红绿灯交通信号系统

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1、摘要本文采用VerilogHDL语言，自上向下完成了红绿灯交通信号系统的设计。设计过程中，利用QuartusII软件进行编译综合和时序仿真。红绿灯交通信号系统采用经典的三段式状态机描述。在实验要求的基础上，增加了对左拐、右拐的单独控制，具备急车强通、单一通道优先通行功能。时序仿真通过后，把程序下载到康芯FPGA开发系统进行验证，Device选择ACEX1kfamily中的EP1k30TC144-3，达到预想的效果。关键字：交通灯VerilogHDLQuartusII目录摘要2目录314第一篇红绿灯交通信号系统51.1交通灯控制系统的功能概述51.2设计基本要求51.2.1实验要求51.2.2实

2、验提示61.3设计方案61.4VerilogHDL程序设计81.4.1程序结构81.4.2程序模块实现81.5系统仿真与验证121.5.1系统时序仿真121.5.2FPGA实验系统验证1514第一章红绿灯交通信号系统1.1交通灯控制系统的功能概述交通灯控制系统主要是实现城市十字交叉路口红绿灯的控制。在现代化的大城市中，十字交叉路口越来越多，在每个交叉路口都需要使用红绿灯进行交通指挥和管理，红、黄、绿灯的转换要有一个准确的时间间隔和转换顺序．这就需要有一个安全、自动的系统对红、黄、绿灯的转换进行管理。同时，由于系统的自动控制往往难以满足交叉路口某些特殊的交通要求，所以，控制系统需要增加交警干预控

3、制的功能，如急车强通、单一通道优先通行等。交通灯系统的硬件电路包括：两组红黄绿灯（配合十字路口的双向指挥控制）、两组七段显示数码管（配合红黄绿灯倒计时显示）、一组手动与自动控制开关（针对交通警察指挥交通控制使用）。实现路口交通灯系统控制的方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了设计难度。采用EDA技术。应用VerilogHDL硬件电路描述语言实现交通灯系统控制器的设计，利用QuartusII集成开发环境进行综合、仿真，并下载到FPGA可编程逻辑器件中，完成系统的控制作用。1.2设计基本要求1

4、.2.1实验要求交通灯系统如图1.1，路口0和1均需要红、黄、绿三盏灯（用RYG分别表示），并且每个路口都需要一个倒数的计时器，绿灯每次维持的时间是20s，黄灯为5s，黄灯亮时应以一定的频率闪动。图1.1交通灯布局示意图交通灯系统大多是自动控制来指挥交通的，但有时需要由交警手动控制红绿灯，所以要求设计的该交通信号系统需要具有该功能。141.2.2实验提示先分析交通灯控制系统应包含的电路子模块，如分频器、倒数计数器、红绿灯信号控制电路，再对该交通灯控制系统中出现的状态以及状态转换的条件进行分析，利用FSM来进行设计，该实验中状态转换的过程为R0G1——>R0Y1——>R1G0——>R1Y0——>

5、R0G11.3设计方案十字路口的两组交通灯分别控制东西(A)和南北(B)两组通道的车流和人流。一般的交通灯系统包含有红黄绿三种颜色的灯。红灯表示禁行，绿灯表示通行，黄灯是绿灯向红灯的过渡。传统交通灯右拐不做控制，任何时刻都通行，但是，这往往与行人过马路冲突，酿造交通事故。本设计中，增加右拐控制，改进了传统交通灯的不足。同时，考虑到FPGA实验系统的硬件资源限制，本设计与实际的交通灯比较做出了某些调整，每一通道设置一组灯，分别为直行绿灯(GD)、直行红灯（RD）、左拐绿灯（GL）、右拐绿灯（GR）。图1.2交通灯设计布局示意图具体工作情况如下：直行绿灯（GD）亮：人车直行；直行绿灯（GD）闪烁：

6、绿灯向红灯过渡（黄灯功能）；直行红灯（RD）亮：人车直行禁止；左拐绿灯（GL）亮：车辆左拐通行；左拐绿灯（GL）闪烁：左拐绿灯由亮向灭过渡；左拐绿灯（GL）灭：车辆左拐禁行；右拐绿灯（GR）亮：车辆右拐通行；右拐绿灯（GR）闪烁：右拐绿灯由亮向灭过渡；14右拐绿灯（GR）灭：车辆右拐禁行；系统的状态转换流程如表1.1：其中，1表示相应的灯亮，0表示相应的灯灭，X表示相应的相应的灯闪烁。系统复位后，在这8个状态中不断的循环表1.1交通灯控制系统状态转换表状态编号指挥功能通道A通道B时间（s）GDARDAGLAGRAGDBRDBGLBGRB1A通道人车直行10000100202状态1向状态3过渡X

7、000010053A左拐、AB通道右拐01110101104状态3向状态5过渡01XX010X55B通道人车直行01001000206状态5向状态7过渡0100X00057B左拐、AB通道右拐01010111108状态7向状态8过渡010X01XX5图1.3交通灯控制系统状态转换图【急车强通功能】十字路口往往会出现急救车、消防车和警车等一些执行特殊任务，需要优先通过十字路口的车辆。本设计采用一个按