基于FPGA交通信号灯控制器的设计与实现毕业设计Word文档下载推荐.docx

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3主干道的绿灯时间为20s，支干道的绿灯时间为10s；

4在任意时间，显示每个状态开始到结束所需要的时间。

由此可以得出交通信号灯A，B，C，D的4种状态，如表1所示。

表1交通信号灯的4种状态

交通信号灯

A

B

C

D

主干道的交通灯

绿（20s）

黄（4s）

红（10s）

红（4s）

支干道的交通灯

红

绿

黄

主要参考资料：

【1】张洪润.FPGA/CPLD应用设计200例（上册）[M].北京：

北京航空航天大学出版社，2009.

【2】潘松.EDA技术实用教程（第三版）[M].北京：

科学出版社，2006.

完成期限：

2009年11月到2010年6月

指导教师签章：

专业负责人签章：

2009年11月6日

诚信承诺

本人__________声明，本论文及其研究工作是由本人在导师指导下独立完成，论文所利用的一切资料均符合论文著作要求，且在参考文献中列出。

作者签字：

年月日

摘要

近年来，随着社会上特别是城市中机动车保有量的不断增加，在现代城市的日常运行控制中，车辆的交通控制越来越重要。

在十字交叉路口，越来越多的使用红绿灯进行交通指挥和管理[1]。

本课题以FPGA硬件描述语言为设计手段，完成了交通信号灯控制电路的开发，其中交通信号灯控制电路的开发目的是设计一个适用于主、支干道十字交叉路口的红黄绿交通灯的控制系统，通过合理设计系统功能，使红黄绿的转换有一个准确的时间间隔和转换顺序，当然这就需要一个自动和安全的系统对红、黄、绿灯的转换进行控制。

本课题所设计的交通信号灯控制电路经过在QuartusII软件下进行模拟仿真，观察其波形，并通过将程序下载到目标FPGA器件，进行硬件的调试验证，证明所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：

控制电路；

信号灯；

FPGA；

软件设计；

QuartusII

ABSTRACT

Inrecentyears,withtheincreaseofVehicleinventoryinsocietyespeciallyincity,thetrafficcontrolofthevehiclebecomemoreandmoreimportantwiththedevelopmentofsociety.Incrossfourcorners,moreandmoretrafficlightsareusedtodirectandmanagethetraffic.

ThissubjecttakeFPGAhardwaredescriptionlanguageasdesignmethodanditcompletedthestreet-trafficcontrollightscontrolcircuit'

sdevelopment,andthemaingoalofthedevelopmentofthestreet-trafficcontrollightscontrolcircuitistodesignacontrolsystem,whichcanbeusedinbothmainroadandsecondroad'

scrossfourcorners.Throughreasonabledesignthesystemfunction,Enablestheredolivinethetransformationtohaveanaccuratetime-gapandthetransformationorder.Certainlythisneedsoneautomaticandthesafesystemtored,yellow,greenlight'

stransformationcarriesonthecontrol.

Thispaperwhichdesignsthetraffic-lights'

controlcircuitisAnalogsimulatedbytheQuartusIISoftware,observatetheprofile,andthendownloadtheproceduretotheFPGAcomponent.Toprovethedesignsofthetraffic-lights'

controlcircuitcanrealizethepredeterminedfunction,what'

smore,thisdesignmayalsobecertainusabilitythroughthehardwaredebuggingconfirmmation.

Keywords：

Controlcircuit；

Signallight；

Softwaredesign；

1课题研究背景及意义

1.1课题的发展进程

随着社会经济的发展，交通问题越来越引起人们的关注。

人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。

交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代交通监控指挥系统中最重要的组成部分[1]。

今天，红绿灯安装在各个道路口上，已成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。

但这一技术在19世纪就出现了。

1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。

这是世界上最早的交通信号灯。

1868年，英国机械工程师那伊特在伦敦威斯敏思特区议会大厦的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。

它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。

1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。

1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。

这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的高塔上。

红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。

1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。

带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近，红灯变为绿灯；

另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇到红灯时按一下喇叭，就使红灯变为绿灯。

红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。

红外光束就能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。

信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。

1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义做了规定。

绿灯时通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。

左右转弯车辆都必须让合法的正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。

红灯是禁止信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。

黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口[2]。

1.2课题的选题背景

1.2.1课题相关技术的发展

当今电子产品正向功能多元化,体积最小化,功耗最低化的方向发展。

它与传统的电子产品在设计上的显著区别师大量使用大规模可编程逻辑器件，使产品的性能提高，体积缩小，功耗降低.同时广泛运用现代计算机技术，提高产品的自动化程度和竞争力，缩短研发周期。

EDA技术正是为了适应现代电子技术的要求，吸收众多学科最新科技成果而形成的一门新技术。

美国ALTERA公司的可编程逻辑器件采用全新的结构和先进的技术，加上MaxplusII（或最新的QUARTUS）开发环境，更具有高性能，开发周期短等特点，十分方便进行电子产品的开发和设计。

EDA技术，技术以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译，逻辑化简，逻辑分割，逻辑映射，编程下载等工作。

最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。

本设计利用VHDL硬件描述语言结合可编程逻辑器件进行的，并通过数码管动态显示计时结果。

交通信号灯可以由各种技术实现，如单片机的汇编语言，PLC.利用可编程逻辑器件具有其他方式没有的特点，它具有易学，方便，新颖，有趣，直观，设计与实验项目成功率高，理论与实践结合紧密，体积小，容量大，I/O口丰富，易编程和加密等特点，并且它还具有开放的界面，丰富的设计库，模块化的工具以及LPM定制等优良性能，应用非常方便。

因此，本设计采用可编程逻辑器件实现。

VHDL语言具有很强的电路描述和建模能力，能从多个层次对数字系统进行建模和描述，从而大大简化了硬件设计任务，提高了设计效率和可靠性，VHDL是一种全方位的硬件描述语言，具有极强的描述能力，能支持系统行为级、寄存器传输级和逻辑门级三个不同层次的设计；

支持结构、数据流、行为三种描述形式的混合描述、覆盖面广、抽象能力强，因此在实际应用中越来越广泛。

ASIC是专用的系统集成电路，是一种带有逻辑处理的加速处理器。

而FPGA是特殊的ASIC芯片，与其他的ASIC芯片相比，它具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检测等优点。

交通信号灯控制系统是一个典型的纯数字系统，传统的设计方法基于中、小规模集成电路进行，电路复杂、故障率高、可靠性低。

利用EDA技术采用超大规模可编程

器件FPGA/CPLD实现，可降低设计成本，缩短设计周期，保证设计过程的正确性，为数字系统的设计带来了极大的灵活性。

交通信号灯的设计给交通生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了信号灯的各种显示功能。

因此，研究交通信号灯控制器的设计，有着非常现实的意义。

1.2.2课题研究的必要性

随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等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，最大限度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，笔者进行了深入的研究，利用FPGA技术及由QuartusⅡ软件编写VHDL语言源程序，硬件测试时通过ALTERA公司的Cyclone系列的EP1C12Q240C8芯片来实现，设计了一个交通灯系统，实现简单的交通灯的管理