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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