(完整版)基于FPGA的智能交通灯的设计毕业设计

数字系统课程设计报告书课题名称基于FPGA的交通灯设计院系姓名学号专业班级指导教师设计时间目录摘要 (1)1设计目的 (2)2设计内容及要求 (2)3系统整体方案及设计原理 (2)4各模块电路设计与实现 (3)4.1 分频模块设计与实现 (3)4.1.1分频模块图4.1.2分频模块程序4.2 交通灯控制器模块设计与实现 (4)4.2.1交通灯控制模块图4.2.2交通灯控制模块程序4.3 1602显示驱动模块设计与实现 (11)4.3.1 1602显示驱动模块图4.3.2 1602显示驱动模块程序5系统仿真及硬件下载 (18)5.1系统仿真（步骤，总原理图，仿真图） (18)5.1.1系统仿真步骤5.1.2总原理图5.1.3仿真图5.2硬件下载（引脚分配，下载步骤） (19)5.2.1引脚分配5.2.2下载步骤6设计总结 (21)参考文献 (21)摘要可编程逻辑器件的硬件描述语言Verilog HDL,由于它具有类似于通用C语言的风格，被不少FPGA开发者所推崇。

在数字控制这个领域，FPGA的应用也越来越广泛，因此，作为硬件描述语言Verilog HDL就显示出了它的重要性。

它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这三个不同层次的设计，因此在实际应用中越来越广泛。

本设计为一个交通灯，控制2个路口的红、黄、绿三盏灯，让其按预置时间进行变化。

以FPGA技术为载体，应用Verilog HDL语言，在QUARTUSII软件环境下，通过模块化编程完成了灯亮时间可调的交通灯控制系统设计，并进行逻辑综合、仿真和硬件下栽。

由于设计采用了FPGA技术，大大缩短了开发研制周期，提高了设计效率。

关键词：交通灯硬件描述语言Verilog HDL FPGA1.设计目的1.掌握利用EDA开发工具QUARTUSII进行可编程逻辑器件设计的方法；2.熟练掌握可编程逻辑器件的原理图输入层次化设计方法；3.掌握利用QUARTUSII进行软件仿真及对可编程逻辑器件进行硬件下载的方法；4.进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力。

课程设计一、设计任务要求基于FPGA的交通灯控制器设计1、总体要求：实现十字路口的交通灯有序显示2、具体要求：按照开发板上的两组红、黄、绿做为南北双向指示灯红灯亮60秒，绿灯亮55秒，黄灯亮5秒要求采用状态机实现状态切换3、附加要求：采用两组两位数码管实现时间倒计时显示二、设计思路1、总体设计方案由设计任务要求可知输入部分有：CLK时钟频率输入，可由实验板上直接提供，本设计选用1kHZ时钟频率。

输出部分有：1)东西方向和南北方向各使用3个LED显示，红黄绿各代表红黄绿灯。

2)东西方向和南北方向计时均为2位数，共需要4个LED七段数码管显示。

由于为共阴极控制，输出三个SEL0，SEL1，SEL2信号控制选择数码管显示，A,B,C,D,E,F,G信号为输出显示的内容。

3）R1,G1,Y1;R2,G2,Y2信号分别为东西南北红绿灯的输出控制信号。

总体设计软件原理图如下所示设计方案原理图：图1A对应13脚; B对应30脚;C对应15脚; D对应31脚；E对应33脚; F对应32脚;G对应35脚; R1对应4脚；R2对应5脚；Y1对应3脚；Y2对应10脚；G2对应8脚；SEL0对应14脚; SEL１对应11脚;SEL2对应12脚.CLK对应24脚;交通灯系统结构图如下所示:红黄绿红黄绿图2状态切换的状态图如下图：图２、模块设计及结果在VHDL设计中，采用自顶向下的设计思路。

顶层模块中，根据硬件设计，设置如下端口：外部时钟信号：Clk东西方向状态灯控制信号：R1,G1,Y1；南北方向状态灯控制信号：R2,G2,Y2；（1）分频模块：由于外部时钟信号clk的频率为1KHz，而实际需要的内部计时时钟频率为1Hz，需要一个分频电路。

输入端口：clk外部时钟信号输出端口：clk_out分频后信号源程序代码如下：数码管显示信号：A,B,C,D,E,F,G；数码管共阴极控制：SEL0，SEL1，SEL2；library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity Frequency1 isport(clk:in std_logic; --外部时钟信号clk_out:out std_logic --分频后信号);end Frequency1;architecture Frequency1_arc of Frequency1 isbeginprocess(clk)variable temp:integer range 0 to 999;beginif(clk'event and clk='1')thenif(temp=999)then --分频计数temp:=0;clk_out<='0';elsetemp:=temp+1;clk_out<='1';end if;end if;end process;end;图4（2）状态选择模块：由于共需要显示4个数字，需要循环点亮7位数码管，该模块通过输入的时钟信号，循环输出4个选择信号。

基于FPGA的交通灯控制电路设计本文介绍了一种基于FPGA的交通灯控制电路设计。

交通灯控制是城市交通管理的一个重要部分，它有助于维护交通秩序，减少交通事故，提高交通效率。

在本电路设计中，我们使用FPGA作为主控制器，并通过数码管、按钮和LED模块与外部交互。

同时，我们还采用了状态机设计方法，以实现灵活的控制逻辑和连续的动态过渡。

首先介绍了本电路设计的硬件设计。

在本设计中，我们使用了FPGA作为主控制器，数码管用于显示当前状态，按钮用于进行手动控制，LED模块用于显示当前灯颜色。

在硬件设计中，我们通过适当的寄存器和时钟模块，实现了稳定的时序控制和同步操作。

接着，我们介绍了本电路设计的软件设计。

在软件设计中，我们采用了状态机设计方法，将交通控制逻辑分为多个状态，通过状态间的转移完成交通灯的切换控制。

具体地，我们将交通灯控制状态划分为三种：绿灯、黄灯和红灯。

在每种状态下，我们通过计数器和状态转移条件来实现精确的时间控制和灯颜色的自动切换。

同时，为了提高控制的灵活性，我们设计了手动控制模式，让用户可以通过按钮手动切换交通灯状态。

最后，我们介绍了本电路设计的实现结果。

在实现过程中，我们使用了Quartus II软件进行综合、布局和验证，并将设计的电路下载到FPGA开发板上进行实验。

实验结果表明，本交通灯控制电路设计实现了稳定、灵活和精确的交通控制，能够满足不同的交通道路需求。

综上所述，本文介绍了一种基于FPGA的交通灯控制电路设计，通过硬件和软件设计，实现了稳定、灵活和精确的交通控制。

该设计可以为城市交通管理提供帮助，为交通事故和交通拥堵的缓解做出贡献。

基于FPGA的智能交通信号灯的设计智能交通信号灯是一个重要的交通设施，能够引导道路上的交通流动，提高道路交通的效率和安全性。

传统的信号灯系统通常是固定的时间间隔来控制交通流量，但是这种方式无法根据实际道路情况做出灵活的调整，并且无法提前预测交通拥堵的情况。

基于FPGA的智能交通信号灯设计可以利用其高度可编程的特性，结合实时数据分析，实现智能的信号控制系统。

首先，设计智能交通信号灯需要采集道路上的实时交通数据。

可以利用传感器、视频监控等技术，获取车辆的数量、速度、流量等信息，以及行人的行走情况。

这些数据将作为信号灯系统的输入，用于实时分析和控制。

其次，设计一个智能交通信号灯的控制算法。

基于FPGA的灵活性，可以采用神经网络、遗传算法等方法，对采集到的实时数据进行分析和预测，进而生成相应的信号控制策略。

通过实时调整信号灯的绿灯时间，根据交通流量的情况的不断优化信号灯的控制算法，进一步提高交通效率。

接下来，利用FPGA实现智能交通信号灯的控制系统。

FPGA具有高度可编程的特性，可以根据设计需求进行灵活的硬件设计。

使用HDL语言（如Verilog或VHDL）来编写信号灯控制逻辑，并通过FPGA进行硬件设计与实现。

FPGA还可以与传感器、通信模块等其他硬件设备进行连接，实现与外部数据的交互。

最后，进行实际的实验和测试。

将设计好的智能交通信号灯系统应用于实际的道路交通场景中，收集实际使用情况下的数据，进一步改进和优化系统性能。

通过实验和测试，可以验证智能信号灯系统的可行性和实用性，并对系统进行改进和完善。

总结起来，基于FPGA的智能交通信号灯设计需要从数据采集、控制算法、硬件设计和实验测试等方面进行综合考虑。

通过充分利用FPGA的高度可编程性和实时性，结合实时数据分析和控制算法，可以实现更加智能和高效的交通信号灯系统，提高道路交通的流畅性和安全性。

FPGA综合设计实验报告题目基于FPGA的交通灯控制器的设计作者专业日期 2013年3月29日1.设计任务：基于FPGA的交通灯控制器的设计2.设计要求：（1）十字路口由一条东西方向的主干道和一条南北方向的支干道构成，主干道和支干道均有红、黄、绿3种信号灯；（2）保持主、支干道红、绿交替变换；（3）绿灯转红灯过程中，先由绿灯转为黄灯，5秒后再由黄灯转为红灯；同时对方由红灯转为绿灯；（4）系统需具有复位及特殊情况紧急处理功能。

（5）了解交通灯控制器的工作原理，完成控制器的硬件电路设计及软件设计。

3.总体设计方案：从题目中计数值与交通灯的亮灭的关系如图（1）所示。

当主干道绿灯55秒和5秒黄灯过渡时，支干道必须禁止通行，即支干道红灯亮55+5=60秒；当支干道由红灯转为绿灯时，支干道亮55秒绿灯和5秒黄灯过渡，此时主干道红灯应亮55+5=60秒。

图1 交通灯控制要求4.硬件电路基本原理分析：动态LED显示的设计方法是将不同LED模块的所有的LED的驱动端一对一地连接到一起，而将其公共极（阴极或阳极）分别由不同的IO口来驱动（主要针对7段码和LED点阵模块）。

动态显示方式主要是出于简化电路和产品成本考虑在大多数场合都可以达到用户要求。

动态显示虽然占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。

另外，本设计显示需要使用的是4个七段显示数码管。

在计时结果显示电路中，七段数码管显示部分是一个不容忽视的环节，如若处理不得当，可能引起系统功率过大，产生散热问题，严重时甚至会导致系统的烧毁。

为了解决好以上问题，下面就对七段数码管显示电路做简要的分析和介绍。

通常点亮一个LED所需的电流是5～50 mA，通电的电流愈大，LED的亮度愈高，相对的也会使其寿命缩短。

一般以10 mA的导通电流来估算它所必须串联的阻值，其计算方式参考如图1所示。

图1 单个LED的串接电阻计算方式七段显示器可分为共阳极、共阴极型两种，它们都可以等效成8个LED的连接电路，其中如图2就是共阴极型七段显示器的等效电路和每节LED的定义位置图。

交通灯控制器设计专业：计算机应用技术班级：计应2 班学号：147030201姓名：蔡利军基于FPGA的交通灯控制器设计摘要超高速硬件描述语言VHDL，是对数字系统进行抽象的行为与功能描述到具体的内部线路结构描述，利用EDA工具可以在电子设计的各个阶段、各个层系进行计算机模拟验证，保证设计过程的正确性，可大大降低设计成本，缩短设计周期。

本文介绍的数字秒表设计，利用基于VHDL的EDA设计工具，采用大规模可编程逻辑器件FPGA，通过设计芯片来实现系统功能。

交通灯控制系统可以实现路口红绿灯的自动控制。

基于FPGA设计的交通灯控制系统具有电路简单、可靠性强、实时快速擦写、运算速度高、故障率低、可靠性高,而且体积小的特点。

本设计采用Altera公司Cyclone系列的EPlC3T1444C8芯片，在Quartus II软件平台上使用VHDL语言，采用自顶向下的设计方法对系统进行了模块化设计和综合，并进行了仿真。

该系统可实现十字路口红绿灯及左转弯控制和倒计时显示，仿真结果结果表明系统能够自动控制交通灯转变。

关键词：VHDL，交通灯，EDA目录前言 (1)第1章 FPGA概述 (2)1.1 FPGA的简介 (2)1.2 FPGA的应用 (2)第2章 VHDL硬件描述语言 (3)2.1 VHDL程序基本结构 (3)2.1.1 实体 (4)2.1.2 结构体 (4)2.1.3 库 (5)2.2 VHDL语言 (5)2.2.1 VHDL文字规则 (5)2.2.2 VHDL数据对象 (5)2.2.3 VHDL数据类型 (6)2.2.4 VHDL 顺序语句 (6)2.2.5 VHDL并行语句 (6)第3章系统设计与仿真 (7)3.1 系统介绍 (7)3.1.1 设计任务 (7)3.1.2 设计要求 (7)3.2 系统设计仿真 (8)3.2.1 顶层框图的设计 (8)3.2.2 时序状态图的设计 (9)3.2.3 工程设计流程框图： (10)3.2.4 芯片的选择 (10)3.2.5 各个模块的设计与仿真 (11)结论 (27)附录..................................... 错误！未定义书签。

基于FPGA下的交通灯控制器毕业设计引言第一章软件介绍1.1 QuartusⅡ介绍本次毕业设计是基于FPGA下的设计，FPGA是现场可编程门阵列，FPGA开发工具种类很多、智能化高、功能非常的强大。

可编程QuartusⅡ是一个为逻辑器件编程提供编程环境的软件，它能够支持VHDL、Verilog HDL语言的设计。

在该软件环境下，设计者可以实现程序的编写、编译、仿真、图形设计、图形的仿真等许许多多的功能。

在做交通灯控制器设计时选择的编程语言是VHDL语言。

在这里简单的介绍一下QuartusⅡ的基本部分。

图1-1-1是一幅启动界面的图片。

在设计前需要对软件进行初步的了解，在图中已经明显的标出了每一部分的名称。

图 1-1-1 启动界面开始设计前我们需要新建一个工程，首先要在启动界面上的菜单栏中找到File，单击它选择它下拉菜单中的“New Project Wizard”时会出现图1-1-2所显示的对话框，把项目名称按照需要填好后单击Next，便会进入图 1-1-3 显示的界面。

图1-1-2 创建工程框图1-1-3 芯片选择框根据自己选择的实验设备选择好相应的芯片型号点击Next,进入下一个步骤当出现图1-1-5时，点击“Finish”后这个工程就建立好了。

图 1-1-4 仿真器选择框图1-1-5 对话框建好工程后开始进行设计，首先在图1-1-6中单击file后选择new,接着会出现图1-1-7，在交通灯控制器的设计中我们选择的是VHDL File,当出现图1-1-8时就可以把编辑的程序敲入编辑器中。

图1-1-6 工程建好后的界面图1-1-7 新建文件类型选择框图1-1-8 程序编辑框在第一章中对QuartusⅡ软件的使用做一个简单介绍，设计中的编译和仿真步骤在后面的几章中会做出介绍。

第二章交通灯控制器设计的概述2.1 控制器设计描述2.1.1 设计任务要求设计交通灯控制器，分别在四个方向都安装红、黄、绿三种颜色的交通指示灯，红灯表示停止，绿灯表示通行，黄灯表示左转和直行将要禁止通行，四个方向分别还安装有倒计时的计时器。

基于FPGA的交通灯控制器设计_毕业设计论文摘要：随着城市交通拥堵问题的日益严重，交通灯控制器作为城市交通管理的重要组成部分，起着至关重要的作用。

在传统的交通灯控制系统中，使用的是基于微控制器或PLC的硬件实现方式，无法满足日益复杂的交通需求。

本论文提出了一种基于FPGA的交通灯控制器设计方案，通过利用FPGA的高度可编程性和并行处理能力，实现了对交通灯状态的实时监控和控制。

设计方案通过数码管和按钮进行交互，利用图形化编程软件进行开发和调试。

实验结果表明，所设计的FPGA交通灯控制器具有优异的性能和稳定性，能够满足各种交通场景下的需求。

关键词：交通灯控制器；FPGA；并行处理；图形化编程一、引言随着城市交通流量的不断增加，传统的交通灯控制系统已经不能满足日益复杂的交通需求。

传统的交通灯控制器使用的是基于微控制器或PLC的硬件实现方式，无法提供足够的计算性能和并行处理能力。

因此，本论文提出了一种基于FPGA的交通灯控制器设计方案，通过利用FPGA的高度可编程性和并行处理能力，实现对交通灯状态的实时监控和控制。

二、设计方案本设计方案采用了FPGA作为控制器的核心，通过图形化编程软件进行开发和调试。

设计方案将交通灯控制分为四个主要模块：状态监控模块、状态控制模块、显示模块和按钮模块。

状态监控模块通过检测车辆和行人的状态，实时监控交通灯的状态。

状态控制模块根据交通流量和优先级进行状态切换和调度。

显示模块将交通灯状态显示在数码管上，方便行人和司机观察。

按钮模块通过按钮输入交通灯的初始状态，实现手动控制。

三、系统实现本系统采用Xilinx FPGA开发板进行实现，使用Verilog HDL进行程序编写。

在设计过程中，通过数码管和按钮进行交互，实现手动控制和状态显示。

图形化编程软件使得开发和调试更加便捷，节省了开发周期和人力资源。

四、实验结果通过对实验数据的分析和对比，我们发现所设计的FPGA交通灯控制器在交通流量大、复杂交叉路口和斑马线等特殊情况下，都能够稳定运行并保证交通流畅度。

2.3 FPGA 主控实现方案设计结合已有的 PLC 实现和单片机应用实现的经验,并吸收两种设计的优势之处,再根据交通灯控制系统的设计要求和 FPGA 模块化功能实现,确定了以下方案,因每个方向相对的信号灯状态及倒计时显示器的显示完全一致,根据设计要求和系统所具有的功能,交通灯控制器系统框图如图 2-6 所示。

图 2-6 交通灯控制器系统框图确定的方案中, 系统具有复位功能, 能使系统重新开始计时; 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。

为此主体包括系统复位,手动 /自动,红绿灯切换,主控模块,显示器,报警器。

具体主控部分用 FPGA 来实现。

图 2-7 交通灯通行示意图结合实现方案,主要有东西、南北、南北左拐,东西左拐,跟手动控制 5种工作方式,具体由 M2~M0设定,具体如表 2-1。

表2-1 交通灯工作方式表方式 M2(0:自动, 1:手动 M1(0:A向,1:B向M0(O:直行, 1:左拐1 0 0 02 0 0 13 0 1 04 0 1 15 1 * *当出现特殊情况时,可选择方式 1 到方式 4 中的任何一种方式,停止正常运行,进入特殊运行状态。

此时交通灯按工作方式显示,计时电路停止计时,计时时间闪烁显示。

当系统总复位时,控制电路和计时电路复位,信号灯全部熄灭。

3 各功能模块的设计与实现3.1总体设计思路3.1.1系统组成框图结合设计任务要求和确定的实现方案, 假设某个十字路口是由一条主干道和一条次干道回合而成, 在每个方向设置红绿黄 3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考到禁止线以外。

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 3-1所示。

基于F P G A的交通灯控制器设计毕业设计Modified by JEEP on December 26th, 2020.基于FPGA的交通灯控制器设计摘要超高速硬件描述语言VHDL，是对数字系统进行抽象的行为与功能描述到具体的内部线路结构描述，利用EDA工具可以在电子设计的各个阶段、各个层系进行计算机模拟验证，保证设计过程的正确性，可大大降低设计成本，缩短设计周期。

本文介绍的数字秒表设计，利用基于VHDL的EDA设计工具，采用大规模可编程逻辑器件FPGA，通过设计芯片来实现系统功能。

交通灯控制系统可以实现路口红绿灯的自动控制。

基于FPGA设计的交通灯控制系统具有电路简单、可靠性强、实时快速擦写、运算速度高、故障率低、可靠性高,而且体积小的特点。

本设计采用Altera公司Cyclone系列的EPlC3T1444C8芯片，在Quartus II软件平台上使用VHDL语言，采用自顶向下的设计方法对系统进行了模块化设计和综合，并进行了仿真。

该系统可实现十字路口红绿灯及左转弯控制和倒计时显示，仿真结果结果表明系统能够自动控制交通灯转变。

关键词：VHDL，交通灯，EDATHE LIGHT CONTROLLER BASED ON FPGA DESIGNABSTRACTWith the development of the economy, microelectronic technology, computer technology and the automatic theory are developed rapidly. Its application is becoming more and more widely. But the traffic light as an important traffic，it also has developed quickly with the improving requirement of the all the system of the traffic light, The system of traffic control which designed based on FPGA is received by more and more people.The system of traffic control can realize the automatic control of traffic light in a intersection. The system of traffic control which designed based on FPGA has many characteristics such as simple circuit, reliable operation, toerase function quickly with real-time applications, high speed, high reliability, low failure rate, and sma ll volume. By using the platform of software design system Quartus II and the form of the VHDL language, we simulate the system by using EPlC3T1444C8 Mars device and the result show that the download system can automatically control the traffic lights.KEY WORDS: VHDL，traffic light，EDA目录前言当今社会是数字化的社会，是数字集成电路广泛应用的社会。

基于FPGA交通灯控制器设计引言：近年来，城市交通的快速发展给城市交通管理带来了巨大的挑战。

交通灯系统是一项重要的交通管理设施，能够保证出行的安全和有序。

传统的交通灯控制器通常基于微控制器或PLC，但是随着FPGA（Field Programmable Gate Array）技术的发展，越来越多的交通灯控制器开始采用FPGA来实现，以提供更高的实时性和可编程性。

设计目标：本文旨在设计一个基于FPGA的交通灯控制器，以实现交通灯的准确、稳定和快速的切换，以提高交通流量的效率和道路的安全性。

FPGA交通灯控制器的设计：FPGA交通灯控制器的设计主要包括以下几个步骤：1.系统功能设计：首先，需要确定系统的功能需求，即要实现的交通灯控制策略。

例如，可以采用定时控制、感应控制或组合控制等方式来决定交通灯的切换规则。

2.硬件设计：根据系统功能需求，设计FPGA的硬件电路，包括FPGA芯片的选择、外围电路的设计和电源等。

3. 程序设计：编写FPGA的逻辑代码，实现交通灯控制的算法和逻辑。

可以使用硬件描述语言（HDL）如Verilog或VHDL来实现。

4.仿真验证：使用FPGA开发工具进行仿真验证，确保交通灯控制器的功能和性能达到设计要求。

5.硬件调试和优化：根据仿真结果，对硬件电路进行调试，并优化电路设计，以提高交通灯控制器的性能和稳定性。

6.硬件实现：将设计好的交通灯控制器加载到FPGA芯片中，并与其他外围设备（如传感器、通信模块等）进行连接。

7.系统测试和验收：对交通灯控制器进行系统测试，验证其在实际环境中的功能和性能，并根据实际需求进行调整和优化。

设计考虑：在设计FPGA交通灯控制器时1.实时性：交通灯控制需要具备高实时性，能够及时响应交通信号的变化，并快速切换信号灯。

2.稳定性：交通灯控制器需要具备稳定性，能够保持信号灯的状态稳定和可靠。

3.可编程性：FPGA交通灯控制器应具有良好的可编程性，能够根据需求进行灵活配置和调整。

FPGA课程设计——交通灯控制器通信工程学院电科0701班罗超（17）第一部分技术规范功能描述：实现一个由一条主干道和一条支干道的汇合点形成的十字路口的交通灯控制器，具体功能：(1) 主、支干道各设有一个绿、黄、红指示灯，两个显示数码管。

(2) 主干道处于长允许通行状态，而支干道有车来时才允许通行。

当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯。

而支干道允许通行亮绿灯时，主干道亮红灯。

(3) 当主干道、支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次通行45 秒，支干道每次通行25 秒，在每次由绿灯向红灯转换的过程中，要亮5 秒的黄灯作为过渡，并进行减计时显示。

每个周期结束时都要进行支干道是否有车的检测，若有车则进行下一个周期，若没有，则主干道亮绿灯，支干道亮红灯，直到检测到支干道有车。

系统总体框图：根据设计要求和系统所具有的功能，并参考相关的文献资料，经行方案设计，可以画出如下图所示的交通信号灯控制器的系统框图。

I/O管脚的描述表一：系统总体I/O管脚的描述注：其中系统时钟的频率选为10KHZ，复位采取同步复位方式，且低有效。

支干道检测到有车时， carsignal=1；否则，carsignal=0。

方案核心：在交通灯控制器的设计中，交通灯控制及计时模块是本设计的关键模块。

第二部分总体设计方案交通灯系统详细框图：在系统总体框图的基础上进一步详细设计，得到如下系统详细框图。

1.时钟分频模块系统的动态扫描需要10KHZ的脉冲，而系统时钟计时模块需要1HZ的脉冲。

分频模块主要为系统提供所需的时钟计时脉冲。

该模块将10KHZ的脉冲信号进行分频，产生1S的方波（占空比为50%），作为系统时钟计时信号。

图四：时钟分频模块框图I/O管脚描述如下：表二：时钟分频模块I/O端口描述注：系统时钟的频率为10KHZ，分频后的时钟信号为1HZ（占空比为50%）。

复位信号为同步复位，且低有效。

2.交通灯控制及计时模块控制模块JTDKZH：根据主干道、支干道输入信号以及时钟信号CLK，发出主、支干道指示灯的控制信号，同时向各个定时单元、显示控制单元发出使能控制信号产生系统的状态机，控制其他部分协调工作。

基于FPGA的智能交通灯的设计与开发近年来，随着城市化进程的不断加快，交通拥堵问题日益突出。

智能交通灯作为城市交通管理的重要组成部分，其控制策略的优化与改进显得尤为重要。

本文将基于FPGA技术，对智能交通灯进行设计与开发，以实现交通流的优化与提高路口的通行效率。

首先，我们需要设计一个基于FPGA的智能交通灯控制系统。

该系统的核心是交通灯控制器，通过使用FPGA来实现交通灯的逻辑控制规则。

交通灯控制器可以根据交通流量和道路情况，调整交通灯的信号灯状态，以实现交通流的最大化。

同时，系统还需要与传感器和摄像头等设备进行联动，实时获取交通流量和车辆情况，以便更好地调整交通灯的控制策略。

其次，我们需要设计一个高性能的交通流量检测模块。

该模块可以使用FPGA实现图像处理算法，对交通流量进行实时检测和统计。

通过分析图像数据，可以精确计算出每个方向上的车辆数量和车辆类型，从而更好地进行交通灯的控制和调度。

此外，我们还可以加入智能算法和优化算法来进一步提高交通灯的控制效果。

例如，可以使用智能算法来预测未来一些时刻的交通流量，从而根据预测结果来调整交通灯的控制策略。

同时，还可以使用优化算法来寻找最佳的交通灯控制策略，以进一步提高路口的通行效率和缓解交通拥堵问题。

最后，我们需要进行实验和测试，验证设计与开发的有效性和可行性。

通过使用FPGA作为硬件平台，可以快速实现智能交通灯控制系统，并对系统进行实时监测和调试。

如果实验结果表明系统具有较好的交通流调整效果和通行效率，则可以进一步优化和完善系统。

综上所述，基于FPGA的智能交通灯的设计与开发是一项颇具挑战性的工作。

通过充分发挥FPGA的可编程性和并行计算能力，可以实现智能交通灯的高效控制和优化，从而提高城市交通管理的水平和效率。

同时，设计与开发的成功将为解决城市交通拥堵问题提供一种新的思路和方法。

目录1.设计思路 (1)1.1设计思想 (1)1.2 系统功能与要求 (1)1.3总体设计 (2)2.主要模块设计程序 (4)2.1时基脉冲发生模块 (4)2.2技术及红绿灯控制模块 (5)2.3译码模块 (9)2.4主程序 (11)3. 所实现功能说明 (14)3.1实现功能 (14)3.2仿真波形 (14)4. 所设计原理图及故障分析 (15)5.心得体会 (17)参考文献 (18)附录1 元件清单 (19)附录2 管脚 (20)1.设计思路1.1设计思想交通灯是城市交通监管系统的重要组成部分，对于保证机动车辆的安全运行，维持城市道路的顺畅起到了重要作用。

目前很多城市交叉路口的交通灯实行的是定时控制，灯亮的时间是预先设定好的，在时间和空间方面的应变性能较差，一定程度上造成了交通资源的浪费，加重了道路交通压力。

本文在EDA技术的基础上，利用FPGA的相关知识设计了交通灯控制系统，可以根据实际情况对灯亮时间进行自由调整，整个设计系统通过Max+PlusⅡ软件进行了模拟仿真，并下载到FPGA器件中进行硬件的调试，验证了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。

1.2 系统功能与要求交通灯控制器控制两个主干道交叉路口的交通，路口车辆多，直行信号、左转弯信号分开显示，a，b两个主干道的通行时间相等，其中指示直行的绿灯亮30 s，指示左转弯的绿灯亮12 s，绿灯变至红灯时，黄灯亮3 s，以便于车辆能停在停车线内，红灯信号的最后 3 s相应的黄灯也同时亮，以便提示驾驶人员准备起步。

在两个主干道路口都配备传感器用来检测有无车辆通行。

当两个主干道都有车辆时，自动处于主干道a绿灯，主干道b红灯的状态，然后轮流切换通行。

当主干道a无车辆时，自动处于主干道b绿灯，主干道a红灯的状态；反之亦然，以提高通行效率。

所设计的交通信号灯控制电路，主要适用于在两条干道汇合点形成的十字交叉路口，路口设计两组红绿灯分别对两个方向上的交通运行状态进行管理。

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。

摘要交通信号指示灯是城市中交通指挥疏导中不可缺少的智能工具。

以前用到的大多数交通灯的控制系统都是采用单片机或者PLC进行设计开发的。

本文将采用VHDL硬件描述语言来论述各模块代码，并在Quartus II开发环境下进行编译，在硬件板子上进行调试和演示。

在计算机上运行成功并生产生成顶层文件后下载在FPGA器件EP2C5T144开发板子上进行验证。

通过调试结果显示，本文的设计完全可以满足现在交通指挥的需求，包括时间提示显示、相关状态控制和主、支干道的红、黄、绿灯交替显示功能。

本文在交通灯控制的基础上，对硬件描述语言以及其设计流程做了简单介绍。

EDA工具是一种十分重要的VHDL语言开发工具，它是一款能够对设计过程中任何一个环节或者阶段进行计算机模拟的强大工具，因而，该工具能够确保准确的设计，减少设计周期，大大降低成本。

基于FPGA的交通灯控制器具有较高的可靠性、擦写迅速、高效的运算能力、故障少、设计简单、质量轻以及体积不大等优势。

本次设计将采用EP2C5T144最小系统开发板，因为它的体积不大，可以轻松嵌入到外围电路中，完全可以快速进行逻辑判断，数据计算以及系统运算等。

本文采用QuartusII软件进行开发，运用自顶向下的新型设计方法。

关键词：自动、逻辑、交通灯、EDA、FPGAAbstractTraffic light controller plays a very important role in the regulation of urban traffic. The traditional traffic light controller is based on single-chip microcomputer or PLC. This paper introduces a scheme based on FPGA technology and II Quartus development platform to realize the intersection traffic light controller. Using VHDL hardware description language description of the module program, and in the II Quartus environment to compile, simulate, generate the top level files downloaded in the FPGA device EPF10K10LC84 FLEX for verification. The verification results show that the basic design to achieve the control of traffic light controller, including the countdown time display function and main function, the special state control, a road of red, yellow, and green light display function alternately, indicating that the design scheme is correct. In this paper, the design process of the traffic light controller, and briefly introduces the hardware description bright prospect in the digital system design of VHDL language structure model and process design, VHDL design advantages and the language and an important position.EDA tools for electronic design personnel is extremely important, it can in each stage of electronic design, the level of computer simulation and verification, to ensure the design accuracy and can shorten the design cycle and reduce design cost. Can realize the automatic control of traffic lights crossroads traffic lights. Based on the FPGA design of traffic lights system has high reliability, real-time flash, high operation speed, the failure rate is low, the circuit is simple, and the volume is small. This design uses Altera cycloneii series ep2c5t144 chip as the core of the minimum system, it can easily embed into the actual traffic lights application system, can realize the function of the simple logic control, data acquisition, signal processing and mathematical computing; using QuartusII software as a development platform; using top-down design Keywords: automatic, logic, traffic lights, EDA, FPGA目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)前言 (1)1 绪论 (2)1.1论文研究背景及意义 (2)1.2 FPGA开发的历史及简介 (3)1.3 EP2C5T144最小系统介绍 (4)1.4 本文研究的主要内容 (5)2 硬件设计 (7)2.1硬件开发环境介绍 (7)2.2硬件开发环境平台搭建 (7)2.3原理图设计 (12)3 软件设计 (16)3.1软件开发平台介绍 (16)3.2软件开发平台搭建 (17)3.3程序设计 (18)3.3.1 程序设计分析 (18)3.3.2 程序设计中需要注意的问题 (19)4 实物模型展示 (23)4.1 实物模型介绍 (23)4.2 实物模型演示方法 (24)4.2 仿真说明 (24)总结 (26)参考文献............................................................ 错误!未定义书签。

基于FPGA的交通信号灯设计摘要：该设计是针对交通信号灯控制器的设计问题，采用EDA技术实现的交通灯控制电路的设计方案。

本设计有效的克服了传统的交通灯控制的缺点而采取自上而下的设计思路。

该设计在软件QuartusⅡ9.0下应用硬件描述语言VHDL语言完成设计文件，并对其进行了功能仿真和时序仿真，且给出了相应的仿真结果，绘制出了具体的逻辑电路，最后将其下载到Alter公司生产的CycloneⅡ系列的EP2C8Q208开发板上进行逻辑验证，实现软件和硬件的安全连接，达到了对交通灯的自动安全控制的目的。

关键字：交通灯控制；EDA；VHDL；QuartusⅡ；EP2C8Q208Traffic control lights design based on FPGA Abstract：The design is for traffic signal controller design issues based on EDA technology for traffic light control circuit design. This design effectively overcome the traditional traffic light control weaknesses and take a top-down approach to design. The design in software QuartusⅡ 9.0 under hardware description language VHDL complete design documents go on functional simulation and temporal simulation,it draws out the specific logic circuits and giving the simulation results, and last download it to Alter corporate production of CycloneⅡseries of EP2C8Q208 Development Board for logical validation, it implement software and hardware security connection and reached the traffic lights of automatic safety control purposes.Key Words: traffic light control；EDA；VHDL；QuartusⅡ；EP2C8Q208引言随着社会和汽车工业的快速发展,近几年机动车辆急剧增加,道路超负荷承载现象日趋严重,致使交通事故逐年增加。

目录摘要 (I)1 前言 (1)2 交通红绿灯控制电路的发展与技术现状 (2)2.1 交通控制系统以及交通红绿灯控制电路的发展现状 (2)2.2 智能交通红绿灯控制电路技术的现状 (3)3 VHDL、FPGA、Quartus ii简介 (4)3.1 VHDL简介 (4)3.1.1 VHDL简介 (4)3.1.2 VHDL语言的特点 (5)3.2 FPGA简介 (6)3.2.1 PLD器件的设计特点 (6)3.2.2 FPGA的基本结构 (8)3.2.3 采用FPGA设计逻辑电路的优点 (9)3.3 Quartus II 的简介 (10)4 具体方案论证与设计 (11)4.1 具体方案论证 (11)4.2系统算法设计 (12)4.3 具体电路原理图 (13)4.4 电路仿真图 (14)5 实验结果 (14)总结 (15)参考文献 (16)附录： (18)基于FPGA的十字路口交通信号灯摘要本文主要介绍十字路口交通灯控制器的设计。

首先，介绍交通控制系统以及交通红绿灯控制电路的发展现状；然后采用硬件描述语言进行的交通灯控制器设计。

重点介绍了控制系统各部分的设计，以及各个模块之间的同步处理。

为了克服交通信号灯控制系统传统设计方法的弊端,更加适应城镇交通现状,利用VHDL语言、采用层次化混合输入方式,设计了具有3种信号灯和倒计时显示器的交通信号灯控制系统,在QuartusⅡ下进行仿真,并下载到FPGA 中制作成实际的硬件电路进行了模拟运行.使用该方法设计的交通灯控制系统电路简单、运行可靠、易于实现,可实现对交通信号的控制和显示功能。

关键词FPGA;QUARTUS ii;HDPLD；十字路口交通灯控制器;Based on FPGA intersection traffic lightsAbstractThis paper describes the design of intersection traffic signal controller.First, the introduction of traffic control systems and traffic light control circuit of the development status; then using hardware description language designed for the traffic light controller.Focus on various parts of the control system design, and synchronization between various modules.In order to overcome the traffic signal control system of traditional design drawbacks, more responsive to urban traffic situation, the use of VHDL language, the use of hierarchical hybrid approach, designed with three kinds of lights and countdown display traffic light controlsystem, in the Quartus Ⅱ under simulatedand downloaded to the FPGA, made into the actual hardware to run the simulation circuit. use this method of traffic light control system design of the circuit is simple, reliable, easy to implement, can be realized on the traffic signal control and display functions.Key wordsHDPLD; Crossing traffic lights; Controller; Vehicle pedestrian safety1 前言城市交通是一个集经济性与社会公益性于一体的领域，包括管理体制、城市规划布局、投融资体制、交通方式选择、公共交通运营组织、交通需求管理、交通流量控制与管理等等方面的内容，涉及到管理、法规、规划、工程、TRANBBS技术、财政、教育、环境、能源、信息以及人文等社会经济诸多学科领域。

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 HDLAbstractWith 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 installtraffic 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目录第第4第1236 7 8 9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。