Verilog实现十字路口交通灯控制器 - 带倒计时显示 - 常规

以下是一个简单的十字路口交通灯控制器的Verilog代码，它包含两个方向的红绿灯，并使用数码管以倒计时的方式显示当前方向的剩余通行时间。

module traffic_light(
  input clk,       // 时钟信号
  input reset,     // 复位信号
  output reg [3:0] east_west,  // 东西方向灯控制信号
  output reg [3:0] north_south,  // 南北方向灯控制信号
  output reg [3:0] countdown  // 倒计时显示信号
);

// 定义状态
localparam [2:0] IDLE = 3'b000,  // 空闲状态
                 EW_GREEN = 3'b001,  // 东西方向绿灯状态
                 EW_YELLOW = 3'b010,  // 东西方向黄灯状态
                 NS_GREEN = 3'b011,  // 南北方向绿灯状态
                 NS_YELLOW = 3'b100;  // 南北方向黄灯状态

// 定义计数器计数范围
localparam COUNT_MAX = 50000000;  // 时钟频率为50MHz，计数50e6次为1s

// 定义状态寄存器
reg [2:0] state_reg, state_next;

// 定义计数器
reg [25:0] count_reg;  // 25位的计数器可以计数50e6次，即1s

// 定义倒计时计数器
reg [3:0] countdown_reg;

// 状态转移逻辑
always @ (posedge clk or negedge reset) begin
  if (reset == 0) begin
    state_reg <= IDLE;
    count_reg <= 0;
    countdown_reg <= 5;  // 初始为绿灯持续时间
  end
  else begin
    state_reg <= state_next;
    count_reg <= count_reg + 1;
    if (countdown_reg > 0) begin
      countdown_reg <= countdown_reg - 1;
    end
  end
end

// 状态机逻辑
always @ (*) begin
  state_next = state_reg;
  case (state_reg)
    IDLE: begin
      east_west <= 4'b0010;  // 东西方向绿灯
      north_south <= 4'b1000;  // 南北方向红灯
      countdown <= countdown_reg;
      if (count_reg >= COUNT_MAX * 8) begin  // 红灯持续8s
        state_next = NS_GREEN;
        count_reg <= 0;
        countdown_reg <= 5;  // 切换到南北方向绿灯，倒计时为绿灯持续时间
      end
    end
    EW_GREEN: begin
      east_west <= 4'b0010;  // 东西方向绿灯
      north_south <= 4'b1000;  // 南北方向红灯
      countdown <= countdown_reg;
      if (count_reg >= COUNT_MAX * 5) begin  // 绿灯持续5s
        state_next = EW_YELLOW;
        count_reg <= 0;
        countdown_reg <= 3;  // 切换到黄灯，倒计时为黄灯持续时间
      end
    end
    EW_YELLOW: begin
      east_west <= 4'b0100;  // 东西方向黄灯
      north_south <= 4'b1000;  // 南北方向红灯
      countdown <= countdown_reg;
      if (count_reg >= COUNT_MAX * 3) begin  // 黄灯持续3s
        state_next = NS_GREEN;
        count_reg <= 0;
        countdown_reg <= 5;  // 切换到南北方向绿灯，倒计时为绿灯持续时间
      end
    end
    NS_GREEN: begin
      east_west <= 4'b0001;  // 东西方向红灯
      north_south <= 4'b0100;  // 南北方向绿灯
      countdown <= countdown_reg;
      if (count_reg >= COUNT_MAX * 8) begin  // 红灯持续8s
        state_next = NS_YELLOW;
        count_reg <= 0;
        countdown_reg <= 5;  // 切换到东西方向绿灯，倒计时为绿灯持续时间
      end
    end
    NS_YELLOW: begin
      east_west <= 4'b0001;  // 东西方向红灯
      north_south <= 4'b0010;  // 南北方向黄灯
      countdown <= countdown_reg;
      if (count_reg >= COUNT_MAX * 3) begin  // 黄灯持续3s
        state_next = EW_GREEN;
        count_reg <= 0;
        countdown_reg <= 5;  // 切换到东西方向绿灯，倒计时为绿灯持续时间
      end
    end
  endcase
end

endmodule

在这个代码中，我们使用了一个有限状态机来控制交通灯的状态。状态机有5种状态：空闲状态(IDLE)、东西方向绿灯状态(EW_GREEN)、东西方向黄灯状态(EW_YELLOW)、南北方向绿灯状态(NS_GREEN)和南北方向黄灯状态(NS_YELLOW)。我们使用一个状态寄存器(state_reg)来存储当前状态，使用一个状态转移逻辑来根据当前状态和计数器(count_reg)的值计算下一个状态(state_next)。我们还使用一个计数器来计算时间，以及一个倒计时计数器(countdown_reg)来计算当前状态下还剩多长时间。

在状态机逻辑中，我们根据当前状态来设置交通灯控制信号(east_west和north_south)，并根据计数器(count_reg)的值来判断何时需要切换状态。同时，我们还将当前状态下的倒计时计数器(countdown_reg)的值作为倒计时显示信号(countdown)输出。

在模块实例化时，我们需要将时钟信号和复位信号连接到模块的输入端口上。同时，我们需要将交通灯控制信号(east_west和north_south)和倒计时显示信号(countdown)连接到模块的输出端口上，以便在测试时观察信号的变化。