基于FPGA交通灯控制器设计

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1、引言随着城乡的经济发展，车辆的数量在迅速的增加，交通阻塞的问题已经严重影响了人们的出行。现在的社会是一个数字化程度相当高的社会，很多的系统设计师都愿意把自己的设计设计成集成电路芯片，芯片可以在实际中方便使用。随着EDA技术的发展，嵌入式通用及标准FPGA器件的呼之欲出，片上系统(SOC)已经近在咫尺。FPGA/CPLD以其不可替代的地位及伴随而来的极具知识经济特征的IP芯片产业的崛起，正越来越受到业内人士的密切关注。FPGA就是在这样的背景下诞生的，它在数字电路中的地位也越来越高，这样迅速的发展源于它的众多特点。交通等是保障交通道路畅通和安全的重要工具，而控制器是交通灯控制的主要部分，它可以通

2、过很多种方式来实现。在这许许多多的方法之中，使用FPGA和VHDL语言设计的交通灯控制器，比起其他的方法显得更加灵活、易于改动，并且它的设计周期性更加短。城市中的交通事故频繁发生，威胁着人们的生命健康和工作生活，交通阻塞问题在延迟出行时间的同时，还会造成更多的空气污染和噪声污染。在这种情况下，根据每个道路的实际情况来设置交通灯，使道路更加通畅，这对构建和谐畅通的城市交通有着十分重要的意义。..第一章软件介绍1.1QuartusⅡ介绍本次毕业设计是基于FPGA下的设计，FPGA是现场可编程门阵列，FPGA开发工具种类很多、智能化高、功能非常的强大。可编程QuartusⅡ是一个为逻辑器件编程提供编

3、程环境的软件，它能够支持VHDL、VerilogHDL语言的设计。在该软件环境下，设计者可以实现程序的编写、编译、仿真、图形设计、图形的仿真等许许多多的功能。在做交通灯控制器设计时选择的编程语言是VHDL语言。在这里简单的介绍一下QuartusⅡ的基本部分。图1-1-1是一幅启动界面的图片。在设计前需要对软件进行初步的了解，在图中已经明显的标出了每一部分的名称。图1-1-1启动界面开始设计前我们需要新建一个工程，首先要在启动界面上的菜单栏中找到File，单击它选择它下拉菜单中的“NewProjectWizard”时会出现图1-1-2所显示的对话框，把项目名称按照需要填好后单击Next，便会进入

4、图1-1-3显示的界面。..图1-1-2创建工程框图1-1-3芯片选择框根据自己选择的实验设备选择好相应的芯片型号点击Next,进入下一个步骤当出现图1-1-5时，点击“Finish”后这个工程就建立好了。..图1-1-4仿真器选择框图1-1-5对话框建好工程后开始进行设计，首先在图1-1-6中单击file后选择new,接着会出现图1-1-7，在交通灯控制器的设计中我们选择的是VHDLFile,当出现图1-1-8时就可以把编辑的程序敲入编辑器中。..图1-1-6工程建好后的界面图1-1-7新建文件类型选择框..图1-1-8程序编辑框在第一章中对QuartusⅡ软件的使用做一个简单介绍，设计中的

5、编译和仿真步骤在后面的几章中会做出介绍。第二章交通灯控制器设计的概述2.1控制器设计描述2.1.1设计任务要求设计交通灯控制器，分别在四个方向都安装红、黄、绿三种颜色的交通指示灯，红灯表示停止，绿灯表示通行，黄灯表示左转和直行将要禁止通行，四个方向分别还安装有倒计时的计时器。2.1.2设计要求东西方向和南北方向各有组指示灯，红灯亮的时间为20S,黄灯亮的时间为5S，绿灯亮的时间为25S。三种灯亮灭的顺序为红灯、绿灯、黄灯。第三章交通灯控制器的设计过程3.1设计方案本设计课题用FPGA来实现智能交通灯的设计，本设计现要研究的问题主要有：智能交通灯的设计方案；各功能模块的设计与实现；如何用VHDL

6、编写源程序以及进行系统仿真。3.1.1框图设计..交通灯控制器设计的框图中包括控制器、分频器、显示器、指示灯、译码器、位选器。当倒计时为零时，控制器改变交通灯的颜色，同时倒计时开始进入下一个倒计时。当有紧急情况出现的时候，四面的交通灯都会变为红灯，紧急情况的处理在设计中是依靠HOLD键来实现的。图3-1-1-1是交通灯设计的设计框图特殊情况计时器位选器显示器（东、西、南、北）译码器控制器指示灯图3-1-1-1交通灯设计的设计框图系统的红、黄、绿灯显示的总时间为50s，具体的亮灯时间和亮灯顺序看表3-1-1-2表3-1-1-2交通灯亮灯顺序与亮灯时间安排东西方向（A灯）A绿灯亮（20s）A黄灯亮

7、（21—25s）A红灯亮（26—50s）南北方向（B灯）B红灯亮（0—25s）B绿灯亮（26—45s）B黄灯亮（46—50s）3.1.2工程流程图创建一个新的工程创建VHDL语言文件保存输入的程序将程序输入文件中对程序进行编译，有错误的要进行修改、再编译，直至没有错对程序进行波形的仿真进行图形电路设计、保存、编译、波形仿真、管脚锁定进行硬件仿真图3-1-2工程流程图3.1.3时序图的假象在时序图中