基于FPGA的交通灯设计开题报告

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。

重庆三峡学院毕业设计（论文）开题报告设计(论文)题目基于FPGA交通灯控制器设计院系应用技术学院专业电子信息工程年级2009级学生学号200915254139学生姓名吴思林指导教师赵威威重庆三峡学院教务处制综述本课题研究动态、选题目的及意义通过运用FPGA芯片做毕业设计，熟练掌握汇编语言编程方法，将理论联系到实际中去，提高我们的动手动脑的能力。

2.通过交通灯信号控制系统的设计，掌握定时、计数器及中断的使用方法，和简单程序的编写，最终提高我们的逻辑抽象能力。

今年来，随着汽车数量的猛增，我国中大型城市的城市交通，正面临着严峻的考验，从而导致交通问题的日益严重，其主要表现如下：交通事故的频发，对人类生命安全造成极大威胁；交通拥堵严重，导致出行时间增加，能源消耗加大；空气污染和噪声污染程度日益增加等。

日常的交通堵塞成为人们司空见惯而有不得不忍受的问题。

结合我国城市道路交通的实际情况，开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系统已经成为当前的主要任务。

选题意义交通信号灯在人们的日常生活中，起着至关重要的作用。

但是随着国民经济的快速发展，城市化建设规模的不断扩大，人们对交通信号灯在协调交通、管理交通等方面的能力，提出了更高的要求。

尤其是在当今社会，城市交通拥堵，城市交通基础设施滞后，常见的交通信号灯不能很好的处理人、车、路三者之间的协调关系。

因此，交通控制系统研究的意义显得尤为重要。

随着通信技术、计算机技术、控制技术、信息技术等一系列高新技术的飞速发展，给交通系统的发展带来了新的曙光，也会更加方便人们的生活。

研究基本内容、拟解决的主要问题本设计课题用FPGA来实现交通灯的设计，本设计现要研究的问题主要有：交通灯的设计方案；各功能模块的设计与实现；如何用VHDL编写源程序以及进行系统仿真。

本课题为交通灯的设计及其FPGA实现，关于研究途径考虑在EDA技术的基础上，利用FPGA的相关知识设计交通灯控制系统，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QUARTUSⅡ软件进行了模拟仿真，验证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。

《EDA技术使用教程》课程设计报告题目名称：基于FPGA的十字路口交通灯控制器设计学生姓名：学号：专业年级：指导教师：时间：2015年1月3日目录目录 (1)1 设计任务与要求 (2)2 方案设计与论证 (2)2.1系统设计思路 (2)2.2系统设计方案分析 (4)3 交通控制灯各模块电路设计 (5)3.1分位电路模块fenwei (5)3.2 控制模块 controller (6)3.3 时钟分频模块frequency10Hz和frequency (11)3.4 带闪烁功能的七段数码驱动显示模块display (14)4 交通控制灯顶层电路设计 (16)4.1 原理说明 (16)4.2 端口设计说明 (17)4.3 仿真与结果分析 (17)5 心得体会 (19)6 参考文献 (20)1设计任务与要求基于FPGA的十字路口交通灯控制器1）红、黄、绿灯分别用1bit控制；2）每一个状态分配一个时间显示（两位十进制数，倒计时）；3）符合实际交通规律。

2方案设计与论证2.1系统设计思路（1）本系统设计中均采用混合设计的方法，将整体方案划分成若干个模块进行设计。

采用VHDL硬件描述语言和原理图描述相结合的方式，对多种应用电路进行设计，其中底层电路（即模块电路）采用VHDL硬件描述语言方式实现，顶层电路采用原理图描述方式实现。

（2）在十字路口的两个方向上各设一组红、绿、黄灯，显示顺序为其中一个方向是（东西方向）是绿灯、黄灯、红灯；另一方向（南北方向）是红灯、绿灯、黄灯。

设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行的时间。

其中绿灯、黄灯、红灯的持续时间分别是20s、5s和25s。

当各条路上任意一条上出现特殊情况时，如当消防车、救护车或其他需要优先放行的车辆通过时，各方向上均是红灯，倒计时停止，且显示数字在闪烁。

当特殊运行状态结束时，控制器恢复原来状态，继续正常运行。

（3）系统设计流程提出系统设计要求需求分析模块化方案设计底层电路设计----VHDL模块电路设计顶层电路设计----原理图描述+各模块连接FPGA整体方案设计实现FPGA整体方案编译仿真功能仿真时序仿真硬件搭接和运行FPGA整体方案设计完成图1 系统设计流程2.2系统设计方案分析根据任务要求，计数器的值和交通灯亮灭关系如图2所示。

FPGA实训报告实训设计题目基于FPGA的交通灯控制器设计作者 xxxxxxx 分院 xxxxxxxxxxxxxxxxxxx专业班级xxxxxxxxx指导教师（职称） xxxxxxxxxxxxxx 报告完成时间 2012年10月8日基于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：EDA；交通灯；VHDL目录引言 (1)1 FPGA概述 (2)1.1 FPGA的简介 (2)1.2 FPGA的应用 (2)2 VHDL硬件描述语言 (3)2.1 VHDL程序基本结构 (3)2.1.1 实体 (3)2.1.2 结构体 (3)2.1.3 库 (4)2.2 VHDL语言 (4)2.2.1 VHDL文字规则 (4)2.2.2 VHDL数据对象 (4)2.2.3 VHDL数据类型 (4)2.2.4 VHDL顺序语句 (5)2.2.5 VHDL并行语句 (5)3系统设计与仿真 (6)3.1 系统介绍 (6)3.1.1 设计任务 (6)3.1.2 设计要求 (6)3.2 系统设计仿真 (6)3.2.1 系统框图设计 (7)3.2.2 系统时序状态图设计 (7)3.2.3 系统工程设计流程图 (8)3.2.4 芯片选择 (8)3.3 功能模块设计与仿真 (8)3.3.1 分频器模块设计 (8)3.3.2 控制模块设计 (9)3.3.3 倒计时模块设计 (10)3.3.4 信号处理模块设计 (11)3.3.5 数据译码模块设计 (12)3.3.6 显示模块设计 (14)3.4 顶层文件设计 (17)结论 (19)参考文献： (19)基于FPGA的交通灯控制器设计xxxxx专业xxxx班xxxx 指导教师xxxx引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。

合肥学院综合课程设计报告题目：基于ＦＰＧＡ的交通灯设计专业：电子信息工程班级：０９电子（２）班姓名：周峰导师：成绩：２０１２年１２月１１日基于ＦＰＧＡ的交通灯设计一：题目要求1：主干道绿灯时，支干道红灯亮，反之亦然，两者交替允许通行。

主干道每次放行40秒，支干道每次放行30秒。

每次路灯亮，前10秒为左转灯亮，后5秒为黄灯亮。

余下为直行灯亮、2：能实现正常的倒计时显示功能。

3：能实现总体清零功能；计数器由初始状态开始计数，对应状态的指示灯亮。

二：题目分析1：在十字路口东西方向和南北方向各设一组左转灯、；显示的顺序为：左转灯绿灯黄灯红灯。

2：设计一个倒计时显示器。

倒计时只显示总体时间。

主干道左转灯、红灯、绿灯和黄灯亮的时间分别是10秒、30秒、25秒、5秒。

支干道左转灯、红灯、绿灯和黄灯亮的时间分别是10秒、40秒、15秒、5秒状态表如表3-1所示：3三：选择方案1：方案一在VHDL设计描述中，采用自顶向下的设计思路，该思路在自顶向下的VHDL 设计描述中，通常把整个设计的系统划分为几个模块，然后采用结构描述方式对整个系统进行描述。

根据实验设计的结构功能，来确定使用哪些模块以及这些模块之间的关系。

通过上面的分析，不难得知可以把交通灯控制系统划分为3个模块：时钟模块、控制模块、分频模块。

2：方案二不采用方案一的分模块设计，直接用进程写程序。

该程序由7个进程组成，进程P1将CLK信号分频后产生1秒信号，P2形成0-49的计数器，进程P3、P4用来控制的信号灯亮灭的，其中P5、P6产生数码管显示的倒数的十进制形式。

进程P7实现状态转换和产生状态转换的控制信号，进而控制数码管显示。

由于方案一中使用进程会使程序变得很复杂，不易理解，所以我采用了方案二。

四：方案二ASM图设计开关控制部分ASM图ASM图说明：i、j、k、分别代表开关状态；1表示开关闭合，为高电平；0表示开关断开为低电平。

当开关处于不同的状态时，分别给变量G不同的值，用来实现控制通行时间。

FPGA实验报告--交通灯控制器设计院系：电子与信息工程系专业：通信工程班级：姓名：学号：指导教师：一、实验任务 1、任务名称：交通灯控制器的设计2、设计容与要求：① 设计一个十字路口交通信号灯的定时控制电路。

要求红、绿灯按一定的规律亮和灭，并在亮灯期间进行倒计时，并将运行时间用数码管/液晶显示出来。

② 绿灯亮时，为该车道允许通行信号，红灯亮时，为该车道禁止通行信号。

要求主干道每次通行时间为99秒，支干道每次通行时间为30秒。

每次变换运行车道前绿灯闪烁，持续时间为5秒。

即车道要由主干道转换为支干道时，主干道在通行时间只剩下5秒钟时，绿灯闪烁显示，支干道仍为红灯，以便主干道上已过停车线的车继续通行，未过停车线的车停止通行。

同理，当车道由支干道转换为主干道时，支干道绿灯闪烁显示5秒钟，主干道仍为红灯。

③ 对红、绿灯的运行时间要能比较方便的进行重新设置。

④ 对器件进行在系统编程和实验验证。

⑤ 用VHDL 语言对设计进行描述，设计一个测试方案，通过ISE 对设计进行仿真验证。

并能够下载到实验板上调试成功。

6 写出设计性实验报告，并打印各层次的源文件和仿真波形，然后作简要说明。

2、补充功能与要求：1.在主干道和支干道添加左转向灯；2.各灯亮的时间及最后闪烁时间可调节；3.紧急路况时，主干道和支干道都为红灯。

二、实验环境1、ISE 软件一套；2、PC 机一台。

三、设计思路1、根据题目要求，知道整个交通灯的运行过程是周期的，所以可以设计一个总的计数器，满周期则清零；2、将灯闪烁时间、主干道绿灯亮的时间、主干道转向灯亮的时间、支干道绿灯亮的时间、支干道转向灯亮的时间分别记为变量t0、t1、t2、t3、t4，通过调整它们，实现调节各灯亮的时间；3、将所有需要显示的量由同一个信号表示并最终输出、显示在LCD上。

四、系统设计a）系统框图b）状态转换说明：主干道和支干道永远有且只有一个灯亮，紧急路况时两边红灯亮，其余时候有且只有一个红灯亮；主干道绿灯、主干道转向灯亮、支干道绿灯、支干道转向灯依次亮，在最后t0S（默认为5S）闪烁。

《FPGA系统设计》实验报告》交通灯控制系统的设计实验一 .实验目的了解交通灯及控制系统的控制及其显示模块。

二．实验要求1.交通灯从绿色变成红色时，要经过黄色的过渡，黄色灯亮的时间为5秒:2.交通灯从红色变成绿色时，不要需要经过黄色灯的过渡，直接由红色变成绿色，绿色灯点亮的时间为25秒，红色灯点亮的时间为20秒;3.各种灯点亮时，要实现时间的倒计时显示。

三．实验操作步骤假设十字路口的方向为xy两方向，对两个方向需要两个控制模块来控制交通灯的点亮，还需要时间倒计时显示，即需要显示模块，因此系统的总设计模块图由三大模块组成，分别是xy两方向的控制模块，显示模块。

其中显示模块又由三个子模块构成，分别是数码管选择模块，数据分配模块，数码管驱动模块。

控制模块的设计控制模块是控制系统的核心部分，它实现了交通灯的三种颜色的交替点亮和时间倒计时的控制。

x方向控制代码如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE .STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY CORNA ISPORT (CLK:IN STD_LOGIC;R,G,Y:OUT STD_LOGIC;TIMH,TIML:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));END CORNA;ARCHITECTURE CORNER OF CORNA ISTYPE RGY IS (GREEN,YELLOW,RED);BEGINPROCESS(CLK)VARIABLE A:STD_LOGIC;VARIABLE TH,TL:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);VARIABLE STATE:RGY;BEGINIF(CLK'EVENT AND CLK='1')THENCASE STATE ISWHEN GREEN=>IF A='0'THENTH:="0001";TL:="1001";A:='1';G<='1';R<='0';Y<='0';ELSEIF NOT(TH="0000" AND TL="0001")THENIF TL="0000" THENTL:="1001";TH:=TH-1;ELSETL:=TL-1;END IF;ELSETH:="0000";TL:="0000";A:='0';STATE:=YELLOW;END IF;END IF;WHEN YELLOW=>IF A='0' THENTH:="0000";TL:="0100";A:'1';Y<='1';G<='0';R<='0';ELSEIF NOT(TH="0000" AND TL="0001")THEN TL:=TL-1;ELSETH:="0000" ;TL:="0000";A:='0';STATE:=RED;END IF;END IF;WHEN RED=>IF A='0' THENTH:="0010";TL:="0100";A:='1';R<='1';Y<='0';G<='0';ELSEIF NOT(TH="0000" AND TL="0001")THEN IF TL="0000"THENTL:="1001";TH:=TH-1;ELSETL:=TL-1;END IF;ELSETH:="0000";TL:="0000";A:='0';STATE:=GREENEND IF;END IF;END CASE;END IF;TIMH<=TH;TIML<=TL;END PROCESS;END CORNER;在以上程序中，实体部分定义的输入时钟信号clk为1Hz的脉冲信号，r、g、y为接水通灯的信号，timh 和timl为时间显示信号的十位和个位值。