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基于FPGA的交通灯控制系统
摘要:针对现实中越来越严重的城市交通拥堵现象,提出了一种城市十字路口
交通信号灯控制与FPGA实现的新方法。利用超高速硬件描述语言VHDL设计十
字路口交通信号灯控制器,实现主干道和支干道的交通控制功能,实时监测每个
路口的车辆通行情况,以此更改主干道与支干道的交通灯状态,提高十字路口的
车辆通行效率,最后通过硬件测试实现具体功能。
关键词:VHDLFPGA交通灯控制
一、概述
1.1设计要求:
(1)设计一个交通信号灯控制器,由一条主干道和一条支干道汇合成十字路
口,在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯,红灯亮禁止通行,绿灯亮允许通
行,黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。
(2)红、绿、黄发光二极管作信号灯。
(3)主干道处于常允许通行的状态,支干道有车来时才允许通行。主干道亮
绿灯时,支干道亮红灯;支干道亮绿灯时,主干道亮红灯。
(4)主、支干道均有车时,两者交替允许通行,主干道每次放行45秒,支
干道每次放行25秒,设立45秒、25秒计时、显示电路。
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(5)在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中,要亮5秒黄灯作为过渡,使行驶
中的车辆有时间停到禁行线外,设立5秒计时、显示电路。
1.2课题分析
(1)主支道路分4种行车状况,无无、无有、有无、有有,此信号从传感器
输出信号得到,作为系统的输入,在本系统中用拨片开关模拟状态输入。
(2)主支道路有4种亮灯情况:主绿支红、主黄支红、支绿主红、支黄主红。
(3)只要支路无车通行,则一直为主绿支红状态,只有支路有车通过才会进
入支绿主红状态。
(4)系统可以根据行车情况智能进入相应亮灯情况,提高了十字路口的通车
效率。
(5)用6个发光二极管作为主道路绿黄红三灯显示输出和支道路绿黄红三灯
显示输出;用4个数码管分别作为主支道路倒计时显示输出。
二、系统方案设计
2.1整体模块设计
2.1.1整体设计思路
整体设计思路为:交通灯控制系统主要包括两个模块,即交通灯控制模块和
倒计时显示模块。首先利用教学实验箱提供的1HZ时钟信号,实现计数功能,
1s计数一次,同时设定主干道、支干道的交通灯的具体亮灯时间,并将计数结
果传给倒计时模块,以实现倒计时模块显示的时间与交通灯的状态相对应。在交
通灯控制过程中,用状态机来实现,设定主干道、支干道的行车检测信号,用以
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进行状态变换。每进入一个状态就开始计数,该状态结束则清零,在下个状态开
始时重新计数,实现每个状态亮灯时间不同的需求。
2.1.2整体设计框架
根据系统要求可知:
输入信号为系统时钟,主支道路行车情况模拟输入。
输出信号为主支道路红绿黄显示信号、倒计时显示。
2.2交通灯状态转换模块设计
由原理分析可知系统需要在4种亮灯状态之间切换,所以需要设计一个状态
转换控制模块,而倒计时显示则来自内部的计数,所以状态转换模块内部包含了
计数模块,又因为二极管模拟红绿灯显示是和亮灯状态紧密相关的,所以相应的
二极管控制整合在状态转换控制模块内部。故在状态转换模块内部包含3个子模
块,分别为计数模块、状态转换控制模块、二极管实现模块。最后因为数码管动
态显示模块需要根据亮灯状态决定输出,所以本模块还需增加计数输出以及状态
输出信号。该模块计数采用1hz的时钟脉冲,以期实现交通灯的秒数设置。
状态循环控制:
S0:主干道绿灯支干道红灯45s
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S1:主干道黄灯支干道红灯5s
S2:主干道红灯支干道绿灯25s
S3:主干道红灯支干道黄灯5s
2.3数码管倒计时显示模块设计
由于此模块采用了数码管的动态显示原理,所以代码量较多,单独分为一个
模块,又因为动态显
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