交通灯
一、实验目的
写一个交通灯，要求：
①有东西南北四个方向，两组交通灯轮流交替变换，其中，红灯时间为30
个时间单位，绿灯时间为25个时间单位，黄灯时间为5个时间单位。

最后用modelsim软件进行仿真。

②要求设计是一个可综合设计。

二、实验原理
根据实验要求的逻辑功能描述，可以分析得出原理图如下：
控制器即可以设计为一个有限状态机的形式：
E-W方向S-N方向
状态R Y G R Y G
1 0 0 1 0 0 IDLE
1 0 0 0 0 1 S1
1 0 0 0 1 0 S2
0 0 1 1 0 0 S3
0 1 0 1 0 0 S4
根据实验要求画出控制器的状态转移图如下：
三、代码
1、源代码
（1）控制器模块
module traffic_lights(clk,rst,count,ew,sn);
input clk,rst;
input[5:0] count;
output[2:0] ew,sn;
reg[2:0] ew,sn;
reg[3:0] state;
parameter Idle=3'b000,s1=3'b001,s2=3'b010,s3=3'b011,s4=3'b100; always @(posedge clk)
if(!rst)
begin
state<=Idle;
end
else
casex(state)
Idle: if(rst)
begin
state<=s1;
end
s1: if(count=='d25)
begin
state<=s2;
end
s2: if(count=='d30)
begin
state<=s3;
end
s3: if(count=='d55)
begin
state<=s4;
end
s4: if(count=='d60)
begin
state<=s1;
end
endcase
always @(posedge clk)
begin
if(!rst)
begin
ew<=3'b100;
sn<=3'b100;
end
else
casex(state)
Idle: if(rst)
begin
ew<=3'b100;
sn<=3'b001;
end
s1: if(count=='d25)
begin
ew<=3'b100;
sn<=3'b010;
end
s2: if(count=='d30)
begin
ew<=3'b001;
sn<=3'b100;
end
s3: if(count=='d55)
begin
ew<=3'b010;
sn<=3'b100;
end
s4: if(count=='d60)
begin
ew<=3'b100;
sn<=3'b001;
end
default: state<=Idle;
endcase
end
endmodule
（2）计数器模块
module counter(en,clk,rst,out);
output[5:0]out;
input en,clk,rst;
reg[5:0] out;
always@(posedge clk or negedge rst) begin
if(!rst)
out<='d0;
else if(!en&&out<'d60)
out<=out+1;
else
out<='d1;
end
endmodule
（3）将控制器与计数器进行连接
module traffic_lights_top(out,clk,rst,en,ew,sn); input clk,rst,en;
output[2:0] ew,sn;
output[5:0]out;
wire[5:0] out;
traffic_lights u1(
.clk(clk),
.rst(rst),
.count(out),
.ew(ew),
.sn(sn)
);
counter u2(
.en(en),
.clk(clk),
.rst(rst),
.out(out)
);
endmodule
2、激励
`timescale 1ns/100ps
module traffic_lights_tb;
reg clk,rst,en;
wire[2:0] ew,sn;
wire[5:0]out;
traffic_lights_top m(
.clk(clk),
.rst(rst),
.en(en),
.ew(ew),
.sn(sn),
.out(out)
);
always
#5 clk=~clk;
initial
en<=1;
initial
begin
clk<=1;
en<=0;
rst<=0;
#5 rst<=1;
end
endmodule
四、仿真波形
（图一）
（图二）
五、波形说明
波形图中，从上至下依次为：时钟信号clk、复位信号rst、计数器使能端en、东西方向上灯的状态ew、南北方向上灯的状态sn、计数器的输出out。

该程序实现的功能是在一个十字路口的交通灯的轮流交替变换：
状态方向
灯的状态
0——25 25——30 30——55 55——60
东西方向ew 红红绿黄
南北方向sn 绿黄红红图一可以完整的看到60个时间单位内两个方向上灯交替的状况
图二可以清楚的看到在时间从0——30过程中灯的跳变时间和结果。

五、实验过程中遇到的问题及解决方法
1、在实验过程中得到的波形图跟我设计的时间间隔不一致，仔细检查过后
发现是因为控制器和计数器没有很好的连接在一起，导致灯的跳变跟计数器的控制脱离了，修改之后得到时间间隔比例跟设计一致的波形。

2、在检查波形的过程中发现计数器实现的不是模60，而是模64，将计数器程序中的选择条件从if(!en)改为if(!en&&out<’d60)之后得到了自己想要的计数器。

六、实验心得
刚开始，程序调试过程中始终都有些莫名其妙的错误，自己只能凭着自己的理解和单纯靠一些感觉去修改。

有时候越改错误越多，到后来程序显示没有错误了，但是仿真却无法执行，一长串的警告看的我有点崩溃。

静下心来后从头开始分析每一句的程序，最后发现其实只是一个很小的失误。