基于fpga的交通灯设计

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1、目录引言第一章绪论11.1交通灯现状与发展11.2FPGA/CPLD技术介绍11.3交通灯的简介31.4本文的研究出发点和基本内容31.5本章小结4第二章总体方案设计52.1设计任务与要求52.2交通灯的组成方框图52.3基本工作原理52.4本章小结5第三章单元电路设计方法73.1时钟脉冲发生电路（即分频电路）73.2计数秒数电路73.3倒计时显示电路73.4红绿灯信号控制电路83.5红绿交通灯控制器顶层电路设计83.6本章小结9第四章基于FPGA/CPLD的十字路口交通灯的设计104.1VHDL

2、程序设计104.1.1clk_gen时钟发生电路(即分频电路)104.1.2traffic_mux计数秒数选择电路124.1.3count_down倒计时控制电路144.1.4traffic_fsm红绿灯信号电路174.2芯片设置、编译、管脚设置224.3仿真254.3下载实验294.4本章小结30第五章系统测试315.1硬件测试315.2软件测试315.3本章小结32第六章结论与展望33参考文献34致谢3535引言随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已

3、成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据检测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况

4、必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限制利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。为此，设计了交通灯控制系统[13]。社会不断进步，技术也在不断的发展。在当今的信息技术时代，交通灯控制系统的实现可以有多种途径，可以用标准逻辑器件、可编程程序控制器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功能修改及系统调

5、试的困难[14]。因此，在设计中应用EDA技术，应用目前广泛应用的VHDL硬件电路描述语言，实现交通灯系统控制器的设计，利用MAXPLUSⅡ集成开发环境进行综合、仿真，并下载到CPLD可编程逻辑器件中，完成系统的控制作用。35基于FPGA/CPLD的十字路口交通灯控制第一章绪论1.1交通灯现状与发展近年来,随着我国经济的发展,城市的交通拥挤问题日趋严重,因此提高城市路网的通行能力、实现道路交通的科学化管理迫在眉睫。传统的十字路口交通控制灯,通常的做法是：事先经过车辆流量的调查,运用统计的方法将两个

6、方向红绿灯的延时预先设置好。然而,实际上车辆流量的变化往往是不确定的,有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案,仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆,而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的,统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状,更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯[12]。目前,有多种对十字路口交通灯的改良设计,有一种用PLC对道路十字路口交通灯作自适应模糊控制的方法,较好地解决了车辆流量不均

7、衡、不稳定的问题。因此,十字路口交通灯控制的设计还存在非常广阔的前景。目前设计交通灯的方案有很多，有应用CPLD设计实现交通信号灯控制器方法;有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计;有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。目前，国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1.只能够进行自动控制，无法根据实际情况进行比较人性化的操作。2．两车

8、道的车辆轮流放行时间相同，在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。3．两条干道的红绿时间不能随时间的改变而修改。1.2FPGA/CPLD技术介绍当今社会是数字化社会，是数字集成电路广泛应用的社会。数字集成电路本身在不断地进行更新换代，它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路发展到超大规模集成电路以及许多具有特定功能的专用集成电路[4]35基于FPGA/CPLD的十字路口交通灯控制。但是，随着微电子技术的发展，设计