Verilog 实现十字路口交通灯控制器：状态机、数码管倒计时

下面是一个简单的十字路口交通灯控制器的 Verilog 代码，其中包含了一个数码管模块，用于显示倒计时时间：

module traffic_light_controller(
    input clk,
    input rst,
    output reg [2:0] EW_light,
    output reg [2:0] NS_light,
    output reg [6:0] digit
);

// 定义状态机状态
localparam [1:0] IDLE = 2'b00;
localparam [1:0] EW_GREEN = 2'b01;
localparam [1:0] EW_YELLOW = 2'b10;
localparam [1:0] NS_GREEN = 2'b11;
localparam [1:0] NS_YELLOW = 2'b100;

// 定义时钟计数器和状态机变量
reg [2:0] clk_cnt = 0;
reg [1:0] state = IDLE;
reg [3:0] timer = 0;

// 定义常量
localparam [3:0] GREEN_TIME = 5;
localparam [3:0] YELLOW_TIME = 3;
localparam [3:0] RED_TIME = 8;

// 定义数码管控制变量
reg [3:0] digit_cnt = 0;
reg [6:0] count = 0;
reg [1:0] digit_sel = 2'b00;

// 数码管控制模块
always @(posedge clk) begin
    if (rst) begin
        count <= 0;
        digit_sel <= 2'b00;
        digit_cnt <= 0;
    end else begin
        if (digit_cnt == 500000) begin
            digit_cnt <= 0;
            count <= count - 1;
            if (count == 0) begin
                case (digit_sel)
                    2'b00: begin
                        count <= GREEN_TIME;
                        digit_sel <= NS_light == 3'b100 ? 2'b01 : 2'b10;
                    end
                    2'b01: begin
                        count <= YELLOW_TIME;
                        digit_sel <= NS_light == 3'b100 ? 2'b10 : 2'b00;
                    end
                    2'b10: begin
                        count <= RED_TIME;
                        digit_sel <= NS_light == 3'b100 ? 2'b00 : 2'b01;
                    end
                endcase
            end
        end else begin
            digit_cnt <= digit_cnt + 1;
        end
    end
end

// 交通灯状态机
always @(posedge clk) begin
    if (rst) begin
        state <= IDLE;
        EW_light <= 3'b100;
        NS_light <= 3'b001;
        timer <= GREEN_TIME;
    end else begin
        if (clk_cnt == 500000) begin
            clk_cnt <= 0;
            timer <= timer - 1;
            case (state)
                IDLE: begin
                    EW_light <= 3'b100;
                    NS_light <= 3'b001;
                    if (timer == 0) begin
                        state <= EW_GREEN;
                        timer <= GREEN_TIME;
                        digit_sel <= 2'b00;
                        count <= GREEN_TIME;
                    end
                end
                EW_GREEN: begin
                    EW_light <= 3'b010;
                    NS_light <= 3'b001;
                    if (timer == 0) begin
                        state <= EW_YELLOW;
                        timer <= YELLOW_TIME;
                        digit_sel <= 2'b01;
                        count <= YELLOW_TIME;
                    end
                end
                EW_YELLOW: begin
                    EW_light <= 3'b100;
                    NS_light <= 3'b001;
                    if (timer == 0) begin
                        state <= NS_GREEN;
                        timer <= GREEN_TIME;
                        digit_sel <= 2'b00;
                        count <= GREEN_TIME;
                    end
                end
                NS_GREEN: begin
                    EW_light <= 3'b100;
                    NS_light <= 3'b010;
                    if (timer == 0) begin
                        state <= NS_YELLOW;
                        timer <= YELLOW_TIME;
                        digit_sel <= 2'b10;
                        count <= YELLOW_TIME;
                    end
                end
                NS_YELLOW: begin
                    EW_light <= 3'b100;
                    NS_light <= 3'b001;
                    if (timer == 0) begin
                        state <= EW_GREEN;
                        timer <= GREEN_TIME;
                        digit_sel <= 2'b00;
                        count <= GREEN_TIME;
                    end
                end
            endcase
        end else begin
            clk_cnt <= clk_cnt + 1;
        end
    end
end

endmodule

在这个代码中，我们定义了一个交通灯控制器模块，包含了两个方向的交通灯控制信号输出 EW_light 和 NS_light，以及一个数码管控制信号输出 digit。在模块内部定义了一个状态机 state，用于控制交通灯的变化。同时使用了一个时钟计数器 clk_cnt 和一个计时器 timer，用于计算交通灯的倒计时时间。

在这个代码中，我们还定义了一个数码管控制模块，用于显示倒计时时间。数码管控制模块包含一个计数器 count，用于计算倒计时时间，以及一个数码管选择信号 digit_sel，用于选择当前显示的数码管。在每个时钟周期内，数码管控制模块会根据 count 和 digit_sel 的值计算出当前应该显示的数码，然后输出到 digit 中。

在交通灯状态机中，我们定义了五个状态：IDLE、EW_GREEN、EW_YELLOW、NS_GREEN 和 NS_YELLOW。在 IDLE 状态下，交通灯都是红灯，等待一段时间后进入 EW_GREEN 状态，此时东西向交通灯为绿灯，南北向交通灯为红灯。接着进入 EW_YELLOW 状态，此时东西向交通灯为黄灯，南北向交通灯为红灯。再进入 NS_GREEN 状态，此时南北向交通灯为绿灯，东西向交通灯为红灯。最后进入 NS_YELLOW 状态，此时南北向交通灯为黄灯，东西向交通灯为红灯。然后回到 EW_GREEN 状态，循环往复。

在每个状态下，交通灯的状态和倒计时时间都会不同。我们使用计时器 timer 和数码管控制模块来控制倒计时时间，并且在进入下一个状态时重新计时。同时，在每个状态下，我们还会根据需要设置 digit_sel 和 count 的值，来控制数码管显示的内容。

需要注意的是，在这个代码中，我们使用了一个简单的计时器来计算倒计时时间，但是实际上在 FPGA 中，可能需要使用更复杂的计时器来实现更精确的倒计时。此外，在实际设计中还需要考虑到时序约束、时序分析等问题。