基于FPGA的交通信號燈控制系統

摘要：為了解決傳統交通燈控制系統常采用單片機或PLC等控制芯片所具有的控制不精確、系統外圍電路復雜、程序修改不靈活、成本偏高等缺點(diǎn)，利用VHDL硬件描述語(yǔ)言，通過(guò)QuattusⅡ軟件和以CycloneⅡ系列FPGA為核心的開(kāi)發(fā)板，完成交通信號燈控制系統的設計。該系統具有電路簡(jiǎn)單、可靠性強、運算速度高、參數易修改等特點(diǎn)。通過(guò)軟件進(jìn)行仿真，并在KX_7C5TP型開(kāi)發(fā)板下載模擬，結果表明系統工作正常，控制器能完成預定的設計要求。
關(guān)鍵詞：交通信號燈控制系統；VHDL；EDA；FPGA

0 引言
隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的高速發(fā)展，由車(chē)輛大幅增加而帶來(lái)的交通問(wèn)題日趨嚴重。因此，作為交通監管系統的重要組成部分，交通信號燈在協(xié)調人、車(chē)、路的關(guān)系時(shí)發(fā)揮著(zhù)巨大的作用。
EDA(Electronic Design Automation，電子設計自動(dòng)化)是依靠功能強大的計算機，對以硬件描述語(yǔ)言HDL(Hardware Description Langu age)為系統邏輯描述手段完成的設計文件加以處理，自動(dòng)實(shí)現既定的電子線(xiàn)路系統功能的一種技術(shù)。利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統設計的最終目標是完成專(zhuān)用集成電路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)的設計和實(shí)現。ASIC作為最終的物理平臺，集中容納了用戶(hù)通過(guò)EDA技術(shù)將電子應用系統的既定功能和技術(shù)指標具體實(shí)現的硬件實(shí)體?，F場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA(Field Programmahie Gate Array)是實(shí)現這一途徑的主流器件，其特點(diǎn)是具有極大的靈活性和通用性，開(kāi)發(fā)效率高，成本低，技術(shù)維護簡(jiǎn)單，工作可靠性好。

1 設計要求
1．1 應用背景
有一條主干道和一條支干道的匯合點(diǎn)形成十字交叉路口，主干道為東西向，支干道為南北向。為確保車(chē)輛安全、迅速地通行，在交叉道口的每個(gè)入口處設置了紅、綠、黃3色信號燈及左轉向燈，如圖1所示。

1．2 要求
(1)主干道綠燈亮時(shí)，支干道紅燈亮，反之亦然，兩者交替允許通行。主干道每次放行40 s，支干道每次放行30 s。每次綠燈亮，前10 s為左轉燈亮，后5 s為黃燈亮。余下為直行燈亮。
(2)能實(shí)現正常的倒計時(shí)顯示功能。
(3)能實(shí)現總體清零功能：計數器由初始狀態(tài)開(kāi)始計數，對應狀態(tài)的指示燈亮。