基于FPGA的交通信号控制系统设计.pdf

本文介绍了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的交通信号控制系统设计。该系统由多个模块组成，包括交通信号主控制模块、红外线传感器车流量检测模块、时钟模块、译码器模块、倒计时模块和LED灯模块。这种设计方法利用FPGA的高速处理能力和可编程特性，实现了一个具有高稳定性和反应灵敏度的交通信号控制系统。下面详细解释了每个模块的功能以及如何利用FPGA进行系统的硬件开发。 交通信号主控制模块是整个系统的核心，负责生成交通信号灯的控制逻辑。在设计时，采用硬件描述语言Verilog HDL编写程序，该语言是一种用于电子系统设计的硬件描述语言，适合在FPGA芯片上实现复杂的逻辑功能。程序编译和仿真之后，最终将代码下载到FPGA芯片中，使芯片能够按照预定的逻辑来控制交通信号灯。 时钟模块负责为系统提供基准时间，可以用来计算信号灯的绿灯、黄灯和红灯持续时间。倒计时模块则是用来在信号灯上显示剩余时间，提高路口的通行效率。 红外线传感器车流量检测模块通过发射红外线并接收反射信号来检测车流量。当有车辆通过时，红外线传感器会输出一个高低电平信号。通过检测这些信号，FPGA可以计算出某一时间段内通过路口的车辆数量。 潮汐车道模块利用车流量数据动态调整车道的使用，例如在高峰期，将部分车道转换为左转专用，以缓解交通压力。 系统中的电源模块负责为系统提供稳定的电源。在本文中，使用USB电源以及两个AMS1117型号的稳压芯片来分别提供3.3V和1.5V电压，确保FPGA芯片以及其他的电子组件正常工作。 此外，系统还包括了一个按键模块，允许操作者在系统断电后重新输入数据。由于FPGA在断电后数据丢失，因此需要通过这个模块重新设置系统的时间参数。 在软件设计方面，本文采用了Quartus II开发平台进行顶层设计，共设计了6个模块，并通过Verilog HDL语言进行编程。这些模块共同协作，实现对交通信号灯的控制。 基于FPGA的交通信号控制系统具有以下特点： 1. 高稳定性：FPGA芯片具有很强的抗干扰能力和稳定的性能，适合于实时控制的场合。 2. 高速运算能力：FPGA的并行处理能力能够快速响应车流量变化，实时调整信号灯状态。 3. 灵活的编程环境：利用硬件描述语言Verilog HDL，可以灵活地设计出满足各种需求的控制逻辑。 4. 缩短设计周期：FPGA的可编程特性可以大幅缩短产品从设计到测试的时间。 5. 实时数据处理：系统可以实时监控车流量，并根据实时数据调整交通信号。 这种基于FPGA的交通信号控制系统在理论上和实际测试中均表现出良好的性能，可以有效缓解城市交通压力，具有很好的市场应用前景。