基于FPGA的交通灯控制系统的设计

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1、基于FPGA的交通灯控制系统的设计张海霞（吉首大学物理科学与信息工程学院，湖南吉首416000）摘要传统交通灯控制器多数由单片机或PLC实现，而基于FPGA设计的交通灯控制系统电路简单、可靠性好。在EDA技术的基础上，利用FPGA的相关知识设计了交通灯控制系统，可以根据实际情况对灯亮时间进行自由调整。整个设计系统通过Max+PlusⅡ软件进行了模拟仿真，并下载到FPGA器件中进行硬件的调试，验证了设计的交通信号灯控制电路完全可以实现预定的功能，具有一定的实用性。关键词：FPGA；VHDL；MAX+PLUSII；交通灯控制器FPGA-basedtrafficlightcontro

2、lsystemZhangHaixia(CollegeofPhysicsScienceandInformationEngineering,JishouUniversity,Jishou,Hunan416000)AbstractMostofthetraditionaltrafficlightcontrollerrealizedbyamicrocontrollerorPLC,whiletheFPGA-baseddesignoftrafficlightcontrolsystemissimpleandreliability.InEDAtechnology,basedonknowledge

3、ofdesignusingFPGA'strafficlightcontrolsystem,accordingtotheactualsituationonthelightsforfreetoadjustthetime.ThewholedesignsystemthroughtheMax+PlusⅡsoftwarewassimulated,anddownloadedtotheFPGAhardwaredebuggingdevice,validationofthedesignoftrafficlightcontrolcircuitcanachievetheexpectedfunction

4、,hasacertainpracticality.Keywords:FPGA;VHDL;MAX+PLUSll;TrafficLightController17目录引言1第一章系统设计任务及方案选择论证21.1系统设计任务21.2方案选择与论证2第二章器件选择及简介32.1EDA技术简介32.2FPGA芯片简介32.3VHDL语言简介42.4开发工具MAX+PLUSll的介绍5第三章系统主要功能模块的构成及仿真分析63.1系统总方框图63.2系统构成73.3设计分析83.4主要功能模块仿真分析93.4.15s倒计时单元电路分析及仿真103.4.225s倒计时单元电路分析及仿真10

5、3.4.345s倒计时单元电路分析及仿真113.4.4交通灯控制单元电路分析及仿真113.4.5显示控制单元电路分析及仿真123.4.6译码器控制电路分析及仿真133.4.7交通控制器系统仿真及分析13第四章系统硬件设计及调试15第五章结束语175.1本文完成的内容和成果175.2个人收获和未来展望17参考文献………………………………………………………………………………………………18附录…………………………………………………………………………………………………….1917基于FPGA的交通灯控制系统的设计引言引言随着我国经济的快速发展，车辆拥有量也随之急剧增加，再加上人口数量

6、的膨胀，城市的交通拥挤问题变得日益突出。如何使交通灯的控制更加合理，使现有的交通资源发挥更大的效益，已经成为城市管理者和科技工作者共同关心的问题[5]。为此，我设计开发了一个交通灯控制系统，该系统主要利用可编程逻辑器件FPGA来实现，通过外部输入可方便地设定交通灯的延迟时间，使交通灯控制数字电路设计得到了优化，提高了系统的灵活性、可靠性和可扩展性。该系统可以较好地缓解交通压力，并可实现对突发事件进行紧急处理。可编程器件的广泛应用，为数字系统的设计带来了极大的灵活性。由于可编程器件可以通过软件编程对硬件的结构和工作方式进行重构，使得硬件的设计可以如同软件设计那样快捷方便。由于高速

7、发展的FPGA/CPLD兼有串、并行工作方式和高速、高可靠性的特点，在电子系统设计中得到了广泛应用[7]。通常使用硬件描述语言（HardwareDescriPtionLan－guage，HDL）进行数字电子系统设计。目前应用广泛的硬件描述语言有：VHDL语言，VerilogHDL语言，AHDL语言。VHDL语言由于具有强大的行为描述能力和丰富的仿真语句从而成为系统设计领域最佳的硬件描述语言[8]。鉴于如上所述，本系统使用VHDL语言进行设计，采用自上向下的设计方法。目标器件选用FPGA器件1