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第32卷第2期电气电子教学学报Vol.32No.22010年4月JOURNALOFEEEApr.2010基于FPGA的多功能交通信号控制器设计汪小会,高卫东(解放军电子工程学院,安徽合肥230037)摘要:本文介绍了基于FPGA的多功能交通信号控制器的设计,该控制器不仅有指示灯信号以及每个指示灯的倒计时的秒数显示,还完成了每方向绿灯最后几秒信号灯闪动及智能化设计思想。该课题较多地综合数字逻辑电路知识,把它作为可编程器件开发的教学实验课题有实用性和趣味性,进一步提高了数字逻辑电路和可编程器件应用的实验教学水平。关键词:数字电技术;FPGA;交通控制器中图分类号:TP368.1文献标识码:B文章编号:1008-0686(2010)02-0061-03TheDesignoftheMult-ifunctionalTrafficSignalControllerBasedonFPGAWANGXiao-hui,GAOWe-idong(ElectronicEngineeringInstituteofthePLA,Hefei230037,China)Abstract:Thedesignofmult-ifunctionaltrafficsignalcontrollerbasedonFPGAispresentedinthispaper.Thecontrollerhasbuilt-inpilotlampsignalandthelampcandisplaythecount-downtimeinsecond.Itisalsointelligentlydesignedtoflashthepilotlampinthelastfewsecondsofthegreenlightineachdirec-tion.Thereisplentyofcomprehensivedigitallogiccircuitknowledgeinvolvedintheproject.Itcanbeusedasateachingmaterialtodevelopaprogrammablelogicdeviceduetoitspracticalandinterestnature.Itwillbringtheteachingandexperimentofdigitlogiccircuitandprogrammablelogicdevicetoanewlevel.Keywords:digitalelectronictechnigue;FPGA;trafficcontroller超大规模可编程逻辑器件的应用促进了数字电亮,且亮35秒,随后A向绿灯转黄灯(AY)亮5秒、子技术应用的发展。我们尝试将数字电子技术实验此期间B向红灯继续亮;此后,便转为B向通行,A与可编程逻辑器件FPGA应用相结合,设计了多功向阻行则和上述过程相反,B向绿灯(BG)亮、同时能交通信号控制器实验。该实验设计方案用FPGAA向红灯(AR)亮,且亮35秒,最后B向黄灯(BY)[1]器件实现,采用图形输入方式,由数字电子技术课亮5秒,此期间A向红灯继续亮;后又再度转成A程介绍的模块构成。向通行而B阻行,如此重复。每个方向绿灯点亮的最后3秒按亮(0.5秒)-1任务要求灭(0.5秒)-亮-灭-亮-灭方式运行。各向绿灯、黄灯多功能交通信号控制器实验设计为一个A向和红灯倒计时秒数动态数码管显示。与B向十字交叉路口交通控制器,每一方向设置2电路设计方案绿、黄、红色指示灯。在正常情况下,若A向通行,B[2]向阻行则A向绿灯(AG)亮、同时,B向红灯(BR)也本课题在FPGA的开发环境QuartusÒ中进收稿日期:2009-07-15;修回日期:2010-02-05第一作者:汪小会(1963-),男,高级工程师,主要从事电子系统设计与测试教学和研究工作,E-mail:wxhhf@ah163.com 62电气电子教学学报第32卷[4]行,使用逻辑符号设计方式。由于QuartusÒ的基八十进制计数器可用74161构成的十六进制[4]本元件库几乎包含所有基本数字逻辑功能器件和参计数器与7490五进制计数器级联组成。将74161数化功能模块。这些参数化功能模块的输入、输出进位输出RCO作为7490第二时钟端CLKB的输以及各种控制方式都可由用户设定,比如存储器的入,图3中的CP端接入1Hz脉冲信号。字长和字数等。学生掌握这些资源的应用,便能够3)指示灯和A向倒计时电路实现自主设计。图4所示的ROM1和ROM2两块ROM设置1)电路实现方案成256@8模式,即八位地址和八位输出,两块ROM交通信号控制器实际上是一个循环周期(80地址位是八十进制计数器输出。ROM1输出是指秒)内如何控制显示的装置。该装置包括模块电路示灯状态,为了使绿灯亮时后3秒闪动,设置L7和有:¹一个八十进制计数器;º一个2kB的ROM作L3在AG和BG点亮最后3秒为1,以此控制秒脉为两个方向上六个指示灯变换电路;»A向上,一个冲(一秒内出现一次高电平和低电平)加至指示灯。倒计时秒数变换电路;六只七段数码管每两只组成L6和L2是AG和BG控制信号,ROM输出高至低[3]一组,分别动态显示绿、黄、红灯倒计时秒数的十(S7~S0)是指示灯倒计时秒数十位与个位BCD位与个位数字。¼B向上,设置与A向同样倒计时码,CP是秒脉冲。秒数变换和显示电路。装置还需加至各数码管公共极控制信号以及每个字段码信号;每向绿灯亮时最后3秒指示信号应为秒闪动信号,这样每秒就有一次亮与灭。图1是系统总体框图,图2是指示灯和A向指示灯倒计时秒数显示数码管示意图。图1系统总体框图图4指示灯和A向倒计时电路图4)控制动态显示数码管公共极信号电路由四位二进制计数器74161和3-8线变量译码器74138构成的六路序列信号产生器如图5所示。图2指示灯和A向指示灯倒计时秒数显示数码管示意图图5控制动态显示数码管公共极信号图六路序列信号控制显示倒计时秒数的共阳数码管公共极,但这六只数码管正常状态下只有两只管子显示一个指示灯的倒计时秒数的十位和个位数图3计数器组成图码,所以将控制指示灯信号(低电平有效)通过或非2)八十进制计数器电路门控制后作为倒计时秒数数码管的公共极信号。在 第2期汪小会,高卫东:基于FPGA的多功能交通信号控制器设计63图中cp00接200Hz以上脉冲信号,这样每个数码6)可调参数文件编写刷新频率就在25Hz以上,不会出现闪烁。Y0~Y5指示灯中的ROM1和ROM2可调参数文件编分别控制显示A向绿、黄、红指示灯倒计时秒数十写从略。位与个位数码管公共极。B向上也需同样的电路产对于低密度交通流量的情况,要求红绿灯时间生同样的功能,不再赘述。长度缩短的问题其解决办法是增加一个电子计时5)A向倒计时秒数的十位与个位BCD码电路器,将其输出信号作为一个ROM地址信号、编写一对显示倒计时秒数的十位和个位BCD码进行个单输出的文本文件(.mif),这个输出在高、低密度译码,产生所需的七段显示码信号的电路,如图6所交通流量时段为两个不同的值(0/1),把这个输出信示。显示十位数码时图3中74161QA=0,显示个号作为上述产生指示灯和倒计时秒数的ROM的一位数码时QA=1。因此将G(图3中QA)作为三态个地址端,当然参数文件也要作相应修改。选通信号决定是选十位数(S7~S4)还是个位数(S33结语~S0),这由图6中74244来完成。7447是低电平点亮字段的七段显示译码器。F0~F7接动态显示本课题的综合知识范围广,许多设计思想新颖,共阳数码管字段a~g及小数点位。作为教学实验课题十分现实。本课题采用原理图输[4]入法完成,部分模块还可采用硬件描述语言来做。如果从经济性考虑,本课题也可用单片机完成。参考文献:[1]李辉.PLD与数字系统设计[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005[2]黄正瑾.CPLD系统技术设计入门与应用[M].北京:电子工业出版社,2002[3]赵曙光.可编程逻辑器件原理、开发与应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2006[4]王今明.数字系统设计与VerilogHDL[M].北京:电子工业出图6A向倒计时秒数十位与个位BCD码分选图版社,2005(上接第60页何剑春等文)从各图中可以看出电机转速能够较好地跟随设结构不确定的复杂过程时,效果不是太好,会出现参定值,实现了PID控制的预期效果。不同基频下的控数整定困难和过渡过程时间长等问题,抗干扰能力制效果比较说明,PID控制效果受PWM基频影响,及鲁棒性也不理想。我们的进一步研究将侧重于实基频较高时振荡较小。不同参考轨迹下的控制效果现电机甚至复杂对象的预测控制和鲁棒控制策略,说明,基于SOPC技术的电机控制器能够适应变化较研究在具有非线性、多变量和不确定性等条件下快的预设轨迹,实现快速准确的系统自动控制。SOPC控制器的实现思路。4结语参考文献:[1]陈峰.基于DSP和CPLD的电机运动控制系统设计及控制算SOPC技术在控制领域的应用是一个新颖的课法的研究[D].南京:东南大学硕士学位论文,2006题。为适应当前电机调速系统要求,以一类直流电[2]李兰英.NiosII嵌入式软核SOPC设计原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006机对象为例,将SOPC技术引入完成调速控制,以增[3]江国强.SOPC技术与应用[M].北京:机械工业出版社,2006强调速性能,提高系统集成度和实时性,提高系统开[4]刘灿伟.基于ARM的直流电机调速系统的研究[D].北京:华北电力大学硕士学位论文,2007发的灵活性,缩短系统的研发周期和降低成本。[5]刘金琨.先进PID控制MATLAB仿真[M].北京:电子工业然而PID控制在非线性、时变、耦合及参数和出版社,2005
