基于fga的交通灯控制器设计

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基于FPGA的多功能交通信号控制器设计

第32卷第2期2010年4月电气电子教学学报JO U RN A L O F EEEVol.32 No.2Apr.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)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:w xh hf@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:T P368.1文献标识码:B 文章编号:1008-0686(2010)02-0061-03The Design of the Mult-i functional Traffic Signal Controller Based on FPGAWANG Xiao -hui,GAO We-i dong(E lec tr onic Eng ineering I nstitute of the PL A ,H ef ei 230037,China)Abstract:The desig n of mult-i functional traffic signal co ntro ller based on FPGA is presented in this paper.The contro ller has built -in pilo t lamp sig nal and the lam p can display the count -dow n time in second.It is also intelligently desig ned to flash the pilot lamp in the last few seconds of the green lig ht in each dir ec -tion.T here is plenty o f comprehensive digital log ic circuit kno w ledge inv olved in the pr oject.It can be usedas a teaching mater ial to develop a prog ramm able logic device due to its practical and interest natur e.It w ill bring the teaching and ex periment of digit log ic circuit and prog ramm able lo gic device to a new level.Keywords:dig ital electr onic technig ue;FPGA;traffic co ntroller 超大规模可编程逻辑器件的应用促进了数字电子技术应用的发展。

FPGA下的交通路口红绿灯控制系统探讨

号变为低电平，这时检测脉冲信号的下降沿。当接收到有效的清零脉冲时，计数器立刻清零。
如此反复循环。直行方向ａ、ｂ、ｃ、ｄ方向和左转方向ａａ、ｂｂ、ｃｃ、ｄｄ信号相位分别对应一致。ＦＰＧＡ的交通路口红绿灯控制系统包含４８路输出信号和８路输入信号，以１Ｈｚ时钟脉
真设计。关键词：ＦＰＧＡ；交通路口；红绿灯控制系统
ＦＰＧＡ是一种重要的现场可编程门阵列，用户在对ＦＰＧＡ系统升
（２）左转方向控制系统的信号相位。当ａａ方向路口有行驶车辆，
Hale Waihona Puke ｃ方向和ａａ方向信号灯同时变为绿色，Ｒａ累加器开始计数，如果ａａ级或者改造时，只需要通过计算机直接更换和修改程序，有效缩短了ｃ系统设计和开发周期，提高了硬件设计的可靠性和灵活性。ＦＰＧＡ下方向行驶车辆结束，或者ａａ累加器计数到６时，ｃｃ方向和Ｒａ方向信的交通路口红绿灯控制系统克服了传统可编程器件控制系统的缺点，
检测通行车辆，通过采集图像传感器信号，进行数据处理，判决信号
期短、设计成本低、设计规模大、速度快、可靠性高等优点。ＦＰＧＡ阀值，一旦有车辆通过检测区域，及时发出响应脉冲信号。车辆检测主要由嵌入功能单元、嵌入式随机存储器ＲＡＭ、可编程输入输出单元、模块采用ｍａｔｌａｂ算法进行系统仿真设计，并且将每一帧像素信息存储内嵌式专用硬核、可编程逻辑单元和布局布线资源等组成】。ＦＰＧＡ在数据矩阵中，以二进制数据文件作为ＦＰＧＡ控制系统的输入激励，的硬件结构具有灵活的重构性，设计人员可采用ＶｅｒｉｌｏｇＨＤＬ、ＶＨＤＬ实时检测像素点。假设像素点个数为３７，在接收响应脉冲信号后，计等描述语言进行编程，对ＦＰＧＡ内部结构进行重组配置，组成不同硬数器进行控制技术，计数到３７后，启动下一个响应脉冲。累加器持件结构的电子系统，实现设计功能。续技术后，逐位累加处理每一帧信号，累加到３７后，将结果输入减法器，在时序控制计数状态下，减法器将寄存器的灰度累加值和当前帧累加值做差，然后输出到比较器，比较器通过比较门限值和差值，如果差值超过门限值，输出高脉冲信号，说明有车辆经过。

基于FPGA交通信号灯控制器的设计与实现毕业设计

题目基于FPGA 的交通灯控制器的设计与实现专业电子信息班级 1 学号 12 姓名张扬主要内容、基本要求、主要参考资料等：模拟十字路口交通信号灯的工作过程，利用交通灯模块上的两组红、黄、绿LED 发光二极管作为交通信号灯，设计一个交通信号灯控制器。

设计说明：有两条公路，一条是交通主干道，另一条是支干道。

在主干道和支干道的交叉路口上，设置了红、黄、绿灯，进行交通管理，如图1所示。

支干道主干道图 1 路口交通管理示意图基本要求如下：① 交通灯从绿变红时，有4s 黄灯亮的间隔时间；② 交通灯从红变绿是直接进行的，没有间隔时间；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。

毕业设计(论文)-基于eda技术的交通控制器的设计[管理资料]

本科毕业论文论文题目：基于EDA技术的交通控制器的设计学生姓名：学号：专业：电子信息科学与技术指导教师：学院：年月日本科毕业设计设计题目：基于EDA技术的交通控制器的设计学生姓名：学号：专业：电子信息科学与技术指导教师：学院：年月日毕业论文（设计）内容介绍目录中文摘要 (1)英文摘要 (1)一、引言 (2)二、交通控制器用到的理论知识 (2)(一) EDA 技术 (2)(二) VHDL语言 (4)(三) QUARTUS II (5)（四）硬件FPGA (7)三、交通控制器的设计 (9)（一）系统设计要求 (9)（二）系统设计方案 (10)（三）主要VHDL源程序析 (13)(四) 系统仿真 (18)(五) 设计总结 (18)四、参考文献 (19)五、附录 (20)基于EDA技术的交通控制器设计摘要：实现路口交通灯系统控制的方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器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设计难度。

采用EDA技术，应用VHDL 硬件电路描述语言实现交通灯系统控制器的设计，利用QUARTUS II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。

该灯控制逻辑逻辑可实现3种颜色灯的交替点亮、时间的倒计时，指挥车辆和行人安全通行[1]关键词：EDA; FPGA; 交通控制器中图分类号：B03Traffic controller design based on EDATechnologiesAbstract: A lot of devices, such as standard logic device, PLC(Programmable Logic Controller), single chip microcomputer, etc, can be used in the design of traffic light system. However,debugging and adjueting the circuits based on these devices require hardware supperts. In some sense it complicates the design procedure. In this article,VHDL is applied in designing the system and the logic functions is achieved by CPLD. The code is synthesized, simulated ang then downloaded into the CPLD by QUARTUS II. The control logic of the system can change the color of traffic lights alterbately and has the function of countdown, thus it can be command vehicles and people on the road.Keywords: EDA; FPGA; traffic controller一、引言城市交通是城市活动的重要组成部分,犹如人体的动脉,维系着整个城市的正常运转。

红绿灯交通灯控制器EDA设计

6.6 红绿灯交通灯控制器EDA设计6.6.1设计要求设计一个基于FPGA的红绿灯交通信号控制器。

假设某个十字路口是由一条主干道和一条次干道汇合而成，在每个方向设置红绿黄三种信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。

黄灯亮允许行驶中车辆有时间停靠到禁止线以外。

在自动控制模式时，主干道每次放行时间为35秒，次干道每次放行时间为15秒，主干道红灯次干道黄灯，主干道黄灯，次干道红灯持续时间为5秒。

其外部硬件电路方面包括：两组红绿灯（配合十字路口的双向指挥控制）、两级七段显示器（配合绿灯时倒计时显示）、一组手动与自动控制开关（针对交通警察指挥交通控制使用）。

6.6.2系统组成城市道路交叉口是城市道路网络的基本节点，也是网络交通流的瓶颈。

目前，大部分无控制交叉口都存在高峰小时车流混乱、车速缓慢、延误情况严重、事故多发、通行能力和服务水平低下等问题。

特别是随着城市车流量的快速增长，城市无控制道路交叉口的交通压力越来越大。

因此，做好基于EDA技术平台的交叉口信号控制设计是缓解交通阻塞、提高城市道路交叉口车辆通行效率的有效方法。

交通信号控制的目的是为城市道路交叉口(或交通网络)提供安全可靠和有效的交通流，通常最为常用的原则是车辆在交叉口的通过量最大或车辆在交叉口的延误最小。

按照“自顶向下”的层次化设计方法，整个系统可分为4个模块，系统时序发生电路，红绿灯计数时间选择模块，定时控制电路，红绿灯信号译码电路。

其系统组成方框图如图6-51所示：图6-51交通灯控制器系统组成方框图图6-54中，系统时序发生电路最主要的功能就是产生一些额外的输出信号，它们是为红绿灯信号译码电路提供的频率为250Hz的扫描信号，为定时控制电路提供的使能（enable）控制信号，为红绿灯信号译码电路提供的占空比为50%的秒闪烁信号；红绿灯计数时间选择模块是负责输出显示器需要的值（即倒数的秒数值），作为定时控制电路（count_down circuit）的到计数秒数，在该模块中可设置东西路口和南北路口的信号灯维持秒数；定时控制电路功能就是负责接收红绿灯计数时间选择模块输出的值（即倒数的秒数值），然后将其转换成BCD码，利用七段显示器显示出来，让行人能清楚地的知道再过多久就会变成红灯；红绿灯信号译码电路除了负责控制路口红绿灯的显示外，最主要的功能就是能够利用开关来切换手动与自动的模式，让交警能够通过外部输入的方式来控制红绿灯信号系统的运作，在红绿灯交通信号系统中，大多数的情况是通过自动控制的方式指挥交通的，但为了配合高峰时段，防止交通拥挤，有时还必须使用手动控制，即让交警自行指挥交通。

FGPA 交通灯设计

交通灯一，功能描述1. 当东西方向红灯时，南北方向绿灯通行。

2. 当东西方向黄灯时，南北方向绿灯通行。

3. 当东西方向绿灯时，东西方向通行，南北方向红灯禁止通行。

4. 南北方向同理，如此循环。

注:红灯30s,绿灯25s,黄灯5s。

二．输入输出信号描述信号名输入/输出功能描述CLK Input 时钟CLR Input 清零NS Output 南北方向交通灯状态ES Output 东西方向交通灯状态三顶层划分顶层模块说明：功能说明：State:保存本次的状态。

Next-state:保存下次的状态。

四设计思想说明：采用状态机的方法实现交通灯状态的改变。

程序代码：module triffic_light(CLK,CLR,NS,EW);input CLK,CLR;output[1:0] NS,EW;reg[1:0] NS,EW;parameter Red = 2'd0,Yellow = 2'd1,Green = 2'd2;parameter S0 = 2'd0,S1 = 2'd1,S2 = 2'd2,S3 = 2'd3;reg [1:0] state;reg [1:0] next_state;always @(posedge CLK)if(!CLR)state <= S0; elsestate <= next_state; always @(state)beginNS = Green;EW = Red;case(state)S0:beginNS = Green;EW = Red;endS1:beginNS = Yellow;EW = Red;endS2:beginNS = Red;EW = Green;endS3:beginNS = Red;EW = Yellow;endendcaseendalways @(state)begincase(state)S0:beginrepeat(25)@ (posedge CLK); next_state <= S1;endS1:beginrepeat(5)@ (posedge CLK); next_state <= S2;endS2:beginrepeat(25)@ (posedge CLK); next_state <= S3;endS3:beginrepeat(5)@ (posedge CLK); next_state <= S0;endendcaseendendmodule激励：module test;wire[1:0] NS,EW;reg CLK,CLR;triffic_light zz(CLK,CLR,NS,EW);initialbeginCLK =0;CLR= 1;#5 CLR=0;#5 CLR=1;endalways #5 CLK <=~CLK;endmodule。

交通灯控制器设计(可编辑

交通灯控制器设计(可编辑首先，交通灯控制器的设计需要考虑以下几个方面：1.交通流量：根据不同的道路状况和交通流量的变化，调整交通灯的控制策略，以确保道路能够承载更多的交通流量。

2.交通安全：通过合理的交通信号灯定时设计，可以减少交通事故的发生，提高交通安全性。

3.节能环保：在交通灯控制器设计中，应考虑合理的定时方案，使得交通信号灯的能耗最低，从而减少对能源的浪费，降低对环境的污染。

接下来，我们将详细介绍交通灯控制器的设计步骤：1.确定交通流量和道路状态：通过交通监测设备获取道路上的交通流量和道路状况，包括车辆数量、车速、道路拥堵程度等信息。

2.分析交通流量和道路状况：根据获取到的交通流量和道路状况信息，分析道路上交通流量的分布和变化规律，以及道路的拥堵状况。

3.设计交通信号灯的定时方案：根据分析结果，设计合理的交通信号灯的定时方案。

定时方案应考虑各个道路的交通流量、拥堵情况和交通安全等因素，以确保交通灯控制器能够更好地调控交通流量，提高道路的通行能力。

4.实施交通灯控制方案：将设计好的交通信号灯的定时方案实施到交通灯控制器上。

交通灯控制器通过控制交通信号灯的亮灭和变化，来指引车辆通行。

5.监测和优化交通灯控制方案：在实施交通灯控制方案后，需要不断监测交通流量的变化和道路状况，根据实时的交通情况，对交通灯控制方案进行调整和优化，以确保交通流畅和道路安全。

交通灯控制器的设计需要综合考虑多个因素，包括交通流量、道路状况和交通安全等。

只有通过科学合理的设计，才能够更好地实现道路交通的安全和顺畅。

同时，随着智能交通技术的不断发展，交通灯控制器也将更加智能化，通过数据分析和预测等方法，来优化交通流量调控方案，提高交通效率和节能环保程度。

基于fpga的交通信号控制器设计_本科论文

学号：常州大学毕业设计（论文）（2012届）题目基于FPGA的交通信号控制器设计学生学院专业班级校内指导教师专业技术职务校外指导老师专业技术职务二○一二年六月基于FPGA的交通信号控制器设计摘要：交通灯信号控制器是社会中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，联系比较复杂，而且会产生比较大的延迟、造成测量误差、可靠性差。

本论文给出了一个基于FPGA的交通信号控制器的设计，它是运用新兴的从上至下的电子设计方法取代传统的电子设计方案，用软件设计技术实现系统的功能，实现系统的集成及智能化控制。

目前城市中机动车数量如日剧增，城市交通问题越来越引起人们的重视。

所以设计一套集成化程度高可智能化控制的交通信号控制系统尤为重要本。

本设计利用QuartusII软件，以可编程逻辑器件FPGA为核心，完成了设计的输入、综合、定时、验证、功能仿真、硬件下载的全过程。

实验结果证明，此设计具有很强的实用性和推广价值。

关键字：FPGA；VHDL；交通灯The traffic signal controller based on FPGA design Abstract: Traffic signal controller is the a typical application, the actual hardware design of the device used more, contact is more complex, and they produce large delay, cause measurement error, poor reliability. This paper gives a traffic signal controller based on FPGA design, it is to use emerging from up to down electronic design method instead of traditional electronic design scheme, with software design technology to achieve the function of the system, realize the integration of the system and intelligent control. At present in the city as the sun vehicles to soar the urban traffic more and more attention. So to design a high degree of integration can be intelligent control of traffic signal control system is particularly important to this. This design using QuartusII software, with programmable logic devices FPGA as the core, completed the design of the input, comprehensive, timing, validation, function simulation, download the whole process of the hardware. The experimental results show that the design is very strong practicability and popularize value.Keywords: FPGA; VHDL; Traffic lights目录摘要 (I)1引言 (1)1.1本课题的开发背景 (1)1.2交通灯控制器的国内外发展状况 (2)1.2.1国内的研究现状 (2)1.2.2国外的研究现状 (3)1.3本课题研究目的和意义 (3)2 拟采用的方案及可行性分析 (4)2.1交通灯的工作原理 (4)2.2 方案一：采用PLC的交通信号控制器设计 (4)2.3 方案二：采用单片机8255的交通信号控制器设计 (5)2.4 方案三：基于FPGA的交通信号控制器设计 (6)3基于FPGA的交通控制器相关EDA知识介绍 (7)3.1 FPGA的概述 (7)3.1.1 FPGA的发展 (7)3.1.2 FPGA的基本结构 (9)3.1.3 FPGA的设计流程 (11)3.2 VHDL语言的概述 (12)3.2.1 VHDL的发展史 (12)3.2.2 VHDL的基本结构 (12)3.2.3 VHDL语言设计的优点 (14)3.2.4 VHDL的设计流程简介 (14)3.3 QUARTUS II 简介 (15)3.3.1 QUARTUS II 概况 (15)3.3.2 QUARTUS II的主要特征 (16)3.3.3 QUARTUS II的设计流程简介 (17)4交通灯的系统设计和主要模块设计与仿真 (18)4.1系统的总体设计要求 (18)4.2基于FPGA的交通控制器设计的设计方案 (19)4.3系统各功能块的概述 (20)4.4 顶层文件生成图 (24)5. 软件仿真结果 (25)5.1 设计仿真过程 (25)5.1.1设计新波形文件 (25)5.1.2 设计仿真 (27)5.2 系统的仿真结果与分析 (27)6硬件设计 (30)6.1 交通灯电路原理图 (30)6.2 电路PCB图 (32)6.3硬件实物图 (32)7 特色与创新之处 (34)8 结束语 (35)参考文献 (36)致谢 (37)附录 (38)1 引言1.1 本课题的开发背景当今社会人们早已习惯了十字路口的红绿灯交通指挥，通过红绿灯指挥交通已近成为社会最常见最有效的办法，红绿灯的出现使交通指挥进入了自动化和智能化的时代。

基于FPGA的路灯控制系统

ＡｅｕｒｓＩ（．ｈｒＱａｔＩ３０和更高版本）设计软件是业ａｕ
界唯一提供ＦＧ和固定功能ＨｒＣｐ器件统一设ＰＡａｄｏｙ
图２Ｑｕｒｓｌ设计流程ａｕＩｔ
第２３卷第５期
万飞：基于ＦＧ的路灯控制系统ＰＡ
组成。
０缓冲信息规范（ＢＳ模型导人到常用的ＥＡ信ＩＩ）Ｄ
号集成工具中；简化第三方工具的分析。
（）Ｐｏｅｓ是英国Ｌｂｅｔｒ司开发的电路２ｒｔｕａｃｎｅ公
可编程互连资源ＩＲ可以将ＦＧＰＡ内部的ＣＢ和ＬＣＢ之间、ＣＢ和ＩＢ之间连接起来，构成各种具ＬＬＯ
计流程的设计工具。
２０版ＱａｔｓＩ设计软件现在除了支持Ａｅａ．ｕｒＩｕｈｒ
的ＡＥ０ＰＸ２ＫＥ，ＡＥ０ＰＸ２ＫＣ，ＡＰＸ１，ＡＲ的Ｅ１Ｍ
Ｅｃｌｕ嵌入处理器方案，Ｍｅｃｒ，ＦＥ０Ｅ和ｘａｂｒｉｒｕｙＬＸ１Ｋ
２１０２年１０月
照明工程学报
ＺＨＡ０ＭＩＮＧＧ０ＮＧＣＨＥＮＧＸＵＥＢＡ０
０ｃ．ｔ
２０１２
第２３卷
第５期
Ｖｏ＿Ｎｏ５ｌ２３．
基于ＦＧＡ的路灯控制系统Ｐ
万飞
（汉职业技术学院，湖北武汉武４４０）３００

基于FGA的交通灯控制系统设计

１．引言目前在教学中运用软件实现交通灯的控制可以用标准逻辑器件、可编程序控制器ＰＬＣ、
表２指示灯的真值表
状态ＳＯ方向绿黄左转红绿黄左转红东西ｌ０００Ｏ００ｌ南北０Ｏ０１ｌＯＯＯ状态Ｓ１方向绿黄左转红绿黄左转红东西０１００ＯＯＯｌ南北０００１０ｌ００状态Ｓ２方向绿黄左转红绿黄左转红东西０Ｏｌ１０００ｌ南北０００１００ｌｌ
一
定义状态机的状态，这样可以获得可综合的、ｉｆｓｅｃ ’ ｅｖｅｎｔａｎｄｓｅｃ＝’ １ ’ ｔｈｅｎｉｆｔｍｐｌ＝３９ｔｈｅｎｔｉｍｅｏｕｔｌ＜＝ ’１ ’：ｔｉｍｅｏ高效的ＶＨＤＬ描述，并且使用多进程方式来描述ｔ２＜＝ ’ ０ ’ ：ｔｉｍｅｏｕｔ３＜＝ ’ ０ ’ ：ｔｍｐｌ＜＝Ｏ：状态机的内部逻辑。在程序设计中一般由说明ｕｅｌｓｅｉｆｔｉｍｅｏｕｔ１＝ ’ ｌ ’ ｔｈｅｎ部分、组合部分、时序部分组成，用ＴＹＰＥ定义ｉｆｔｍｐ２＝４ｔｈｅｎｔｉｍｅｏｕｔ２＜＝ ’ ｌ，：ｔｉｍｅｏｕｔｌ新的数据类型和状态名，以及在此新数据下定＝ ’ ０ ’：ｔｉｍｅｏｕｔ３＜＝ ’ ０ ’：ｔｍｐ２＜＝０：义的状态变量。本设计采用状态机来进行顶层＜ｅｌｓｅｉｆｔｉｍｅｏｕｔ２＝ ’ ｌ ’ ｔｈｅｎ文件的设计，状态机的说明语句如下：ｔｙｐｅｓｔａｔｅｉｓ（ＳＯ，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，ｓ５）：ｉｆｔｍｐ３＝１４ｔｈｅｎｔｉｍｅｏｕｔ３＜＝ ’ ｌ，：ｔｉｍｅｏｕｔ

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数字系统课程设计基于FPGA的交通控制灯设计姓名：学号：班级：摘要随着社会的发展,城市规模的不断扩大,城市交通成为制约城市发展的一大因素。

人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题当然也日益重要。

因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。

有了交通灯，人们的安全出行也有了很大的保障。

自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。

尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可或缺的工具和手段，这些都为交通灯控制系统的设计提供了一定的技术基础。

本课程设计运用erilog HDL语言描述交通控制器，通过状态机计数法，实现设计所要求的交通灯控制及时间显示，并最后进行了软件实现，达到了系统要求的功能。

设计原理设计要求设计一个交通控制器，用LED显示灯表示交通状态，并以7段数码显示器显示当前状态剩余秒数主干道绿灯亮时，支干道红灯亮；反之亦然，二者交替允许通行，主干道每次放行35s，支干道每次放行25s。

每次由绿灯变为红灯的过程中，亮光的黄灯作为过渡，黄灯的时间为5s。

能进行特殊状态显示，特殊状态时东西、南北路口均显示红灯状态。

用LED 灯显示倒计时，并且能实现总体清零功能，计数器由初始状态开始计数，对应状态的显示灯亮。

能实现特殊状态的功能显示，设计思路和原理本次设计是针对十字路口，进行南北和东西直行情况下交通灯控制。

设定东西方向为主干道方向，根据交通灯的亮的规则，在初始状态下四个方向的都为红灯亮启，进入正常工作状态后，当主干道上绿灯亮时，支干道上红灯亮，持续35S后，主干道和支干道上的黄灯都亮启，持续5S后，主干道上红灯亮启，支干道上绿灯亮启持续25S，之后主干道和支干道上的黄灯都亮启5s，一个循环完成。

循环往复的直行这个过程。

其过程如下图所示：图1.交通灯点亮时间控制说明实现方法本次采用文本编辑法，即利用Verilog HDL语言描述交通控制器，通过状态机计数法，实现设计所要求的交通灯控制及时间显示。

设计中用两组红黄绿LED模拟两个方向上的交通灯，用4个7段数码管分别显示两个方向上的交通灯剩余时间，控制时钟由试验箱上频率信号提供。

Verilog HDL程序设计整体设计根据上章设计原理，交通灯控制的关键是各个状态之间的转换和进行适当的时间延时，根据状态机的设计规范，本次设计了三个状态之间的循环转化，其真值表及状态转化图如下所示：图2.交通灯控制状态转化说明：该状态图为交通灯在正常情况下的状态转化图，进入控制后，状态00时主干道绿灯及支干道红灯亮起，进入状态01后两路黄灯亮起，状态11时主干道红灯及支干道绿灯亮起。

进入10状态两路黄灯亮起。

结束一个循环，从00状态重新开始循环。

为实现控制与显示的功能，需要设计交通灯点亮顺序控制程序，倒数计时程序，七段数码管显示程序，数码管显示扫描程序，其系统结构图如下所示：图3.交通灯控制系统结构图其中rst为复位信号，clk为时钟信号，hold为特殊情况控制信号,输入hold时两个方向红灯无条件亮起。

具体设计根据整体设计要求，编写各个功能部分Verilog HDL程序，设置各输入输出变量说明如下clk：为计数时钟；qclk：为扫描显示时钟；en：使能信号，为1 的话，则控制器开始工作；rst：复位信号，为1的话，控制及技术回到初始状态；hoid：特殊情况控制信号，为1的话，则两个方向无条件显示为红灯；light1：控制主干道方向四盏灯的亮灭；其中，light1[0]~light[2]，分别控制主干道方向的绿灯、黄灯和红灯；light2：控制支干道方向四盏灯的亮灭；其中，light2[0] ~ light2[2]，分别控制支干道方向的绿灯、黄灯和红灯；num1：用于主干道方向灯的时间显示，8 位，可驱动两个数码管；num2：用于支干道方向灯的时间显示，8 位，可驱动两个数码管；counter：用于数码管的译码输出；st1，st2：数码管扫描信号。

输入输出及中间变量设置如下：module traffic(en,clk,qclk,rst,rst1,hold,num1,num2,light1,light2,counter,st1,st2);input en,clk,qclk,rst,hold,rst1;output st1,st2;output[7:0] num1,num2;output[6:0]counter;output[2:0] light1,light2;reg tim1,tim2,st1,st2;reg[1:0]state1,state2,ste;reg[2:0]light1,light2;reg[3:0]num;reg[6:0]counter;reg[7:0] num1,num2;reg[7:0] red1,red2,green1,green2,yellow1,yellow2;1.二极管点亮控制该部分程序的作用是根据计数器的计数值控制发光二极管的亮、灭，以及输出倒计时数值给七段数码管的译码电路。

此外，当检测到特殊情况（hold=‘1’）发生时，无条件点亮红灯的二极管，当检测到复位信号，两个方向计数与控制回复到00状态。

因为主、支干道两个方向二极管点亮的顺序与延迟时间不同，顾编写两个独立的部分来控制，具体程序如下：1）主干道方向always @(posedge clk )beginif(rst) 正常工作时波形仿真图图4. 正常工作时波形仿真图图形说明波形仿真主要完成了控制与计数以及数码管显示的波形图。

en为低电品时，计数器置初值，高电平时开始正常控制与计数。

控制发光二极管首次输出为“light1=001，light2=100”，表示主干道路绿灯亮，支杆道路红灯亮，计数器num1和num2从“00110101”开始递减计数，计数至“00000000”时，进入下一个状态，控制输出量为light=010，light2=010，表示主、支干道黄灯均亮起，计数器num1和num2从“00000101”开始计数递减，计数至”00000000”时进入下一个状态，light=100，light2=001，表示主干道路红灯亮，支杆道路绿灯亮。

Counter根据num1，num2变化随时钟上升沿输出译码后的数据。

由于屏幕显示大小有限，未仿真出一个完整周期。

2. 特殊情况仿真波形图5. 特殊情况仿真波形图形说明当hold输入高电平时，在时钟上升沿的控制下，light 1与light2被强制置位为”100”，表示两路红灯均亮起3. 复位情况仿真波形图6. 复位情况仿真波形图形说明当rst输入高电平时，在时钟上升沿控制下，计数与控制都回到00状态，即light1=001，light2=100，计数器num1和num2从“00110101”开始递减计数。

硬件调试完成时序仿真确认无误后，进行实验箱管脚设置，注意设置完成后一定要再进行一次全局仿真，使程序真正对应于硬件输出输出。

具体连接说明如下所示输入变量：rst、clk、qclk、hold、en其中en，hold，rst接”0-1”拨码开关，以稳定的输出可变化的电平。

计数时钟clk接实验箱上1Hz时钟，扫描显示时钟qclk接125Khz时钟。

输出变量：light1[2:0]、light2[2:0]、counter[6:0]、st1、st2其中light1[0] 、light2[0]分别接绿色的发光二极管；light1[1]、light2[1] 分别接黄色的发光二极管；light1[2]、light2[2]分别接红色的发光二极管。

counter[0]~counter[6]，分别接七段数码管的a~f，st1、st2分别接试验箱上”4-16”译码器的低两位。

完成接线后将程序烧写到芯片上，开始功能调试。

分辨改变使能信号，复位信号以及特殊情况信号，观察数码管以及发光二级管情况。

程序清单module traffic(en,clk,qclk,rst,rst1,hold,num1,num2,light1,light2,counter,st1,st2);input en,clk,qclk,rst,hold,rst1;output st1,st2;output[7:0] num1,num2;output[6:0]counter;output[2:0] light1,light2;reg tim1,tim2,st1,st2;reg[1:0]state1,state2,ste;reg[2:0]light1,light2;reg[3:0]num;reg[6:0]counter;reg[7:0] num1,num2;reg[7:0] red1,red2,green1,green2,yellow1,yellow2;always @(en )if(!en)begin 复杂数字电路与系统的V erilog HDL设计技术[M ].北京: 北京航空航天大学出版社, 1998[2] 郭梯云. 移动通信[M ]. 西安: 西安电子科技大学出版社, 1995[3] [法]M ichelMouly, M arie Bernadet te Pautet1GSM 数字移动通信系统[M ]. 骆健霞, 顾龙信, 徐云霄译. 北京: 电子工业出版社, 1996[4] 张毅刚, 乔立岩. 虚拟仪器软件开发环境L abW indow s?CV I 610 编程指南[M ]. 北京: 机械工业出版社, 2002[5] 刘国权.GSM 手机的测试[J ].中国无线电管理, 2003[6] 俞定玖, 刘湘慧. GSM 数字蜂窝移动交换系统测试[J ]. 电信科学, 2000[7] 张明. V erilog HDL 实用教程[M ]. 成都: 电子科技大学出版社, 1999[8] Hyde D C. Bucknell Handbook on V erilog HDL 1Computer Science Department, Bucknell U niversity L ew is burg, 1995[9] 康华光. 电子技术基础(数字部分) [M ]. 北京: 高等教育出版社, 1988。