基于FPGA实现的交通灯控制器
一、实验室名称
通信实验室(实训楼二楼)
二、实训内容
本实验为Verilog HDL的程序设计仿真，通过实验掌握状态机，时序CLK的控制模块，及时序同步的控制方式。 实验要求：
1.LED灯显示交通灯状态。
2.7段数码管显示当前状态剩余时间。 状态要求：
1.主干道绿灯亮35s支道绿灯亮25s。
2.当主干道绿灯亮时，支道亮红灯。 3.由绿灯转红灯时，黄灯亮5s。 3.时钟为1KHz。能实现倒计时显示。 4.由初始状态开始计数，对应状态指示。
三、实验原理
3.1设计思路和原理
本次设计是针对十字路口，进行南北和东西直行情况下交通灯控制。设定东西方向为主干道方向，根据交通灯的亮的规则，在初始状态下四个方向的都为红灯亮启，进入正常工作状态后，当主干道上绿灯亮时，支干道上红灯亮，持续35S后，主干道和支干道上的黄灯都亮启，持续5S后，主干道上红灯亮启，支干道上绿灯亮启持续25S，之后主干道和支干道上的黄灯都亮启5s，一个循环完成。循环往复的直行这个过程。其过程如下图所示：
状态 1 2 3 4
状态4： 主干道红灯亮 支干道黄灯亮
5秒
主干道 绿灯 黄灯 红灯 红灯 支干道 红灯 红灯 绿灯 黄灯 状态1： 主干道绿灯亮 支干道红灯亮
35秒
秒数（S） 35 5 25 5 状态3： 主干道红灯亮 支干道绿灯亮
25秒
状态2： 主干道黄灯亮 支干道红灯亮
5秒
3.2实现方法
本次采用文本编辑法，即利用Verilog HDL语言描述交通控制器，通过状态机计数法，实现设计所要求的交通灯控制及时间显示。设计中用两组红黄绿LED模拟两个方向上的交通灯，用两个7段数码管显示主干道上的交通灯剩余时间，控制时钟由试验箱上频率信号提供。 3.3整体设计
交通灯控制的关键是各个状态之间的转换和进行适当的时间延时，根据状态机的设计规范，本次设计了三个状态之间的循环转化，说明：该状态图为交通灯在正常情况下的状态转化图，进入控制后，状态00时主干道绿灯及支干道红灯亮起，进入状态01后两路黄灯亮起，状态11时主干道红灯及支干道绿灯亮起。进入10状态两路黄灯亮起。结束一个循环，从00状态重新开始循环。为实现控制与显示的功能，需要设计交通灯点亮顺序控制程序，倒数计时程序，七段数码管显示程序，数码管显示扫描程序。 3.4具体设计
根据整体设计要求，编写各个功能部分Verilog HDL程序，设置各输入输出变量说明如下:
clk //实验箱 1K Hz的时钟计时
g1,g2,r1,r2,y1,y2; //g、r、y依次为绿green红red黄灯yellow，1为主干道,2为支道
四、实训步骤
1、建立工程文件
1）打开Quartus II 8.1，点击File，New Project Waizard:Introdution,点击Next创建新的工程给命名为qiuge80fen，点击next，选择cyclone III芯片，类型为FPGA，芯片型号EP3C40F78C08, )选择软件中的菜单File>New Project Wizard，新建一个工程。
2）点击NEXT进入工作目录，第一个输入框为工程目录输入框，用户可以输入如e:/eda等工作路径来设定工程的目录，设定好后，所有的生成文件将放入这个工作目录。第二个输入框为工程名称输入框，第三个输入框为顶层实体名称输入框。用户可以设定如EXP1，一般情况下工程名称与实体名称相同。使用者也可以根据自已的实际情况来设定。
3）点击NEXT，进入下一个设定对话框，按默认选项直接点击NEXT进行器件选择对话框。如图1-6所示。这里我们以选用CycloneIII系列芯片EP3C40F780C8为例进行介绍。用户可以根据使用的不同芯片来进行设定。首先在对话框的左上方的Family下拉菜单中选取CycloneⅢ，在中间右边的Speed grade下拉菜单中选取8，在左下方的Available devices框中选取EP3C40F780C8，点击NEXT完成器件的选取按默认选项，点击NEXT出现新建工程以前所有的设定信息
2. 编写程序
选择软件中的菜单File>New，选择Verilog HDL，新建一个Verilog HDL文件，然后进行程序的编写。