基于VerilogHDL设计的交通灯控制系统.doc

基于Verilog HDL设计的交通灯控制系统 何峰 （华东师范大学 软件学院上海200062） 摘要：Verilog HDL作为一种规范的硬件描述语言,被广泛应用于电路的设计中。他的设计描述可被不同的工具所支持,可用不同器件来实现。利用Verilog HDL语言自顶向下的设计方法设计交通灯控制系统，使其实现道路交通的正常运转，突出了其作为硬件描述语言的良好的可读性、可移植性和易理解等优点，并通过Xilinx ISE6.02和ModelSim5.6完成综合、仿真。此程序通过下载到FPGA芯片后,可应用于实际的交通灯控制系统中。关键词：Verilog HDL；硬件描述语言；状态；FPGA Design of Traffic Light Controller System Based on Veri log HDLHE Feng(School of Software, East China Normal University, Shanghai, 20 0062, China)Abstract：As a common language for the description of hardware, Verilog HDL is widely appl ied in circuit designing The design description can be supportted by differenttools and implemented by different devicesIn this paper, the process of design ing traffic light controller system by the Verilog HDL topdown design method is presented, which has made the road traffic work well, the design of t his system has shown the readability, portability and easily understanding of Ve rilog HDL as a hard description language Circuit synthesis and simulation are pe rformed by Xilinx ISE6.02 and ModelSim5.6 The program can be used in the tru ly traffic light controller system by downloading to the FPGA chipKeywords：Verilog HDL; hardware description language; state; FPGA1引言HDL（Hardware Description Language，硬件描述语言）是一种描述硬件所做工作的语言。目前，电子系统向集成化、大规模和高速度等方向发展，以硬件描述语言和逻辑综合为基础的自顶向下的电路设计方法在业界得到迅猛发展，HDL在这种形势下显示出了巨大的优势，展望将来HDL在硬件设计领域的地位将与C和C+在软件设计领域地位一样，在大规模数字系统的设计中，他将逐步取代传统的逻辑状态表和逻辑电路图等硬件描述方法 而成为主要的硬件描述工具。Verilog HDL是工业和学术界的硬件设计者所使用的两种主要的HDL之一，另一种是VHDL。现在他们都已成为IEEE标准。两者各有特点，但Verilog HDL拥有更悠久的历史、更广泛的设计群体,资源也远比VHDL丰富,且非常容易学习掌握。本文提出了以Verilog HDL语言为手段，设计了交通灯控制系统。其代码具有良好的可读性 和易理解性,源程序经Xilinx公司的Xilinx ISE6.02和ModelSim5.6软件完成综合、仿真，目标器件选用FPGA器件。 2交通灯控制系统的功能交通灯控制系统主要是实现城市十字交叉路口红绿灯的控制。在现代化的大城市中，十字交叉路口越来越多，在每个交叉路口都需要使用红绿灯进行交通指挥和管理，红、黄、绿灯的转换要有一个准确的时间间隔和转换顺序，这就需要有一个安全、自动的系统对红、黄、绿灯的转换进行管理，本系统就是基于此目的而开发的。3系统设计城市十字交叉路口红绿灯控制系统主要负责控制东西走向和南北走向的红绿灯的状态和转换顺序，关键是各个状态之间的转换和进行适当的时间延时，正是基于以上考虑，采用如下设计：(1)当东西走向的绿灯亮时，南北走向的红灯亮，并保持3个clock。(2)当东西走向的绿、黄灯亮时，南北走向的红灯亮，并保持1个clock。(3)当东西走向的红灯亮时，南北走向的绿灯亮，并保持3个clock。(4)当东西走向的红灯亮时，南北走向的绿、黄灯亮，并保持1个clock。(5)最后又回到（1）状态，并周期重复进行。基于以上设计，在表1中给出了交通灯控制器的4种状态，对应的状态迁移过程见图1。4系统的Verilog HDL描述电子系统设计中，一般遵循自上而下的设计思路对系统进行设计、描述与仿真。考虑到模 块的通用性和可移植性，常常使用HDL语言来描述数字系统，如Verilog HDL、VHDL语言等。其中Verilog HDL语言具有结构清晰、文法简明、功能强大、高速模拟和多库支持等优点，被近90%的半导体公司使用，成为一种强大的设计工具。该系统采用Verilog HDL 描述，程序说明如下： 5描述完毕的Verilog HDL语言仿真运行源程序经Xilinx公司的Xilinx ISE6.02和ModelSim 5.6软件完成综合、仿真，波形图如图2所示。功能仿真结束后,利用综合工具对Verilog HDL源码进行综合，生成网表文件,再根据该网表文件和所选可编程逻辑器件FPGA进行优化、布局布线，然后进行布线后仿真，最后生成供可编程逻辑器件用的FPGA码流文件，把该文件 输入可编程逻辑器件即可制成实际数字电路。 6结语 在本文中采用Verilog HDL语言设计交通灯控制系统，借助其功能强大的语言结构，简 明的代码描述复杂控制逻辑设计，与工艺无关特性，在提高工作效率的同时达到求解目的， 并可以通过Verilog HDL语言的综合工具进行相应硬件电路生成，具有传统逻辑设计方法所 无法比拟的优越性。参考文献1张明.Verilog DL实用教程M.成都:电子科技大学出版社,199 92Hyde D C.Bucknell Handbook on VerilogHDLComputer Science Department, Bucknell Unive