交通灯控制 FPGA 设计 Verilog Vivado（2）

名称：交通灯控制 FPGA 设计 Verilog Vivado（2）

软件：Vivado

语言：Verilog

开发板/平台：EGO1

功能介绍

本设计实现一个面向 FPGA 的交通灯控制系统，使用 Verilog HDL 编写，在 Vivado 环境下完成工程搭建、综合实现与仿真。系统以主路和支路两个方向的红、黄、绿灯为控制对象，完成正常交通信号灯的交替通行逻辑，同时配合数码管显示当前阶段的倒计时。 交通灯输出包括主路红灯、主路绿灯、主路黄灯，以及支路红灯、支路绿灯、支路黄灯。倒计时部分通过位选和段选信号驱动数码管显示，使当前通行方向和等待方向的剩余时间能够直观呈现。代码中设置主路绿灯 18 秒、黄灯 2 秒，支路绿灯 18 秒、黄灯 2 秒，红灯时间由另一方向通行阶段组合形成。 系统还包含复位/控制输入 rst_p，注释中说明该信号可用于控制主路常绿与正常红绿灯交替工作状态，适合用于 FPGA 课程设计、数字逻辑实验、交通灯状态机学习以及数码管动态显示练习。

运行环境

开发语言：Verilog 开发软件：Vivado 目标开发板：EGO1 工程类型：FPGA 交通灯控制工程，包含 Vivado 工程文件、Verilog 源码、Testbench、仿真工程文件、约束文件以及 bit 文件。

设计思路

设计采用模块化结构，将交通灯系统拆分为时钟分频、交通灯控制、显示数据生成和数码管显示几个部分。顶层模块 traffic_light 负责连接各子模块，并统一对外输出主路、支路的红黄绿灯信号以及数码管位选、段选信号。 系统首先通过 div 分频模块将输入时钟转换为 1Hz 节拍信号，作为交通灯倒计时和状态切换的时间基准。交通灯控制模块 led 接收 1Hz 时钟、复位/控制信号以及各方向绿灯、黄灯时间参数，根据当前状态输出主路和支路的红、黄、绿灯控制信号，并生成对应阶段的 BCD 倒计时数据。 显示部分由 shumaguan_data 和 display 配合完成。shumaguan_data 根据当前灯色状态和倒计时计数值选择需要显示的数据，分别生成主路和支路的数码管显示内容；display 模块负责将显示数据转换为数码管位选 weixuan 与段选 duanxian，实现倒计时动态显示。 整体思路清晰，既体现了交通灯状态机控制，也包含 FPGA 实验中常见的分频、计数、BCD 时间显示和数码管扫描显示，便于学习者按模块理解和修改。

模块结构

顶层模块：traffic_light 主要模块包括： led：交通灯控制模块，负责主路/支路红黄绿灯状态切换和倒计时计数。 shumaguan_data：显示数据生成模块，根据当前灯色状态选择主路、支路倒计时数据。 display：数码管显示模块，输出位选和段选信号。 div：分频模块，生成 1Hz 时钟节拍。 test：仿真测试模块，用于行为仿真验证。 顶层 traffic_light 连接 div、led、shumaguan_data、display 等模块，形成完整的交通灯控制与倒计时显示系统。

开发板验证

工程提供 EGO1 开发板管脚约束文件 ego1_pins.xdc，并已生成实现阶段 bit 文件，可用于 EGO1 开发板的上板验证参考。约束覆盖交通灯输出、数码管位选/段选以及时钟、复位等硬件连接信号，便于按照工程配置进行下载测试。

演示视频

包含交通灯系统演示视频，可用于查看红黄绿灯状态切换和数码管倒计时显示效果。

仿真图/仿真说明/设计文档图片

设计文档内容覆盖工程文件、程序文件、程序编译、RTL 图、Testbench、整体仿真图、分频模块、控制模块、倒计时模块和显示模块等说明，并配有多张设计文档图片，可作为理解工程结构、仿真流程和模块功能的参考。

部分代码

以下展示顶层模块 traffic_light 的部分代码，完整源码请下载压缩包查看。

module traffic_light(
input clk,//时钟
input rst_p,//复位

output main_red,//主路灯
output main_green,//主路灯
output main_yellow,//主路灯

output branch_red,//支路灯
output branch_green,//支路灯
output branch_yellow,//支路灯
//倒计时
output [3:0] weixuan,//数码管位选
output [7:0] duanxian//数码管段选
);

 wire clk_1Hz;
 wire [7:0] main_green_BCD;
 wire [7:0] main_yellow_BCD;
 wire [7:0] main_red_BCD;
 wire [7:0] branch_green_BCD;
 wire [7:0] branch_yellow_BCD;
 wire [7:0] branch_red_BCD;
 wire [7:0] main_data_out;
 wire [7:0] branch_data_out;
 
wire main_red_led;//主路灯
wire main_green_led;//主路灯
wire main_yellow_led;//主路灯

wire branch_red_led;//支路灯
wire branch_green_led;//支路灯
wire branch_yellow_led;//支路灯

assign main_red=main_red_led;//主路灯
assign main_green=main_green_led;//主路灯
assign main_yellow=main_yellow_led ;//主路灯

assign branch_red=branch_red_led;//支路灯
assign branch_green=branch_green_led;//支路灯
assign branch_yellow=branch_yellow_led ;//支路灯 

//分频模块
div div100
(
. clk(clk),
. clk_out(clk_1Hz)
);

//按键调整时间
wire [7:0]main_green_time;
wire [7:0]main_yellow_time;
wire [7:0]branch_green_time;
wire [7:0]branch_yellow_time;
//主路红灯20秒，绿灯18秒（6秒闪烁），黄灯2秒
assign main_yellow_time=8'd2;//主路黄灯时间设置为2秒
assign main_green_time=8'd18;

//主路红灯20秒，绿灯18秒（6秒闪烁），黄灯2秒
assign branch_yellow_time=8'd2;//支路黄灯时间设置为2秒
assign branch_green_time=8'd18;


////////////////////////////////
//交通灯控制模块
led led(
. clk_1Hz(clk_1Hz),
. rst_p(rst_p),//控制按键--为1表示主路常绿，为0正常红绿灯（主路支路交替通行）

. main_red(main_red_led),//主路灯
. main_green(main_green_led),//主路灯
. main_yellow(main_yellow_led),//主路灯

. branch_red(branch_red_led),//支路灯
. branch_green(branch_green_led),//支路灯
. branch_yellow(branch_yellow_led),//支路灯

. main_green_time(main_green_time),
. main_yellow_time(main_yellow_time),
. branch_green_time(branch_green_time),
. branch_yellow_time(branch_yellow_time),

. main_green_BCD(main_green_BCD),//绿灯时间计数
. main_yellow_BCD(main_yellow_BCD),//黄灯时间计数
. main_red_BCD(main_red_BCD),//红灯时间计数
. branch_green_BCD(branch_green_BCD),//绿灯时间计数
. branch_yellow_BCD(branch_yellow_BCD),//黄灯时间计数
. branch_red_BCD(branch_red_BCD)//红灯时间计数
);

//显示数据生成模块
shumaguan_data shumaguan_data(
. clk(clk),

. main_red(main_red_led),//主路灯
. main_green(main_green_led),//主路灯
. main_yellow(main_yellow_led),//主路灯

. branch_red(branch_red_led),//支路灯
. branch_green(branch_green_led),//支路灯
. branch_yellow(branch_yellow_led),//支路灯

. main_green_BCD(main_green_BCD),//绿灯时间计数
. main_yellow_BCD(main_yellow_BCD),//黄灯时间计数
. main_red_BCD(main_red_BCD),//红灯时间计数
. branch_green_BCD(branch_green_BCD),//绿灯时间计数
. branch_yellow_BCD(branch_yellow_BCD),//黄灯时间计数
. branch_red_BCD(branch_red_BCD),//红灯时间计数

. main_green_time(main_green_time),
. main_yellow_time(main_yellow_time),
. branch_green_time(branch_green_time),
. branch_yellow_time(branch_yellow_time),

. main_data_out(main_data_out),//主路数码管数据显示
. branch_data_out(branch_data_out)//支路数码管数据显示
);

//倒计时显示		
display display
// ... 以下代码略，完整源码请下载压缩包查看

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