4.用狀態機設計交通燈控制器，設計要求：A路和B路，每路都有紅、黃、綠三種燈，持續時間為：紅燈45s，黃燈5s，綠燈40秒。

A路和B路燈的狀態轉換是：

（1） A紅，B綠（持續時間40s）；

（2） A紅，B黃（持續時間5s）；

（1） A綠，B紅（持續時間40s）；

（1） A綠，B黃（持續時間5s）；

4.1設計思路：

由題知共4個狀態，每個狀態及其輸出持續的時間分別為40s或5秒。故設計一個模為90的計數器，分4段，對應每個狀態持續的

時間，然後順序迴圈。

4.2兩路交通燈控制電路原始碼如下：

 1 //triffic lights
 2 //ex8_4
 3 //2020-10-14
 
 4 //by YongFengXie
 5 module ex8_4(clk,rst_n,lights);
 6 input clk;
 7 input rst_n;
 8 output reg [5:0] lights; //A and B light
 9 
10 reg [6:0] cnt;  // counter 90
11 reg [3:0] state;
12 
13 parameter s0=4'b0001,s1=4'b0010,s2=4'b0100,
14           s3=4'b1000;
15 
16 always @(posedge clk or negedge rst_n)
17 begin
18   if
 
(!rst_n)
19     cnt<=7'd0;
20   else if(cnt<7'd90)
21     cnt<=cnt+1'b1;
22   else
23     cnt<=7'd0;
24 end
25 
26 always @(posedge clk or negedge rst_n)
27 begin
28   if(!rst_n)
29     begin
30       state<=s0;
31       lights<=6'b100_001;
32     end
33   else if(cnt<7'd40)
34     begin
35
 
       state<=s0;
36       lights<=6'b100_001;  //RYG(A)_RYG(B)
37     end
38   else if(cnt>7'd39 &&cnt<7'd45)
39     begin
40       state<=s1;
41       lights<=6'b100_010;  //RYG(A)_RYG(B)
42     end
43   else if(cnt>7'd44 && cnt<7'd85)
44     begin
45       state<=s2;
46       lights<=6'b001_100;  //RYG(A)_RYG(B)
47     end
48   else 
49     begin
50       state<=s3;
51       lights<=6'b001_010;  //RYG(A)_RYG(B)
52     end
53 end
54 
55 endmodule

4.3交通燈控制器的測試程式碼：

 1 //ex8_4 testbench
 2 //2020-10-14
 3 //by YongFengXie
 4 `timescale 1ns/1ns
 5 module ex8_4tb;
 6 reg clk;
 7 reg rst_n;
 8 wire [5:0] lights;
 9 
10 ex8_4 ub(clk,rst_n,lights);
11 
12 initial begin
13           clk=1'b0;
14           rst_n=1'b0;
15           #20 rst_n=1'b1;
16           #1000 $stop;
17         end
18 
19 always #5 clk=~clk;
20 
21 endmodule 

4.4交通燈控制器的模擬結果如圖ex8_4_1所示：

圖ex8_4_1交通燈控制器模擬結果

4.5 總結：交通燈控制器這個電路的狀態轉換挺簡單，題目裡已經詳細列出。難在每種狀態持續時間不一樣，這是跟前面的序列檢測不同的地 方。按照上述設計，在Quartus裡未生成狀態轉換圖，模擬和DE2-115上皆可驗證正確。期待更好的解法。