基于FPGA的交通信號燈控制系統(tǒng)

摘要：為了解決傳統(tǒng)交通燈控制系統(tǒng)常采用單片機(jī)或PLC等控制芯片所具有的控制不精確、系統(tǒng)外圍電路復(fù)雜、程序修改不靈活、成本偏高等缺點(diǎn)，利用VHDL硬件描述語言，通過QuattusⅡ軟件和以CycloneⅡ系列FPGA為核心的開發(fā)板，完成交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)具有電路簡單、可靠性強(qiáng)、運(yùn)算速度高、參數(shù)易修改等特點(diǎn)。通過軟件進(jìn)行仿真，并在KX_7C5TP型開發(fā)板下載模擬，結(jié)果表明系統(tǒng)工作正常，控制器能完成預(yù)定的設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞：交通信號燈控制系統(tǒng)；VHDL；EDA；FPGA

0 引言
隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，由車輛大幅增加而帶來的交通問題日趨嚴(yán)重。因此，作為交通監(jiān)管系統(tǒng)的重要組成部分，交通信號燈在協(xié)調(diào)人、車、路的關(guān)系時發(fā)揮著巨大的作用。
EDA(Electronic Design Automation，電子設(shè)計自動化)是依靠功能強(qiáng)大的計算機(jī)，對以硬件描述語言HDL(Hardware Description Langu age)為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計文件加以處理，自動實(shí)現(xiàn)既定的電子線路系統(tǒng)功能的一種技術(shù)。利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計的最終目標(biāo)是完成專用集成電路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)。ASIC作為最終的物理平臺，集中容納了用戶通過EDA技術(shù)將電子應(yīng)用系統(tǒng)的既定功能和技術(shù)指標(biāo)具體實(shí)現(xiàn)的硬件實(shí)體。現(xiàn)場可編程門陣列FPGA(Field Programmahie Gate Array)是實(shí)現(xiàn)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，開發(fā)效率高，成本低，技術(shù)維護(hù)簡單，工作可靠性好。

1 設(shè)計要求
1．1 應(yīng)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。為確保車輛安全、迅速地通行，在交叉道口的每個入口處設(shè)置了紅、綠、黃3色信號燈及左轉(zhuǎn)向燈，如圖1所示。

1．2 要求
(1)主干道綠燈亮?xí)r，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(zhuǎn)燈亮，后5 s為黃燈亮。余下為直行燈亮。
(2)能實(shí)現(xiàn)正常的倒計時顯示功能。
(3)能實(shí)現(xiàn)總體清零功能：計數(shù)器由初始狀態(tài)開始計數(shù)，對應(yīng)狀態(tài)的指示燈亮。