Verilog设计：交通灯信号控制电路实现与分频模块详解

本篇文档主要介绍如何使用Verilog语言设计一个交通灯信号控制电路，作为微电子学课程中的实验项目。实验旨在通过实践学习和掌握硬件描述语言（HDL）在实际应用中的设计过程。 一、实验目的及要求： 实验的主要目标是利用Verilog设计并实现一个能够模拟交通信号灯控制逻辑的电路，包括绿灯、黄灯和红灯的切换，以及倒计时功能。学生需要理解和运用时序逻辑设计，确保信号灯按照特定规则工作，并通过数码管准确显示剩余时间。 二、实验设备及工具： 使用的实验环境配备有预装了SynplifyPro 9.6.2和ModelSim SE 6.2b的PC机，这些工具是高级逻辑综合器和模拟器，用于编译、仿真和验证Verilog设计。 三、实验内容与步骤： 1. **顶层模块与控制模块**：这部分负责整体逻辑控制，通过if嵌套语句实现绿灯、黄灯和红灯的切换，以及倒计时的计数。根据不同的计数值，通过数学运算决定数码管显示的十位和个位数。例如，绿灯状态下，计数范围为0到4999，显示个位和十位的时间周期。 2. **分频模块**：将输入的50MHz时钟信号分频至1Hz，以便于控制灯的切换频率，确保稳定的信号变化。 3. **译码显示模块**：接收来自控制模块的十位和个位数据，通过七段译码器将数字信号转化为对应的灯状态，如绿灯、黄灯或红灯。 4. **状态机设计**：整段程序定义了四个状态，分别是初始状态（清零后）、绿灯状态、黄灯状态和红灯状态。在每个状态之间切换时，会清零计数器并保持对应灯状态。 四、模块设计与时序分析： 文档提供了一个模块设计框图，展示了各个模块之间的连接和交互。此外，还有一张表格（表1）解释了信号的时序，如系统时钟信号的取样周期以及blu、yel、red灯的最终状态表示。 总结，通过这个实验，学生将深入了解Verilog语言的逻辑设计和实时信号处理，同时掌握如何将抽象的电路行为映射到实际的硬件实现，以及如何通过模拟和仿真验证设计的正确性。这对于理解和应用数字信号处理技术，特别是在FPGA或ASIC设计领域，具有重要的实践价值。