基于FPGA的交通灯控制器的设计

基于FPGA的交通红绿灯控制器姓名：学号：专业:班级：目录1.设计思路 11.1设计思想 11.2 系统功能与要求 11.3总体设计 22.主要模块设计程序 42.1主控制模块 42.2主程序 52.3定时计数器模块 153. 所实现功能说明 143.1实现功能 143.2仿真波形 144. 所设计原理图及故障分析 155.心得体会 17参考文献 18附录1 元件清单 19附录2 管脚 201.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，交通拥堵时由交通警察人工控制某方向上的放行时间，以便按照交通负荷疏导阻塞车辆。

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红绿灯控制器，假定十字交叉路口的两个方向各有一组红，黄，绿三个灯组成的交通灯设计一个可以由交通警察人工控制的红绿灯控制器，要求：（1）正常时，交通放行十字交叉路口的横纵两个方向，放行时间相等；（2）交通堵塞时，由交通警察人工控制某个方向的放行时间，以便按照交通负荷疏导阻塞车辆；（3）在正常运行状态下，两组交通灯按以下规律自动进行转换，在不同时刻分别放行不同方向的车辆：（绿，红）2s→（绿，黄红）0.5s→（黄，红）2s→（黄红，红）2s→（红，黄）1s→（红，绿）5s→（红，黄绿）0.5s→（红，黄）2s→（红，黄绿）2s→（黄，红）1s→（绿，红）3s（括号内以逗号分割的分别为横，纵两方向点亮的交通灯，横向红绿黄灯分别用LEDR0，LEDG0，LEDG1,表示，纵向红绿黄分别用LEDR4，LEDG4，LEDG5表示）（4）人工控制放行的方法是，在欲放行某个方向时按下该方向的“放行”按钮（控制）横向使用KEY0控制纵方向使用KEY1），则红绿灯自动将相应方向的道路方向，此后不会放行另一方向的道路，这时候若只按一次“恢复到正常状态”（KEY3），则整个系统恢复到正常运行状态。

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。

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。

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。

交通信号灯控制器目录第一章系统设计1.1设计要求 (3)1.2 方案比较 (3)1.3方案论证 (3)1.3.1总体思路 (4)1.3.2设计方案 (5)第二章单元电路设计2.1 4位二进制计数器 (6)2.2 两位二进制计数器 (6)2.3定时时间到检测电路 (6)2.4红黄绿灯输出控制电路 (6)2.5计时器 (6)第三章软件设计3.1用VHDL编写程序 (6)3.2 程序流程 (7)3.3程序清单及仿真 (7)第四章系统测试 (7)第五章结论 (8)参考文献 (9)附录 (10)0 引言随着经济的飞速发展，现代化交通管理成了当今的热点问题。

一个完善的交通控制功能,可使混乱的交通变得井然有序，从而保障了人们的正常外出。

本系统通过设计一交通信号灯控制器,达到交通控制的目的。

除实现交通灯基本的控制功能外，系统还可显示该灯本次距灯灭所剩的时间，具有更完善的控制功能,使行人提前做好起、停准备，具有更强的实用性。

第1章 系统设计1.1设计要求(1) 交通灯从绿变红时，有4秒黄灯亮的间隔时间。

(2) 交通灯红变绿是直接进行的，没有间隔时间。

(3) 主干道上的绿灯时间为20秒，支干道的绿灯时间为10秒。

(4) 在任意时间,显示每个状态到该状态结束所需要的时间。

1.2方案比较要实现对交通灯的控制，有很多的方案可供选择。

方案一：由两块CMOS 集成电路完成定时和序列控制功能，三只双向晶体管完成实际的电源切换功能。

电路中采用10V 负电源（可由市电电压经降压、整流、滤波、稳压而得）、CD4049集成电路、计数器CD4017等器件。

其中双向晶闸管选用400V 、4A 的，二极管选用BY127型和1N4148型，稳压管选用10V 、1W 的。

因直接使用市电工作，故在安装和使用时安全系数较低，且硬件电路复杂，所用器件多。

方案二：运用VHDL 语言分别控制分频和状态机两个模块, 即信号源经分频器分频后得到1Hz 脉冲,输出脉冲控制状态机中预置四个状态的循环,从而达到交通控制作用.该方案电路结构简单,使用器件少,易于安装和使用.但不宜于电路扩展,适用范围小,应用不广泛.方案三：采用VHDL 语言输入的方式实现交通信号灯控制器，并灵活运用了通用元件CBU14和CBU12作为4位二进制计数器和两位二进制计数器，简化了硬件电路，同时也给调试、维护和功能的扩展、性能的提高带来了极大的方便。

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Quartus Ⅱ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 install traffic lights to improve traffic order.Modern 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目录摘要...........................................................................................................错误!未定义书签。

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。

基于FPGA的交通灯控制器设计06876交通灯控制器是城市交通系统中非常重要的一部分，其正确的设计和运行对于交通的安全与效率至关重要。

在本文中，我们将介绍一种基于FPGA（现场可编程门阵列）的交通灯控制器设计。

首先，我们需要了解交通灯控制器的基本原理。

传统的交通灯控制器通常由定时器和状态机组成。

定时器用于控制信号灯的时间段，状态机用于根据规定的时间段和信号灯的状态切换来确定交通灯的工作状态。

FPGA是一种可编程的芯片，可以用来实现各种数字电路的功能。

它具有高度的可编程性和灵活性，可以通过改变编程来实现不同的功能。

基于FPGA的交通灯控制器设计可以提供更大的灵活性和可扩展性，因为它可以根据实际需求进行定制和修改。

在基于FPGA的交通灯控制器设计中，我们需要考虑以下几个方面：1.信号灯的时间控制：根据不同的道路交通流量和需要的通行效率，我们可以灵活地设置每个信号灯的时长。

这可以通过FPGA中的计数器和定时器来实现。

通过编程可以设置不同的时长，并确保相应的信号灯按照预定的规则进行切换。

2.交通流量检测：为了合理地分配交通灯的时间，我们需要在交通道路上安装传感器来检测交通流量。

这些传感器可以根据车辆的数量和速度来确定不同的交通流量。

在基于FPGA的设计中，我们可以使用IO接口将传感器与FPGA相连，并通过编程来读取和处理传感器数据。

3. 状态机设计：状态机是交通灯控制的核心。

它可以根据预先确定的规则和输入，确定交通灯的状态。

基于FPGA的设计中，我们可以使用状态机设计的编程语言（如VHDL或Verilog）来实现状态机。

状态机可以根据交通流量和交通灯状态的不同情况来切换不同的状态，并通过FPGA中的逻辑门来控制交通灯。

4.故障检测和容错设计：在交通灯控制器中，故障检测和容错设计非常重要。

当一些部件发生故障时，控制器应能够自动切换到备用部件或安全模式，以确保交通的安全和通行效率。

通过FPGA的灵活性，我们可以轻松地实现故障检测和容错设计，例如通过监测一些部件的输出电压或信号来检测故障。

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。