利用FPGA进行交通信号灯控制系统的设计.docx

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1、利用FPGA进行交通信号灯控制系统的设计随着社会经济的高速发展，由车辆大幅增加而带来的交通问题口趋严重。因此，作为交通监管系统的重要组成部分，交通信号灯在协调人、车、路的关系时发挥着巨大的作用。ED(E1ectronicDesignAutomation,曳E设计自动化)是依靠功能强大的计算机，对以硬件描述语言HD1(HarC1WareDescription1anguage)为系统逻辑描述手段完成的设计文件加以处理，自动实现既定的电子线路系统功能的一种技术。利用EDA技术进行电子系统设计的最终目标是完成专用集成电路ASIC(APPIiCaonSpecificIntegratedCirCUit)的

2、设计和实现。ASIC作为西的物理平台，集中容纳了用声通过EDA技术将电子应用系统的既定功能和技术指标具体实现的硬件实体。现场可编程门阵列FPGA(FieIdProgrammahieGateArray)是实现这一途径的主流器件，其特点是具有极大的灵活性和通用性，开发效率高，成本低，技术维护简单，工作可靠性好。1设计要求1.1应用背景有一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，主干道为东西向，支干道为南北向。为确保车辆安全、迅速地通行，在交叉道口的每个入口处设置了红、绿、黄3色信号灯及左转向灯，如图1所示。主干道转左绿红黄图1交通目号小索金的.1.2要求(1)主干道绿灯亮时，支干道红灯亮，反

3、之亦然，两者交替允许通行。主干道每次放行40s,支干道每次放行30S0每次绿灯亮，前10S为左转灯亮，后5s为黄灯亮。余下为直行灯亮。(2)能实现正常的倒计时显示功能。(3)能实现总体清零功能：计数器由初始状态开始计数，对应状态的指示灯亮。2系统状态分析对设计要求进行分析可知，主、支干道交通灯变化顺序应如图2所示。状态转换如表1所示。衰I状态转犊衰状态上干迎J1-fit时的/5H缘红黄左峥蛾红SOI00O0O1OIOS10I0000I025S200010O1OSS30O10100010S4O0IOO115SS0OiOOQa3系统结构设计根据要求，系统结构图设计如图3所示。时针脉冲由分频器对晶振

4、脉冲进行分频产生。主控制器接收时钟信号,并据此进行状态转换，同时输出各状态的时间。信号灯控制器根据主控制器产生的状态量对主、支干道信号灯进行控制。由于主控制器输出的时间信号为实数类型，因此还需设计分位器将其转换为两组BCD码分别送至数码管显示。ffi3系统结构比4VHD1设计实现为便于系统实现，采用VHD1语言对各个模块进行设计。主控制器为一计数器，输入信号为秒脉冲，以70为一个周期，计数到1后，在下一个时钟信号来到时，计数器复位，开始下一轮计数，如此往复。系统复位信号reset可使计数器从任意状态复位至状态S0,并重新开始计数。下面是主控制器的VHI)1文件。其中CIk和1t是时钟和复位信号

5、，State表示当前状态，seg7aseg7b分别表示主、支干道倒计时时间，temp为内置变量。1ibrarycec-引用库一一状态控制一一主干道倒计时一一支干道倒计时useieee.std11ogic.H64.a11useieee.St1IOgiC.unsigned，a1hentitymainisport(e1k：instdOgiCJrst：instd-1ogicstate：outintegerrangeOto5jseg7a：outintegerrangeOto40seg7b：outintegerrangeOto40)endmain；architectureoneofmainisbeginp

6、rocess(rstc1k)variab1etemp：integerrange0to70；beginifrst1O,thentemp=70；sute60thenStateV=OSseg7a=temp-351seg7b35thenstate=1；seg7a=temp-351seg7b30thenStateV=2,seg7a=temp-30?seg7b20thenstatc=3scg7a=temp5thenStateV=4,seg7a1thenstate=5seg7a=tempiseg7bV=tempttemp=temp-1$e1sestate=5seg7a=tempiseg7b=itemp；te

7、mp：=70endifendifendifendif,endiftendif；endifendif,endprocessIendoneI5结果仿真通过迪迪H软件将各模块连接，进行编译、仿真，各模块可正常工作。分配引脚后，将配置文件上载至KX7C5TP型FPGA开发板，系统运行正常，验证了整个设计的正确性，仿真结果如图4,图5所示。S4主控制X仿真图,1wcn-w*(5J-u(sC-B*U)-M()MC0)QOy处9上a16结语从上述设计可以看出，利用FPGA进行交通信号灯控制系统的设计,使得设计者的工作仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言和EDA软件来完成对系统硬件功能的设计，这不仅提高了设计的灵活性，也便于设计者对信号灯的定周控制时间进行修改。