基于FPGA的交通灯控制器设计(VHDl代码全,各个模块均调. .pdfVIP

2.3FPGA主控实现方案设计

结合已有的PLC实现和单片机应用实现的经验,并吸收两种设计的优势之处,

再根据交通灯控制系统的设计要求和FPGA模块化功能实现,确定了以下方案,因每

个方向相对的信号灯状态及倒计时显示器的显示完全一致,根据设计要求和系统所

具有的功能,交通灯控制器系统框图如图2-6所示。

图2-6交通灯控制器系统框图

确定的方案中,系统具有复位功能,能使系统重新开始计时;在红绿灯交通信号

系统中,大多数的情况是通过自动控制的方式指挥交通的,但为了配合高峰时段,防

止交通拥挤,有时还必须使用手动控制。为此主体包括系统复位,手动/自动,红绿灯

切换,主控模块,显示器,报警器。具体主控部分用FPGA来实现。

图2-7交通灯通行示意图

结合实现方案,主要有东西、南北、南北左拐,东西左拐,跟手动控制5种工作方

式,具体由M2~M0设定,具体如表2-1。

表

2-1交通灯工作方式表

方式M2(0:自动,1:手动M1(0:A向,

1:B向

M0(O:直行,1:左拐

1000

2001

3010

4011

51**

当出现特殊情况时,可选择方式1到方式4中的任何一种方式,停止正常运行,进

入特殊运行状态。此时交通灯按工作方式显示,计时电路停止计时,计时时间闪烁显

示。当系统总复位时,控制电路和计时电路复位,信号灯全部熄灭。

3各功能模块的设计与实现

3.1总体设计思路

3.1.1系统组成框图

结合设计任务要求和确定的实现方案,假设某个十字路口是由一条主干道和一

条次干道回合而成,在每个方向设置红绿黄3种信号灯,红灯亮禁止通行,绿灯亮允

许通行。黄灯亮允许行驶中车辆有时间停考到禁止线以外。

按照自顶向下的层次化设计方法,整个系统可分为4个模块,系统时序发生电

路、红绿灯计数时间选择模块、定时控制电路、红绿灯信号译码电路。其系统组

成方框图如图3-1所示。

图3-1交通灯控制器系统组成框图

在自动控制模块时,绿灯亮为55秒,黄灯亮为5秒,红灯亮为60秒。其外部硬件

电路方面包括:两组红绿灯(配合十字路口的双向指挥控制、两级七段显示器(配合

绿灯倒计时显示、一组手动与自动控制开关(针对交通警察指挥交通控制使用。

3.1.2交通灯的状态转换图

图3-2主干道状态转换

图3-3支干道状态转换

由上面的两个干道的状态转换图可知,两个方向的先设计成并列的,即都是按

照倒计时信号进行状态跳转,然后再加入两者之间的限制关系和SIGNAL信号。

交通灯的控制过程可以分为四个阶段,对应的输出有四种状态,分别为

S0,S1,S2,S3,四个阶段的灯亮状态如表3-2。

表3-2四个阶段的灯亮状态表

状态灯亮情况格雷码

S0状态主干道绿灯亮,支干道红灯亮00

S1状态主干道黄灯亮,支干道红灯亮01

S2状态主干道红灯亮,支干道绿灯亮11

S3状态主干道红灯亮,支干道黄灯亮10

对于上述的S0和S2状态要加以说明:首先,当主干道方向55秒计时结束时,若

支干道方向无车时,这时控制器应继续运行在S0状态,再运行55秒,等到下一次计时

结束时再行判断;当主干道55秒计时结束,若支干道方向有车,则按照状态转换图进

行跳转。同理,支干道也执行相同的处理。

其次,当支干道开始绿灯亮时,规定必须保持支干道方向一直有车时,支干道方

向的绿灯才能继续维持,否则在计数未结束但支干道无车时,执行从S2状态跳转到

S3状态;若支干道有车一直维持到55秒计数结束,那么也要执行状态转换。

3.2功能模块设置及实现

结合前面的系统设计框图和状态设置,把主控部分分为主控制模块,55秒倒计时

模块,5秒倒计时模块,倒计时时间选择驱动模块,倒计时时间选择模块,1KHz时钟

信号模块,1Hz计数时钟信号模块,倒计时时间数据多路选择模块,动态显示驱动模

块,显示数据多路选择模块,显示数据译码模块。

系统采用的是系统级层次设计方法,对整个系统进行方案设计和功能划分,系统

的关键电路用一片FPGA芯片实现,首先