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怎么劝客户做网站,网站seo完整seo优化方案,91手机用哪个浏览器,平台公司有哪些目录 一、设计原理#xff1a;时序状态机与时间控制 1. 状态定义 2. 核心模块 二、Multisim 电路设计 1. 时钟分频电路 2. 状态控制电路 3. 灯组驱动电路 4. 完整电路框图 三、Vivado Verilog 仿真代码 1. 完整代码 2. 测试代码#xff08;Testbench#xff09; …目录一、设计原理时序状态机与时间控制1. 状态定义2. 核心模块二、Multisim 电路设计1. 时钟分频电路2. 状态控制电路3. 灯组驱动电路4. 完整电路框图三、Vivado Verilog 仿真代码1. 完整代码2. 测试代码Testbench3. 仿真结果说明四、总结本文针对 “四方向交通信号灯时序控制” 课设需求从设计原理、Multisim 电路搭建、Vivado Verilog 仿真三个维度展开完整实现题目要求的灯组时序逻辑。题目要求以4个红色指示灯、4个绿色指示灯和4个黄色指示灯模拟路口的东、南、西、北4个方向的红、绿、黄交通灯。控制这些指示灯使它们按下列规律亮和灭——初始状态为4个方向的红灯全亮时间1S东、西方向绿灯亮南、北方向红灯亮。东、西方向通车时间5S东、西方向黄灯闪烁南、北方向红灯亮时间2S东、西方向红灯亮南、北方向绿灯亮南、北方向通车时间5S东、西方向红灯亮南、北方向黄闪烁时间2S返回2)继续运行注黄灯闪烁通过连续亮0.2S和灭0.2S实现利用开发板中1KHZ作为设计中的初始时钟通过分频得到0.2S、1S和5S等时钟信号。一、设计原理时序状态机与时间控制题目要求的交通灯时序是典型的有限状态机FSM共 6 个状态需通过 “时钟分频 计数器 状态译码” 实现1. 状态定义状态编号状态描述持续时间灯组状态东 / 西 - 南 / 北S0初始状态1s全红灯S1东西通行5s东 / 西绿灯南 / 北红灯S2东西黄灯闪烁2s东 / 西黄灯闪烁南 / 北红灯S3南北通行5s东 / 西红灯南 / 北绿灯S4南北黄灯闪烁2s东 / 西红灯南 / 北黄灯闪烁S5状态跳转0s返回 S1 循环2. 核心模块时钟分频模块将 1kHz 输入时钟分频为 0.2s5Hz、1s1Hz、5s0.2Hz时钟用于时间控制和黄灯闪烁计数器模块对分频后的时钟计数达到对应状态时间后触发状态跳转状态译码模块将状态信号转换为灯组控制信号红 / 绿 / 黄灯的亮灭黄灯闪烁模块通过 0.2s 时钟控制黄灯的 “亮 0.2s - 灭 0.2s” 交替。二、Multisim 电路设计使用中规模集成芯片搭建电路核心器件包括555 定时器时钟源、74LS161计数器、74LS138译码器、LED 灯组。1. 时钟分频电路以 555 定时器生成 1kHz 初始时钟再通过 74LS161 分频得到目标时钟1kHz → 1Hz1s74LS161 级联成 1000 分频10002^10-24预置数 0x03E81kHz → 5Hz0.2s200 分频预置数 0x00C8。电路连接555 定时器外接 R1kΩ、C0.1μF生成 1kHz 方波74LS161 的 CLK 接 555 输出LOAD 端接预置数RCO 端作为分频后时钟输出。2. 状态控制电路用 2 片 74LS161 级联成模 6 计数器状态 S0-S5配合 74LS138 译码输出状态信号74LS161 的 CLK 接 1Hz 时钟计数范围 0-5预置数 0x000574LS138 的 A/B/C 端接 74LS161 的 Q0-Q2译码输出 S0-S5 的状态信号。3. 灯组驱动电路红灯 / 绿灯直接由 74LS138 的译码信号驱动高电平亮黄灯将译码信号与 5Hz 时钟0.2s通过与门连接实现 “亮 0.2s - 灭 0.2s” 闪烁。4. 电路框图[555定时器] → [1kHz时钟] → [74LS161分频] → [1Hz/5Hz时钟] ↓ [74LS161模6计数器] → [74LS138译码] → [灯组控制信号] → [LED灯组] ↓ [与门黄灯闪烁]三、Vivado Verilog 仿真代码通过 Verilog 实现时序状态机包含分频模块、状态机模块、灯组控制模块可直接在 Vivado 中仿真验证。1. 完整代码timescale 1ns / 1ps module traffic_light_controller( input clk_1kHz, // 输入1kHz时钟 input rst_n, // 复位信号低有效 // 灯组输出east_west[2:0] {红,黄,绿}, south_north[2:0] {红,黄,绿} output reg [2:0] east_west, output reg [2:0] south_north ); // 1. 时钟分频1kHz → 1Hz1s、5Hz0.2s reg [9:0] cnt_div_1Hz; // 1kHz→1Hz1000分频 reg [7:0] cnt_div_5Hz; // 1kHz→5Hz200分频 reg clk_1Hz, clk_5Hz; always (posedge clk_1kHz or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin cnt_div_1Hz 10d0; clk_1Hz 1b0; end else if(cnt_div_1Hz 10d999) begin cnt_div_1Hz 10d0; clk_1Hz ~clk_1Hz; end else begin cnt_div_1Hz cnt_div_1Hz 1d1; end end always (posedge clk_1kHz or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin cnt_div_5Hz 8d0; clk_5Hz 1b0; end else if(cnt_div_5Hz 8d199) begin cnt_div_5Hz 8d0; clk_5Hz ~clk_5Hz; end else begin cnt_div_5Hz cnt_div_5Hz 1d1; end end // 2. 状态机状态定义时间计数 typedef enum {S0, S1, S2, S3, S4, S5} state_t; reg [2:0] current_state, next_state; reg [3:0] state_cnt; // 状态持续时间计数器 // 状态跳转时序逻辑 always (posedge clk_1Hz or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin current_state S0; state_cnt 4d0; end else begin current_state next_state; // 状态持续时间计数 if(current_state S0 state_cnt 4d1) begin // S01s state_cnt 4d0; end else if(current_state S1 state_cnt 4d5) begin // S15s state_cnt 4d0; end else if(current_state S2 state_cnt 4d2) begin // S22s state_cnt 4d0; end else if(current_state S3 state_cnt 4d5) begin // S35s state_cnt 4d0; end else if(current_state S4 state_cnt 4d2) begin // S42s state_cnt 4d0; end else begin state_cnt state_cnt 1d1; end end end // 状态转移逻辑组合逻辑 always (*) begin case(current_state) S0: next_state (state_cnt 4d1) ? S1 : S0; S1: next_state (state_cnt 4d5) ? S2 : S1; S2: next_state (state_cnt 4d2) ? S3 : S2; S3: next_state (state_cnt 4d5) ? S4 : S3; S4: next_state (state_cnt 4d2) ? S5 : S4; S5: next_state S1; // 循环 default: next_state S0; endcase end // 3. 灯组控制 always (*) begin case(current_state) S0: begin // 全红灯 east_west 3b100; // 红黄绿100红灯亮 south_north 3b100; end S1: begin // 东西绿灯南北红灯 east_west 3b001; // 001绿灯亮 south_north 3b100; end S2: begin // 东西黄灯闪烁南北红灯 east_west clk_5Hz ? 3b010 : 3b000; // 5Hz闪烁 south_north 3b100; end S3: begin // 南北绿灯东西红灯 east_west 3b100; south_north 3b001; end S4: begin // 南北黄灯闪烁东西红灯 east_west 3b100; south_north clk_5Hz ? 3b010 : 3b000; end S5: begin // 跳转状态 east_west 3b100; south_north 3b100; end default: begin east_west 3b100; south_north 3b100; end endcase end endmodule2. 测试代码Testbenchtimescale 1ns / 1ps module tb_traffic_light; reg clk_1kHz; reg rst_n; wire [2:0] east_west; wire [2:0] south_north; // 实例化被测模块 traffic_light_controller uut( .clk_1kHz(clk_1kHz), .rst_n(rst_n), .east_west(east_west), .south_north(south_north) ); // 生成1kHz时钟 initial begin clk_1kHz 1b0; forever #500 clk_1kHz ~clk_1kHz; // 1kHz1ms周期 end // 复位与仿真控制 initial begin rst_n 1b0; #1000; rst_n 1b1; #20000; // 仿真20s覆盖2个完整周期 $finish; end endmodule3. 仿真结果说明在 Vivado 中运行仿真后可观察到状态跳转S0 (1s)→S1 (5s)→S2 (2s)→S3 (5s)→S4 (2s)→S1 循环灯组状态各状态下东 / 西、南 / 北的红 / 绿 / 黄灯亮灭符合题目要求黄灯闪烁S2/S4 状态下黄灯随 5Hz 时钟交替亮灭。四、总结本设计通过Multisim 硬件电路和Vivado Verilog 代码两种方式实现了交通灯时序控制Multisim 电路基于中规模芯片体现数电 “硬件逻辑” 设计思路Vivado 代码基于状态机更贴近现代数字系统的 “软件化” 设计方法。两种方案均满足题目要求的时序逻辑可直接用于课设仿真验证。