基于fpga的交通信号灯控制系统

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1、２０１２年５月１日现代电子技术Ｍａｙ２０１２第３５卷第９期ＭｏｄｅｒｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｉｑｕｅＶｏｌ．３５Ｎｏ．９基于ＦＰＧＡ的交通信号灯控制系统楚岩，汪海光，邵严（长安大学电子与控制工程学院，陕西西安７１００６４）摘要：为了解决传统交通灯控制系统常采用单片机或ＰＬＣ等控制芯片所具有的控制不精确、系统外围电路复杂、程序修改不灵活、成本偏高等缺点，利用ＶＨＤＬ硬件描述语言，通过ＱｕａｒｔｕｓⅡ软件和以ＣｙｃｌｏｎｅⅡ系列ＦＰＧＡ为核心的开发板，完成交通信号灯控制系统的设计。该系统具有电路简单、可靠性强、运算速度高、参数易修改等特点。通过软件进行仿真，并在ＫＸ＿７Ｃ５ＴＰ型开发

2、板下载模拟，结果表明系统工作正常，控制器能完成预定的设计要求。关键词：交通信号灯控制系统；ＶＨＤＬ；ＥＤＡ；ＦＰＧＡ中图分类号：ＴＮ９１１．７－３４文献标识码：Ａ文章编号：１００４－３７３Ｘ（２０１２）０９－０１８４－０３ＴｒａｆｆｉｃｌｉｇｈｔｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡＣＨＵＹａｎ，ＷＡＮＧＨａｉ－ｇｕａｎｇ，ＳＨＡＯＹａｎ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ＆ＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｃｈａｎｇ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｓｕｃｈａｓｉｎａｃｃ

3、ｕｒａｔｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｃｏｍｐｌｅｘｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｃｉｒｃｕｉｔｓ，ｉｎｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｏｇｒａｍｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈｃｏｓｔｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｔｒａｆｆｉｃｌｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓｗｈｉｃｈａｄｏｐｔＰＬＣｏｒｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒａｓａｃｏｎｔｒｏｌｃｈｉｐ，ａｔｒａｆｆｉｃｌｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈＶＨＤＬｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｌａｎｇｕａｇｅ，ＱｕａｒｔｕｓＩＩｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄＦＰＧＡｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｂｏａｒｄｂａｓｅｄｏｎＣｙｃｌ

4、ｏｎｅＩＩ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓａｓｉｍｐｌｅｃｉｒｃｕｉｔ，ｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｈｉｇｈｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｐｅｅｄ，ｅａｓｙｔｏｍｏｄｉｆｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｓｏｏｎ．ＴｈｅｐｒｏｇｒａｍｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｒａｎｉｎＫＸ＿７ＣＴＰｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｂｏａｒｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗｏｒｋｓｓｍｏｏｔｈｌｙａｎｄｍｅｅｔｓａｌｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｆｆｉｃｌｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ；ＶＨＤＬ；ＥＤＡ；ＦＰＧＡ０引言１设计要求１．１应用背景随着社会经济的高速发展

5、，由车辆大幅增加而带来有一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交的交通问题日趋严重。因此，作为交通监管系统的重要叉路口，主干道为东西向，支干道为南北向。为确保车组成部分，交通信号灯在协调人、车、路的关系时发挥着辆安全、迅速地通行，在交叉道口的每个入口处设置了巨大的作用。红、绿、黄３色信号灯及左转向灯，如图１所示。ＥＤＡ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｓｉｇｎＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，电子设计自动化）是依靠功能强大的计算机，对以硬件描述语言ＨＤＬ（ＨａｒｄｗａｒｅＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎＬａｎｇｕａｇｅ）为系统逻辑描述手段完成的设计文件加以处理，自动实现既定的电子［１－２］线路系统功能的一种技术。利用Ｅ

6、ＤＡ技术进行电子系统设计的最终目标是完成专用集成电路ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）的设计和实现。ＡＳＩＣ作为最终的物理平台，集中容纳了用户通过ＥＤＡ技术将电子应用系统的既定功能和技术指标具体图１交通信号灯示意图实现的硬件实体。现场可编程门阵列ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ１．２要求ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）是实现这一途径的主流器（１）主干道绿灯亮时，支干道红灯亮，反之亦然，两件，其特点是具有极大的灵活性和通用性，开发效率高，［３］者交替允许通行。主干道每次放行４０ｓ，支干道每次放成本低，技术维护简单，工作可靠性好。行３０ｓ。每次

7、绿灯亮，前１０ｓ为左转灯亮，后５ｓ为黄收稿日期：２０１１－１２－１０灯亮。余下为直行灯亮。第９期楚岩，等：基于ＦＰＧＡ的交通信号灯控制系统１８５（２）能实现正常的倒计时显示功能。新开始计数。下面是主控制器的ＶＨＤＬ文件。其中（３）能实现总体清零功能：计数器由初始状态开始ｃｌｋ和ｒｓｔ是时钟和复位信号，ｓｔａｔｅ表示当前状态，计数，对应状态的指示灯亮。ｓｅｇ７ａ、ｓｅｇ７ｂ分别表示主、支干道倒计时时间，ｔｅｍｐ为［６］内置