1的时候切换状态
57                      time_cnt <= time_cnt - 1'b1;
58                      state <= state;
59                  end 
60                  else begin
61                      time_cnt <= TIME_LED_Y; //状态2持续的时间
62                      state <= 2'b01;         //切换到状态2
63                  end 
64              end 
65              2'b01:  begin                   //状态2
66                  ew_time <= time_cnt  - 1'b1;
67                  sn_time <= time_cnt  - 1'b1; 
68                  if (time_cnt > 1)begin
69                      time_cnt <= time_cnt - 1'b1;
70                      state <= state;
71                  end 
72                  else begin
73                      time_cnt <= TIME_LED_G; //状态3持续的时间
74                      state <= 2'b10;         //切换到状态3
75                  end 
76              end 
77              2'b10:  begin                   //状态3
78                  ew_time <= time_cnt  - 1'b1;
79                  sn_time <= time_cnt + TIME_LED_Y - 1'b1; 
80                  if (time_cnt > 1)begin
81                      time_cnt <= time_cnt - 1'b1;
82                      state <= state;
83                  end 
84                  else begin
85                      time_cnt <= TIME_LED_Y; //状态4持续的时间
86                      state <= 2'b11;         //切换到转态4
87                  end 
88              end 
89              2'b11:  begin                   //状态4
90                  ew_time <= time_cnt  - 1'b1;
91                  sn_time <= time_cnt  - 1'b1; 
92                  if (time_cnt > 1)begin
93                      time_cnt <= time_cnt - 1'b1;
94                      state <= state;
95                  end 
96                  else begin
97                      time_cnt <= TIME_LED_G;
98                      state <= 2'b0;          //切换到状态1
99                  end 
100             end         
101             default: begin
102                 state <= 2'b0;
103                 time_cnt <= TIME_LED_G;  
104             end 
105         endcase
106     end 
107 end                 
108 
109 endmodule 

因为交通灯控制模块是以秒为单位计时的，所以在代码第25行到第43行，我们通过分频产生频率为1HZ、周期为1s的时钟。在前面讲解表 31.3.1的时候，我们提到信号灯有4个工作状态，并且每个状态的持续时间已经作了详细的说明。所以在代码第52行至第100行，通过time_cnt计数器来切换这4个工作状态，并且在每个状态里，将东西和南北方向信号灯的状态剩余时间，分别赋值给ew_time、和sn_time寄存器。在讲解表 31.3.1的时候，提到状态1里东西向红灯和南北向绿灯一起发光27s，但是实际上，红灯一共要发光30s，绿灯一共要发光27s。那么，在状态1开始的时候，东西方向红灯对应的数码管显示的初始值应该为29，南北方向绿灯对应的数码管显示的初始值应该为26，然后每秒各个方向数码管显示的值都递减1；状态1结束时，东西方向红灯对应的数码管显示3，南北方向绿灯对应的数码管显示0。在状态2开始的时候，东西方向红灯对应的数码管显示2，南北方向黄灯对应的数码管也显示2。状态结束的时候，两个方向的数码管都显示0。其他状态数码管的显示原理也是类似的。
需要注意的是，在代码第56行、68行、80行、92行，当time_cnt等于1的时候跳转状态，否则下一秒有的数码管会显示错误，比如显示63。这是因为当time_cnt等于0的时候跳转，由于time_cnt是6位寄存器，time_cnt-1则为6’b111111，也就是63。
如图 7.5.13.3为交通灯控制模块的仿真图。state信号标示当前信号灯所处的工作状态。通过仿真图我们可以看出，在state等于00的时候（表 31.1.1处提到的状态1），ew_time和sn_time的信号变化情况符合设计要求。

图 7.5.13.3 交通灯控制模块仿真图
数码管显示模块的代码如下：

1   module seg_led(
2       input                  sys_clk     ,     //系统时钟 
3       input                  sys_rst_n   ,     //系统复位 
4       input        [5:0]     ew_time     ,     //东西方向数码管要显示的数值
5       input        [5:0]     sn_time     ,     //南北方向数码管要显示数值
6       input                  en          ,     //数码管使能信号                                                             
7       output  reg  [3:0]     sel         ,     //数码管位选信号
8       output  reg  [7:0]     seg_led           //数码管段选信号,包含小数点
9   );
10  
11  //parameter define
12  parameter  WIDTH = 50_000;                   //计数1ms的计数深度
13  
14  //reg define 
15  reg    [15:0]             cnt_1ms;           //计数1ms的计数器
16  reg    [1:0]              cnt_state;         //用于切换要点亮数码管
17  reg    [3:0]              num;               //数码管要显示的数据
18  
19  //wire define
20  wire   [3:0]              data_ew_0;         //东西方向数码管的十位
21  wire   [3:0]              data_ew_1;         //东西方向数码管的各位
22  wire   [3:0]              data_sn_0;         //南北方向数码管的十位
23  wire   [3:0]              data_sn_1;         //南北方向数码管的各位
24  
25  //*****************************************************
26  //**                    main code                      
27  //*****************************************************
28  assign  data_ew_0   = ew_time / 10;          //取出东西向时间数据的十位
29  assign  data_ew_1   = ew_time % 10;          //取出东西向时间数据的个位
30  assign  data_sn_0   = sn_time / 10;          //取出南北向时间数据的十位
31  assign  data_sn_1   = sn_time % 10;          //取出南北向时间数据的个位
32  
33  //计数1ms
34  always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
35      if (!sys_rst_n)
36          cnt_1ms <= 15'b0;
37      else if (cnt_1ms < WIDTH - 1'b1)
38          cnt_1ms <= cnt_1ms + 1'b1;
39      else
40          cnt_1ms <= 15'b0;
41  end 
42  
43  //计数器，用来切换数码管点亮的4个状态
44  always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
45      if (!sys_rst_n)
46          cnt_state <= 2'd0;
47      else  if (cnt_1ms == WIDTH - 1'b1)
48          cnt_state <= cnt_state + 1'b1;
49      else
50          cnt_state <= cnt_state;
51  end 
52  
53  //先显示东西方向数码管的十位，然后是个位。再显示南北方向数码管的十位，然后个位
54  always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
55      if(!sys_rst_n) begin
56          sel  <= 4'b1111;
57          num  <= 4'b0;
58      end 
59      else if(en) begin       
60          case (cnt_state) 
61              3'd0 : begin     
62                  sel <= 4'b1110;              //驱动东西方向数码管的十位  
63                  num <= data_ew_0;
64              end       
65              3'd1 : begin     
66                  sel <= 4'b1101;              //驱动东西方向数码管的个位
67                  num <= data_ew_1;
68              end 
69              3'd2 : begin 
70                  sel <= 4'b1011;              //驱动南北方向数码管的十位
71                  num  <= data_sn_0;
72              end
73              3'd3 : begin 
74                  sel <= 4'b0111;              //驱动南北方向数码管的个位
75                  num  <= data_sn_1 ;    
76              end
77              default : begin     
78                  sel <= 4'b1111;                     
79                  num <= 4'b0;
80              end 
81          endcase
82      end
83      else  begin
84          sel <= 4'b1111;
85          num <= 4'b0;    
86      end
87  end 
88  
89  //数码管要显示的数值所对应的段选信号      
90  always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
91      if (!sys_rst_n) 
92          seg_led <= 8'b0; 
93      else begin
94          case (num)              
95              4'd0 :     seg_led <= 8'b1100_0000;                                                        
96              4'd1 :     seg_led <= 8'b1111_1001;                            
97              4'd2 :     seg_led <= 8'b1010_0100;                            
98              4'd3 :     seg_led <= 8'b1011_0000;                            
99              4'd4 :     seg_led <= 8'b1001_1001;                            
100             4'd5 :     seg_led <= 8'b1001_0010;                            
101             4'd6 :     seg_led <= 8'b1000_0010;                            
102             4'd7 :     seg_led <= 8'b1111_1000;      
103             4'd8 :     seg_led <= 8'b1000_0000;      
104             4'd9 :     seg_led <= 8'b1001_0000;    
105             default :  seg_led <= 8'b1100_0000;
106         endcase
107     end 
108 end
109 
110 endmodule

由动态数码管实验可知，数码管显示刷新速度在毫秒级是比较合适。所以在代码第33行至第41行，产生一个计时周期为1ms的计数器。为了产生数码管位选控制信号，在代码第16行设置了一个2位计数器cnt_state。每经过1ms，计数器累加1次。总共能计数0，1，2，3这四个10进制数。在代码第60行至80行，依据cnt_state的值，通过给sel寄存器赋值来驱动数码管不同的位选，并将选中位要显示的数值赋值给num寄存器。在代码第94行至代码第104行，根据num的值可以产生相应的段选控制信号seg_led。
如图 7.5.13.4为数码管显示模块的仿真图。在ew_time和sn_time的值分别为24和21时，在这1s期间，数码管位选信号sel循环切换数码管对应的位选信号，然后依据num寄存器产生对应的段选信号seg_led。

图 7.5.13.4 数码管显示模块仿真图
led灯控制模块的代码如下：

1   module led (
2       input              sys_clk   ,       //系统时钟
3       input              sys_rst_n ,       //系统复位
4       input       [1:0]  state     ,       //交通灯的状态
5       output reg  [5:0]  led               //红黄绿LED灯发光使能 
6   );
7   
8   //parameter define
9   parameter  TWINKLE_CNT = 20_000_000;     //让黄灯闪烁的计数次数
10  
11  //reg define
12  reg    [24:0]     cnt;                   //让黄灯产生闪烁效果的计数器
13  
14  //计数时间为0.2s的计数器，用于让黄灯闪烁                                                              
15  always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin                                  
16      if(!sys_rst_n)                                                                   
17          cnt <= 25'b0;                                                                
18      else if (cnt < TWINKLE_CNT - 1'b1)                                                                                                        
19          cnt <= cnt + 1'b1;                                                                                                                                                                                                                                                             
20      else                                                                             
21          cnt <= 25'b0;                                                                
22  end                                                                                  
23                                                                                      
24  //在交通灯的四个状态里，使相应的led灯发光                                                              
25  always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin                                  
26      if(!sys_rst_n)                                                                   
27          led <= 6'b100100;                                                            
28      else begin                                                                       
29          case(state)                                                                   
30              2'b00:led<=6'b100010;        //led寄存器从高到低分别驱动：东西向                        
31                                          //红绿黄灯，南北向红绿黄灯                                            
32              2'b01: begin                                                             
33                  led[5:1]<=5'b10000;                                                  
34                  if(cnt == TWINKLE_CNT - 1'b1)  //计数满0.2秒让黄灯的亮灭状况切换一次
35                                              //产生闪烁的效果                                 
36                      led[0] <= ~led[0];                                               
37                  else                                                                 
38                      led[0] <= led[0];                                                
39              end                                                                      
40              2'b10:led<=6'b010100;                                                    
41              2'b11: begin                                                             
42                  led[5:4]<=2'b00;                                                     
43                  led[2:0]<=3'b100;                                                    
44                  if(cnt == TWINKLE_CNT - 1'b1)                                            
45                      led[3] <= ~led[3];                                               
46                  else                                                                 
47                      led[3] <= led[3];                                               
48              end                                                                      
49              default:led<=6'b100100;                                                  
50          endcase                                                                      
51      end                                                                              
52  end  
53  
54  endmodule       

在代码的第25行至第48行，根据所处的状态值state，驱动相应的led灯发光。输出的高3位led[5:3]从高到低分别驱动东西方向的红、黄、绿三个LED灯，输出的低3位led[2:0]分别驱动南北方向红、黄、绿灯三个LED灯。
在黄灯亮的状态期间，为了产生闪烁的效果，需要在一段时间内使其发光，在另一段时间内使其熄灭，这样循环直到黄灯发光的状态结束。在代码第14行至代码第22行，产生一个计数周期为0.2s的计数器，每0.2s让黄灯的亮灭状态切换一次，实现闪烁的效果。
图 7.5.13.5为led控制模块的仿真图。可以看到，在state的值为01和11时（东西方向或者南北方向有黄灯发光的状态），led寄存器的值在一直在变化。

图 7.5.13.5 led控制模块仿真图
仿真文件代码如下所示：

1   `timescale 1ns/1ns
2   module tb_top_traffic     ;
3   reg            sys_clk    ;      //系统时钟
4   reg            sys_rst_n  ;      //系统复位
5                           
6   wire  [3:0]    sel        ;      //数码管位选信号
7   wire  [7:0]    seg_led    ;      //数码管段选信号
8   wire  [5:0]    led        ;      //led灯控制信号
9   
10  initial begin
11  sys_clk        <= 1'b0;
12  sys_rst_n      <= 1'b0;
13  # 20 sys_rst_n <= 1'b1;
14  end
15  
16  always # 10 sys_clk = ~sys_clk;  //产生频率为50Mhz的时钟
17  
18  //例化交通灯顶层模块
19  top_traffic  u_top_traffic(
20  .sys_clk       (sys_clk   ),
21  .sys_rst_n     (sys_rst_n ),                        
22  .sel           (sel       ),
23  .seg_led       (seg_led   ),
24  .led           (led       )   
25  );
26  
27  endmodule

本次仿真所用的文件在领航者FPGA开发板资料盘(A盘) → 4_SourceCode→1_Verilog→top_traffic→digital_recognition.sim的目录下。
1.5 下载验证
首先我们将下载器与领航者开发板上的JTAG接口连接，下载器另外一端与电脑连接。然后将交通灯模块插到板子上去，最后连接开发板的电源，打开电源开关，如下图所示：

图 7.5.13.1硬件连接图
之后就可以下载bit文件了，可以看到交通灯模块开始运行，现象如下所示：

图 7.5.13.2 交通灯实验现象