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)常采用單片機或PLC等控制芯片所具有的控制不精確、系統(tǒng)外圍電路復雜、程序修改不靈活、成本偏高等缺點，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)的設計。該系統(tǒng)具有電路簡單、可靠性強、運算速度高、參數易修改等特點。通過軟件進行仿真，并在KX_7C5TP型開發(fā)板下載模擬，結果表明系統(tǒng)工作正常，控制器能完成預定的設計要求。
關鍵詞：交通信號燈控制系統(tǒng)；VHDL；EDA；FPGA

0 引言
隨著社會經濟的高速發(fā)展，由車輛大幅增加而帶來的交通問題日趨嚴重。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)調人、車、路的關系時發(fā)揮著巨大的作用。
EDA(Electronic Design Automation，電子設計自動化)是依靠功能強大的計算機，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計文件加以處理，自動實現(xiàn)既定的電子線路系統(tǒng)功能的一種技術。利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的最終目標是完成專用集成電路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)的設計和實現(xiàn)。ASIC作為最終的物理平臺，集中容納了用戶通過EDA技術將電子應用系統(tǒng)的既定功能和技術指標具體實現(xiàn)的硬件實體。現(xiàn)場可編程門陣列FPGA(Field Programmahie Gate Array)是實現(xiàn)這一途徑的主流器件，其特點是具有極大的靈活性和通用性，開發(fā)效率高，成本低，技術維護簡單，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，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)能實現(xiàn)正常的倒計時顯示功能。
(3)能實現(xiàn)總體清零功能：計數器由初始狀態(tài)開始計數，對應狀態(tài)的指示燈亮。