基于FPGA的交通信号灯设计 .pdfVIP

《CPLD/FPGA设计及应用课程设计》

课程设计报告

题目：基于FPGA的交通信号灯设计

院〔系〕：信息科学与工程学院

专业班级：通信工程

学生：

2016年03月14日至2016年04月8日

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目录

一设计目的1

1.交通灯介绍2

2.EDA技术的发展2

3.基于FPGA的交通灯的优点3

二设计过程4

1.总体设计思路4

2.总体设计模块5

3.控制电路的模块VHDL设计实现6

3.1分频模块6

3.2定时模块7

3.3状态转换模块8

3.4禁止通行模块12

3.5显示模块14

4.硬件电路设计与调试16

三实验总结17

参考文献17

附录一〔程序代码〕18

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一设计目的

引言：随着社会和汽车工业的快速发展,近几年机动车辆急剧增加,道路超负

荷承载现象日趋严重,致使交通事故逐年增加。交通信号灯是城市交通有序、安

全、快速运行的重要保障,而交通信号灯的正常工作就成了保障交通有序、安全、

快速运行的关键。如何实现人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需

要切实解决的问题。该设计分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合城

乡交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，采用了层次化的设计方

法，基于VHDL语言实现红绿灯的自动指挥的硬件实现方法。通过电路优化设计,

可以使用规模更小的可编程逻辑芯片,从而降低系统成本。

该设计是针对交通信号灯控制器的设计问题，采用EDA技术实现的交通灯控

制电路的设计方案。本设计有效的克服了传统的交通灯控制的缺点而采取自上而

下的设计思路。该设计在软件QuartusⅡ11.0下应用硬件描述语言VHDL语言完

成设计文件，并对其进行了功能仿真和时序仿真，且给出了相应的仿真结果，绘

制出了具体的逻辑电路，最后将其下载到Alter公司生产的CycloneⅡ系列的

EP2C8Q208开发板上进行逻辑验证，实现软件和硬件的安全连接，到达了对交通

灯的自动安全控制的目的。

关键字：交通灯控制；EDA；VHDL；QuartusⅡ；EP2C8Q208

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当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的

手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了

以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世

界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区

的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。1914年由红绿黄三

色圆形的投光器组成的红绿灯始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。1918年，

又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。

信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能

力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协

定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，

左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法

地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对

红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆

不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路

口。

2.EDA技术的发展

EDA是电子设计自动化〔ElectronicDesignAutomation〕的缩写，是指以

电脑为工作平台，融