基于fpga的交通灯控制器设计

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1、综合课程设计报告《基于FPGA的交通灯控制器设计》学院：通信与电子学院专业班级：电子科学与技术班姓名：学号:指导老师：摘要近年来，随着科技的飞速发展，FPGA的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，FPGA往往作为一个核心部件来使用，正在不断的应用到实际生活中，并且根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。交通灯控制器在城市交通监管中起着极其重要的作用。传统的交通灯控制器基本是通过单片机或者PLC实现。本文介绍基于FPGA技术和QuartusII开发平台实现十字路口交通灯控制器的的

2、一种方案，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。。利用VHDL硬件描述语言描述各模块程序，并在QuartusII环下进行编译、仿真，生成顶层文件后下载在FPGA器件FLEXEPF10K10LC84上进行验证。验证结果表明，设计基本实现了交通灯控制器所要求的控制过程，包括倒计时时间显示功能、特殊状态控制功能和主、支干道的红、黄、绿灯交替显示功能，表明本文所述的的设计方案正确。本文结合交通灯控制器的设计过程，简单介绍了硬件描述语言VHDL的结构模型和设计流程、VH

3、DL设计的优点及该语言在数字系统设计中的美好前景和重要地位。关键词：FPGA，交通灯控制器，QuartusⅡ，Verilog HDL 目录摘要1FPGA/CPLD概述12系统分析与总体方案32.1系统分析32.2设计的总体方案33硬件电路设计43.1分频器设计43.2状态控制电路设计43.3计数器设计53.4译码显示电路设计54ROBEI软件程序设计64.1扫描显示模块64.2状态转换模块74.3总体设计114.4测试文件125程序仿真与分析125.1仿真结果125.2仿真结果分析146心得体会16参考文献17附录181FPGA/

4、CPLD概述随着世界范围内城市化和机动化进程的加快，城市交通越来越成为一个全球化的问题。城市交通基础设施供给滞后于高速机动化增长需求，道路堵塞日趋加重，交通事故频繁，环境污染加剧等问题普遍存在。目前，全国大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象，交通事故频发，这给人民的生命财产安全带来了极大的损失。如何解决城市交通问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切呼声。探究城市交通发展中存在问题的原因，无论是从宏观上还是从微观上分析，其根本原因在于城市交通系统的管理机制不适应。城市交通控制系（UTC，UrbanTrafficC

5、ontrolSystem）是现代城市智能交通系统（IDJ，Intelligenttransportsystem）的组成之一，主要用于城市道路交通的控制与管理。城市平交路口实现交通信号控制是城市交通管理现代化的基本标志之一，是提高交通管理效能的重要技术手段。路口信号控制器是控制交叉路口交通信号的设备，它是交通信号控制的重要组成部分。各种交通控制方案，最终都要由路口信号控制器来实现。为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过,往往采用电子控制的交通信号来进行指挥。伴随着社会的发展以及人类生活水平的提高,汽车的数量在不断增加，EDA技

6、术的发展和应用领域也在不断的扩大与深入，机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域的重要性日益突出。利用EDA技术设计交通灯来完成这个需求就显的更加迫切，同样也是非常的实用和合理。FPGA(现场可编程门阵列)和CPLD（复杂可编程逻辑器件）都是可编程逻辑器件，他们是在PAL,GAL等逻辑器件的基础上发展起来的。同以往的PAL,GAL相比较FPGA/CPLD的规模比较大，它可以替代几十甚至几千块通用IC芯片。这样的FPGA/CPLD上就是一个子系统部件。这种芯片收到世界范围内电子工程设计人员的广泛关注和普遍欢

7、迎。比较典型的就是Altera公司和Xilinx公司的CPLD器件系列和FPGA器件系列，他们开发较早，占用了较大的PLD市场。FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，除了具有ASIC的特点外，还具有以下几个优点：11随着VLSI(超大集成电路)工艺的不断提高单一芯片内部可以容纳上百万个晶体管，FPGA/CPLD芯片的规模也越来越大，其单片逻辑门数已达上百万门，它所实现的功能也越来越强，同时也可以实现系统集成，即片上系统SOC。FPGA/CPLD芯片在出厂之前都做过百分之百的测试，不需要设计人员承担芯片风险和费用，设计人员只

8、需在自己的实验室就可以通过相关的软硬件环境来完成芯片的最终功能设计。所以，FPGA/CPLD的资金投入就少，减少了潜在的花费。用户可以反复的编程，擦除，使用或者在外围电路不动的情况下用不同软件就可实现不同的功能。FPGA/CPLD软件包中有各种输入