基于fpga的交通燈控制器設(shè)計(jì)

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1、綜合課程設(shè)計(jì)報(bào)告《基于FPGA的交通燈控制器設(shè)計(jì)》學(xué)院：通信與電子學(xué)院專業(yè)班級(jí)：電子科學(xué)與技術(shù)班姓名：學(xué)號(hào):指導(dǎo)老師：摘要近年來(lái)，隨著科技的飛速發(fā)展，F(xiàn)PGA的應(yīng)用正在不斷深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)日益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA往往作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，正在不斷的應(yīng)用到實(shí)際生活中，并且根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。交通燈控制器在城市交通監(jiān)管中起著極其重要的作用。傳統(tǒng)的交通燈控制器基本是通過(guò)單片機(jī)或者PLC實(shí)現(xiàn)。本文介紹基于FPGA技術(shù)和QuartusII開(kāi)發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈控制器的的一種方案，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)信號(hào)燈對(duì)路面狀況的智能控制。從一定

2、程度上解決了交通路口堵塞、車輛停車等待時(shí)間不合理、急車強(qiáng)通等問(wèn)題。。利用VHDL硬件描述語(yǔ)言描述各模塊程序，并在QuartusII環(huán)下進(jìn)行編譯、仿真，生成頂層文件后下載在FPGA器件FLEXEPF10K10LC84上進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明，設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了交通燈控制器所要求的控制過(guò)程，包括倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示功能、特殊狀態(tài)控制功能和主、支干道的紅、黃、綠燈交替顯示功能，表明本文所述的的設(shè)計(jì)方案正確。本文結(jié)合交通燈控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程，簡(jiǎn)單介紹了硬件描述語(yǔ)言VHDL的結(jié)構(gòu)模型和設(shè)計(jì)流程、VHDL設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)及該語(yǔ)言在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的美好前景和重要地位。關(guān)鍵詞：FPGA，交通燈控制器，QuartusⅡ

3、，Verilog?HDL?目錄摘要1FPGA/CPLD概述12系統(tǒng)分析與總體方案32.1系統(tǒng)分析32.2設(shè)計(jì)的總體方案33硬件電路設(shè)計(jì)43.1分頻器設(shè)計(jì)43.2狀態(tài)控制電路設(shè)計(jì)43.3計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)53.4譯碼顯示電路設(shè)計(jì)54ROBEI軟件程序設(shè)計(jì)64.1掃描顯示模塊64.2狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊74.3總體設(shè)計(jì)114.4測(cè)試文件125程序仿真與分析125.1仿真結(jié)果125.2仿真結(jié)果分析146心得體會(huì)16參考文獻(xiàn)17附錄181FPGA/CPLD概述隨著世界范圍內(nèi)城市化和機(jī)動(dòng)化進(jìn)程的加快，城市交通越來(lái)越成為一個(gè)全球化的問(wèn)題。城市交通基礎(chǔ)設(shè)施供給滯后于高速機(jī)動(dòng)化增長(zhǎng)需求，道路堵塞日趨加重，交通事故頻

4、繁，環(huán)境污染加劇等問(wèn)題普遍存在。目前，全國(guó)大中城市普遍存在著道路擁擠、車輛堵塞、交通秩序混亂的現(xiàn)象，交通事故頻發(fā)，這給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了極大的損失。如何解決城市交通問(wèn)題已成為全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)和大眾的迫切呼聲。探究城市交通發(fā)展中存在問(wèn)題的原因，無(wú)論是從宏觀上還是從微觀上分析，其根本原因在于城市交通系統(tǒng)的管理機(jī)制不適應(yīng)。城市交通控制系（UTC，UrbanTrafficControlSystem）是現(xiàn)代城市智能交通系統(tǒng)（IDJ，Intelligenttransportsystem）的組成之一，主要用于城市道路交通的控制與管理。城市平交路口實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)控制是城市交通管理現(xiàn)代化的基本標(biāo)志

5、之一，是提高交通管理效能的重要技術(shù)手段。路口信號(hào)控制器是控制交叉路口交通信號(hào)的設(shè)備，它是交通信號(hào)控制的重要組成部分。各種交通控制方案，最終都要由路口信號(hào)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了確保十字路口的行人和車輛順利、暢通地通過(guò),往往采用電子控制的交通信號(hào)來(lái)進(jìn)行指揮。伴隨著社會(huì)的發(fā)展以及人類生活水平的提高,汽車的數(shù)量在不斷增加，EDA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大與深入，機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域的重要性日益突出。利用EDA技術(shù)設(shè)計(jì)交通燈來(lái)完成這個(gè)需求就顯的更加迫切，同樣也是非常的實(shí)用和合理。FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)和CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件）都是可

6、編程邏輯器件，他們是在PAL,GAL等邏輯器件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。同以往的PAL,GAL相比較FPGA/CPLD的規(guī)模比較大，它可以替代幾十甚至幾千塊通用IC芯片。這樣的FPGA/CPLD上就是一個(gè)子系統(tǒng)部件。這種芯片收到世界范圍內(nèi)電子工程設(shè)計(jì)人員的廣泛關(guān)注和普遍歡迎。比較典型的就是Altera公司和Xilinx公司的CPLD器件系列和FPGA器件系列，他們開(kāi)發(fā)較早，占用了較大的PLD市場(chǎng)。FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，除了具有ASIC的特點(diǎn)外，還具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：隨著VLSI(超大集成電路)工藝的不斷提高單一芯片內(nèi)部可以容納上百萬(wàn)個(gè)晶體管，F(xiàn)PGA/CPLD芯片的規(guī)

7、模也越來(lái)越大，其單片邏輯門數(shù)已達(dá)上百萬(wàn)門，它所實(shí)現(xiàn)的功能也越來(lái)越強(qiáng)，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，即片上系統(tǒng)SOC。FPGA/CPLD芯片在出廠之前都做過(guò)百分之百的測(cè)試，不需要設(shè)計(jì)人員承擔(dān)芯片風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用，設(shè)計(jì)人員只需在自己的實(shí)驗(yàn)室就可以通過(guò)相關(guān)的軟硬件環(huán)境來(lái)完成芯片的最終功能設(shè)計(jì)。所以，F(xiàn)PGA/CPLD的資金投入就少，減少了潛在的花費(fèi)。用戶可以反復(fù)的編程，擦除，使用或者在外圍電路不動(dòng)的情況下用不同軟件就可實(shí)現(xiàn)不同的功能。FPGA/CPLD軟件包中有各種輸入工具