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基于FPGA的交通灯控制器设计.doc
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基于FPGA的交通灯控制器设计.doc
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摘要
摘 要
随着国民经济的不断提高,汽车数量不断增加,交通问题越来越引起重视,对
交通灯控制器的要求也越来越高。设计一个性能可靠的交通灯控制器,对维持交
通秩序和保证交通安全起着至关重要的作用,也是经济与社会发展的需要,极具
实际意义。
本文介绍基于 FPGA 的交通灯控制器设计。交通灯控制器可分为四个部分:信
号灯显示部分、分频部分、倒计时部分和计时器部分,采用 Verilog HDL 语言进行
系统描述,并结合 QuartusⅡ软件进行系统设计与调试。
此设计的功能是控制在十字路口的主干道和支干道信号灯在每天的 0 点到 6
点之间不循环切换信号且无倒计时,而其他时间则按设置的顺序切换信号,并有
倒计时显示。在主支干道设有重力传感器,检测该方向是否有车辆,如该方向无
车辆而另一方向有车辆,则可以提前放行另一方向。
关键词 交通灯控制器,FPGA,Verilog HDL,QuartusⅡ
ABSTRACT
I
ABSTRACT
With the constant improvement of the national economy and the car number
increasing,the traffic problems become more and more attention, the requirement of
traffic controller is higher and higher. Design a reliable performance of traffic light
controller to maintain traffic order and guarantee the traffic safety plays an important
role, is also the needs of economic and social development and extremely practical
significance.
This paper introduces the traffic light controller design is based on FPGA . The
traffic light controller can be divided into four parts: light display part, frequency
division part, the countdown part and the timer part, using Verilog HDL language for
system description, and combing Quartus Ⅱ software foe system design and debugging.
The function of this design is to control the main branch road lights at the
crossroads between 0 to 6 AM every day not switching signal without the countdown,
while other times according to set the order of the switching signal, and the countdown
display. In the main trunk road with gravity sensor, detecting the direction of vehicles,
such as the direction, no vehicle and another direction with vehicles, can release ahead
of the other direction.
Key words the traffic light controller, FPGA,QuartusⅡ, Verilog HDL
目录
0
目 录
摘 要 ..................................................................................................................................................I
ABSTRACT ............................................................................................................................................II
1 绪论 ...............................................................................................................................................1
1.1 交通灯控制器的研究背景 .....................................................................................................1
1.2 交通灯控制器的发展现状 ....................................................................................................1
1.3 交通灯控制器的发展趋势 ....................................................................................................2
1.4 本课题的研究内容 ................................................................................................................2
2 交通灯控制器系统设计方案论证 ........................................................................................3
2.1 交通灯控制器设计方案 ........................................................................................................3
2.2 交通灯控制器设计方案选择 ................................................................................................3
2.3 交通灯控制器的设计要求 ....................................................................................................3
2.4 交通灯控制器的设计思路 ....................................................................................................4
3 控制器硬件设计 ........................................................................................................................6
3.1 Cyclone IV 性能介绍 .............................................................................................................6
3.1.1 FPGA 概述 ...................................................................................................................6
3.1.2 FPGA 的设计流程 .......................................................................................................6
3.1.3 Cyclone IV E 主要特性 ...............................................................................................7
3.2 七段数码管简介 ....................................................................................................................8
3.2.1 七段数码管概述 .........................................................................................................8
3.2.2 七段数码管动态显示原理 .........................................................................................9
3.3 交通灯控制器各模块性能分析 ............................................................................................9
3.3.1 信号灯显示模块的性能分析 ......................................................................................9
3.3.2 分频模块的性能分析 ................................................................................................10
3.3.3 倒计时显示模块的性能分析 ....................................................................................10
3.3.4 计时器模块的性能分析 ............................................................................................11
4 控制器软件设计 ......................................................................................................................12
4.1 Verilog HDL 简介 ................................................................................................................12
4.1.1 Verilog HDL 概述 ......................................................................................................12
4.1.2 Verilog HDL 模块设计 .............................................................................................12
4.2 交通灯控制器系统程序设计 ..............................................................................................13
目录
1
4.2.1 信号灯显示模块程序 ...............................................................................................13
4.2.2 分频模块程序 ...........................................................................................................14
4.2.3 倒计时模块程序 .......................................................................................................14
4.2.4 计时器模块程序 .......................................................................................................15
5 软件仿真………………………………………………………………………………………17
5.1 QuartusⅡ软件简介 ..............................................................................................................17
5.1.1 QuartusⅡ软件概述 .....................................................................................................17
5.1.2 QuartusⅡ软件的设计流程 .........................................................................................17
5.2 程序调试过程 ......................................................................................................................18
5.3 软件仿真结果 ......................................................................................................................20
6 硬件测试与结果.......................................................................................................................23
6.1 硬件下载测试 ......................................................................................................................23
6.1.1 引脚分配 ...................................................................................................................23
6.1.2 硬件下载 ...................................................................................................................23
6.2 硬件测试结果 ......................................................................................................................24
结 论................................................................................................................................................26
参 考 文 献 ....................................................................................................................................27
附录 A:硬件实物图 .....................................................................................................................29
附录 B:硬件测试结果.................................................................................................................30
附录 C:交通灯控制器源程序...................................................................................................31
致 谢................................................................................................................................................42
1 绪论
0
1 绪论
1.1 交通灯控制器的研究背景
假如路口没有交通信号灯,来往的车辆该什么时候通行,行人该什么时候穿越
公路,没有明确的指示,交通将会变得一团糟,同时也一定会有许多交通事故产
生。因此,交通信号灯是道路交通不可缺少的部分,维护交通秩序,保证交通安
全。世界上最早的交通信号灯是 1858 年在英国伦敦出现的已然煤气为光源的红、
蓝两色的机械扳手式信号灯。20 世纪初,一种由红绿黄三种色的圆形投光器组成
的电气启动红绿灯出现在美国的大街。不久后,又出现了带控制的红外红绿灯和红
绿灯。20 世纪中期,联合国对《道路交通和道路标志信号协定》的制定,使各信
号灯的含义变得规范明确,绿灯信号代表通行,红灯信号代表禁行,黄灯信号代
表警告。如今交通信号灯灯已经随处可见,人尽皆知,几乎在每个城市的每个路
口都有其存在。起初,我国普遍使用的交通灯控制器基于单片机或 PLC 来设计的,
功能比较简单,信号灯按照设置的顺序不断切换,有的还有计时显示。
1.2 交通灯控制器的发展现状
正如我们所见,现在的交通信号灯一般是设在路口比较醒目的位置,用红、绿、
黄三种颜色的信号灯来指挥交通,这些信号灯是按照事先设定的顺序不断重复切
换,有的还有一个倒计时的倒计时显示部分,提醒车辆还剩余的通行时间和还需
要等待的时间。
支干道
图 1-1 十字路口交通示意图
绿
主干道
黄
红
红
黄
绿
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oligaga
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