基于FPGA的数字交通灯控制器设计开题报告定版 .pdfVIP

武汉理工大学毕业设计（论文）

武汉理工大学

本科生毕业设计（论文）开题报告

一.目的及意义（含国内外的研究现状分析）

在世界经济飞速发展的今天，中国的经济、科技、文化各方面的发展也在快

速进行着。而伴随着中国城市化进程的加快，由此也会带来很多问题：城市人口

和车辆不断增加，我国的城市交通面临着越来越严重的问题，其中表现比较明显

[1]

的就是城市交通拥堵和交通安全。而城市的交通秩序主要靠路口的红绿灯来控

制，红绿灯的技术源于19世纪，它的存在对于疏导车流量、提高道路使用效率

有极大的提高[2]。

智能交通灯的设计是数字系统设计中一个典型的实例，而可编程器件的发展

和应用也为数字系统的设计带来了极大的方便，可编程逻辑器件通过软件编程，

可以使硬件设计变得和软件设计一样易于实现。自21世纪开始，EDA技术得到

了充分的发展，所谓EDA技术，即以计算机为工作平台，以相关软件为开发环境，

以硬件描述语言为设计语言，以大规模可编程器件为载体的电子产品自动化设计

技术[3]。而在目前的数字系统设计中，当所设计的系统比较复杂时，相应的电路

设计难度和系统的调试难度也会提高，同时，使用的中小型集成芯片的数量也会

大大提高，导致设计成本增多。因此，在数字系统设计中使用EDA技术是很有必

要的。

目前，基于大规模可编程器件（FPGA/CPLD）的EDA技术在不断发展，相关

应用领域也在不断扩大。在数字系统的设计中，相比其他中小规模集成电路，应

用大规模可编程器件有很多优点，除了能简化设计电路方案，节省设计成本外，

而且因为它集成度较高，所以系统的运行速度快，可靠性也很好，再结合其并行

工作方式，使得它在要求较高的系统中应用很广泛[4]，所以本文中的交通灯控制

系统也将采用基于FPGA的设计方法来实现。

在运用EDA技术设计数字系统时，通常采用VHDL硬件电路描述语言，实现

系统的设计后，在集成开发环境中进行综合、仿真并下载到FPGA中，完成控制

系统的功能设计[5]。VHDL是一种比较规范的硬件描述语言，它的设计描述可以

被不同的工具所支持，同时也能用不同的器件来实现。利用VHDL语言自顶向下

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的设计方法来设计交通灯控制系统，能够较好地发挥出该语言的可读性和易于实

现功能的特点，除了能实现良好的控制功能外，而且稳定、可靠、易于理解[6]。

因此，在设计交通灯控制系统时，可以用VHDL语言在开发平台上进行完成。

在城市的交通灯控制系统设计中，国内大多数研究成果都采用转换时间间隔

[7]

的方法来控制路口的交通情况，但是在不同时刻，路口的车流量不同，采用这

个方法容易造成城市道路资源的浪费，不仅没有使城市道路得到合理的使用，而

且可能会造成城市交通的拥挤及其他交通问题。为了更好地解决此类问题，将采

用上述EDA技术，基于FPGA和VHDL语言对交通灯控制器进行设计[8]。

二.研究的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

1.基本内容

在由一条主通道和支通道组成的十字路口，入口处由红，绿，黄三色信号灯

组成的交通灯控制车辆运行，设计出一个能控制路口红绿灯的交通灯。

2.目标

要求基于FPGA设计出一个交通灯控制器，并能实现以下控制功能：红灯亮

时，禁止该通道车辆通行；绿灯亮时，允许该通道车辆通行；黄灯亮时，提示该

通道车辆停在禁行线外。同时，要求设计交通灯控制系统的主控电路、定时电路、

译码驱动电路等功能模块，给出逻辑赋值状态表并简化状态方程。设计交通灯控

制器主控电路，并实现其VHDL语言实现。

3.技术方案及实施

首先根据所要求交通灯控制系统的功能，将各个时间段的交通灯功能状态转

换成相应的状态图。采用EDA技术在数字系统中自上而下的设计方法，将整个控

制系统划分成不同的几个模块:主控模块，定时器模块，译码模块和显示器模块

等，定义好各个模块的基本功能后，开始用VHDL语言分别对各个模块进行编程，

编译完成后对整个设计的控制系统进行仿真，最后将编写的程序下载到FPGA芯