基于FPGA交通灯控制器设计

基于F P G A交通灯控制

器设计

This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

摘要

随着现代城市及交通工具的发展，交通事故也急剧增加，为了改善交通秩序及减少交通事故，交通灯起着越来越重要的作用。在越来越多的城市的各个路口上安装了交通灯，来改善交通秩序。

现代城市在日常运行控制中，越来越多的使用红绿灯对交通进行指挥和管理。而一套完整的交通灯控制系统通常要实现自动控制和手动控制去实现其红绿灯的转换。基于FPGA 设计的交通灯控制系统电路简单、可靠性好。本设计利用Verilog HDL 语言、采用层次化混合输入方式,可控制4个路口的红、黄、绿、左转四盏信号灯,让其按特定的规律进行变化。在QuartusⅡ下对系统进行了综合与仿真。仿真结果表明系统可实现十字路口红绿灯及左转弯控制和倒计时显示，并能够自动控制交通灯转变。

关键词：FPGA，交通灯控制器，QuartusⅡ，Verilog HDL

Abstract

With the development of modern cities and transport, traffic accidents also increased dramatically, plays an increasingly important role in order to improve traffic order and reduce traffic accidents and traffic lights. More and more all the roads of the city to install

traffic lights to improve traffic city, more and more control of the day-to-day running of the traffic light traffic command and management. And a complete set of traffic light control system is usually to achieve automatic control and manual control to achieve the conversion of its traffic lights. FPGA design-based traffic light control system circuit is simple and good reliability. The design using Verilog HDL language using hierarchical mixed input, and can control the four junctions of red, yellow, green, and turn left at the four signal lights, so that a particular law of change. QUARTUS Ⅱ system synthesis and simulation. The simulation results show that the system can achieve the crossroads of traffic lights and turn left control and countdown display and can automatically control the traffic lights into.

Key Words：FPGA ,traffic light controller, Quartus II, The Verilog HDL

目录第

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第1章绪论

交通灯的简介

交通灯通常指由红、黄、绿三种颜色灯组成用来指挥交通的信号灯。绿灯亮时，准许车辆通行，黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行；红灯亮时，禁止车辆通行。交通信号灯的出现，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。为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统具有以下优点：

①实验证明该系统实现简单、经济；

②能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力；

③可编程控制器具有小型化、价格低、可靠性高；

FPGA概述及发展

目前以硬件描述语言（或）所完成的设计，可以经过简单的综合与布局，快速的至 FPGA 上进行测试，是现代 IC 的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块。

可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。

FPGA一般来说比ASIC（专用）的速度要慢，无法完成复杂的设计，但是较低。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯

片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD（复杂备）。

随着微电子技术的快速发展，可编程逻辑器件应用技术得到了广泛的应用，而FPGA技术正处于高速发展时期，新型芯片的规模越来越大，成本也越来越低，低端的FPGA已逐步取代了传统的数字元件，高端的FPGA不断在争夺ASIC的市场份额。未来可编程逻辑器件具有以下几个发展趋势：

①大容量、低电压、低功耗FPGA 大容量FPGA 是市场发展的焦点。

②系统级高密度FPGA 。随着生产规模的提高,产品应用成本的下降，FPGA 的应用已经不是过去的仅仅适用于系统接口部件的现场集成，而是将它灵活地应用于系统级(包括其核心功能芯片)设计之中。在这样的背景下，国际主要FPGA 厂家在系统级高密度FPGA 的技术发展上，主要强调了两个方面：FPGA 的

IP( Intellec2tual Property ，知识产权)硬核和IP软核。当前具有IP内核的系统级FPGA的开发主要体现在两个方面：一方面是FPGA 厂商将IP硬核(指完成版图设计的功能单元模块)嵌入到FPGA 器件中，另一方面是大力扩充优化的IP软核(指利用HDL语言设计并经过综合验证的功能单元模块)，用户可以直接利用这些预定义的、经过测试和验证的IP 核资源,有效地完成复杂的片上系统设计。

③FPGA和ASIC出现相互融合。虽然标准逻辑ASIC 芯片尺寸小、功能强、功耗低，但其设计复杂，并且有批量要求。FPGA价格较低廉，能在现场进行编程，但它们体积大、能力有限，而且功耗比ASIC大。正因如此，FPGA和ASIC正在互相融合，取长补短。随着一些ASIC制造商提供具有可编程逻辑的标准单元，FPGA 制造商重新对标准逻辑单元发生兴趣。