基于FPGA的交通灯控制系统(完整资料).doc

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1、基于FPGA的交通灯控制系统(完整资料）(可以直接使用，可编辑 优秀版资料，欢迎下载）基于PGA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HDL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:VHD FPA 交通灯控制一、 概述11 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

2、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5秒，支干道每次放行25秒，设立45秒、25秒计时、显示电路。（）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

3、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。 整体模块设计2。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1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

4、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。.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

5、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1h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:主干道黄灯支干道红灯5S2：主干道红灯支干道绿灯25s:主干道红灯支干道黄灯5s2。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，又因为动态显示倒计时间是与亮灯状态紧密

6、相关的，所以必须从交通灯状态控制模块获取相关的状态输入，引出状态输出信号，以供本模块使用。又因为动态显示需要较高的时钟频率，所以本模块的时钟信号采用系统输入信号，而非之前计数的1hz时钟。4位数码管的前两位显示支干道的亮灯时间，后两位显示主干道的亮灯时间。三、 硬件设计31总体设计框图由ck1z输入,用来计数，道路行车检测由pas_sta，pss_ta0控制，ass_state1为主干道行车检测，pas_state为支干道行车检测。1为有车通行,为无车通行，输出为数码管的位选信号和段选信号，以及个二极管控制信号。3。交通灯状态转换模块输入计数时钟和行车控制，输出主干道以及支干道红绿黄三灯的控制

7、信号，最重要的是将此时的计数时间输出给倒计时模块，并将4个状态的状态输出信号给倒计时模块,实现在对应的状态下显示对应的时间。3.3数码管倒计时显示模块为了实现数码管动态扫描,此模块的时钟使用较高频率,，输入上级电路的计数输出和状态输出,给出位选以及段选信号的控制.四、 硬件测试41 引脚分配Pin_3-1h时钟输入，用于状态控制模块in_-2khz时钟输入,用于数码管动态扫描i_41 支干道行车模拟输入Pin_-K2主干道行车模拟输入i_6,Pn_8，Pin_10数码管位选信号Pi11,Pin12，Pin_13，Pi_14，in_15，Pi_30，Pin_数码管段选信号Pin34-1主干道红灯

8、Pn_35-Y1主干道黄灯Pin_36G1 主干道绿灯n_3-R2 支干道红灯in_39Y 支干道黄灯Pin0G 支干道绿灯4.2仿真结果交通灯显示:倒计时显示:1状态（支红主黄):S0状态(支红主绿）五、 总结基本实现了设计所需的功能，能根据道路行车情况实现交通灯的智能控制，并将红绿灯通行的时间通过数码管直观显示出来，较好的完成了十字路口交通情况的模拟.六、 附录6. 顶层模块源程序LBRARY IEE； -自动交通灯控制系统顶层描述UEIEE.ST_GI164。LL；S IEEST_OIC_USIGNDALL;ENTIT RAFICHT_OTRLISPRT( CLK1h，CLK1h: N

9、ST_OG;-信号时钟输入ASSATE ： INTD_OGI_VCTOR(1 DOWNO 0)；-主支通道的通车情况，低位为支通道高位为主通道，为无车1为有车ALIT: OUT STLGC_VECTOR（2 DOWNTO 0)；-主干道红绿黄灯控制信号LIGT : UT STD_LOGI_VCOR（2 DNTO 0）; -支干道红绿黄灯控制信号SE: OUT STDOI_CTOR（2 DWT 0）；-输出数码管位选信号LED7S ：UT STDLOIC_CT（ DOWNO0） -输出数码管段选信号）;EN NTITYTAFFIC_LIG_CONTROL；RCITECURbaOF TRAFFI_

10、IHT_CONTROL SCOMPONET STTECROLORT （ CK： IN STD_LIC;Hz时钟信号输入ASS_STATE_IN ： STD_LG_ECTOR(DOWNT ）；-主支通道的通车情况,低位为支通道高位为主通道，0为无车1为有车A_IHT： OU STD_OGI_ECTOR(DOWNT )； -主干道红绿黄灯控制信号B_LIH： OUT STD_GIC_VETO（2 OWNTO 0）; -支干道红绿黄灯控制信号CTOUT ： OUSTD_LOIC_VECTOR(5 ONTO 0）; -已计数时间输出STATEOT :UT SD_LOI_CTOR（1 OWNTO 0）

11、-状态输出,传递给数码显示模块);END OONENT；COMONEN DIPLAYPORT（ L2 ： INTD_LOIC； -1KH时钟信号输入CNTI： N D_LOGC_VECTOR（ OWN )；-亮灯已过时间输入STI ：IN T_LOIC_VECOR(OWN 0)； 状态输入EDO ：UT STD_OGC_ECTOR（6 DOWTO 0）； -数码管段选信号输出SELUT : OU T_LIC_VEOR（2 ONTO) -数码管位选信号输出）；END COMPNNT；INAL MSAE : STD_OGIC_R（1 DOWNO 0)； 中间信号传递通车状态SIGL MCN ：ST

12、D_LOICVCTR(5 DOWNTO )； -中间信号传递亮灯已计数时间GIN 例化语句U1： STATE_CONTOPOR MA （CLK1CK1hz，PAS_TAT_IN=AS_TATE，B_LIHBLIH,A_GHT=IGHT, OUT=MCNT， STAOUTMSTATE);2: ISLA OT MAP（=CLKhz，NTN=MC,TATNSTATE,LED7SOUTLD7S，SLOUT=SEL)；END ARCHITECTUbv;6.2 交通灯状态转换模块源程序LIBRRY E;SEIEEE。SDGIC_1164.LL;UE IEEE。STD_LOGIC_UNSGED.ALL;EN

13、IYSTATE_CNTRL IGNERI ( GREEN_CN：TGER:=5; -主通道绿灯亮的时间45 ELOWA_N：TEER：5； -主通道黄灯亮的时间5 RENB_CN:INGER:=25； -支通道绿灯亮的时间25 LLOB_NT：IEGER:=5）；-支通道黄灯亮的时间5sPRT ( CLK1： INSTD_LOIC； -1Hz时钟信号输入PASS_STAIN: IN SD_LOG_VECT（1DONO 0）; 主支通道的通车情况，低位为支通道高位为主通道,0为无车为有车A_GHT ： OTSD_LI_VEOR(2 DOWO 0)； 主干道红绿黄灯控制信号_GHT ： OUT T

14、D_LGICVECTO（2 OWNTO 0）； 支干道红绿黄灯控制信号CNTT ： OTTDLO_VETOR（5DOWNO0); -已计数时间输出STATET : U STD_L_VETOR（1 DOWNO ） -剩余时间输出显示）；ND NTITYSTTE_CONOL;ACHTECTUR behaOFSTATE_CNTOL SYE STTS I （T，T,S,ST）; -个状态分别为【主绿支红4s、主黄支红5s、支绿主红25s、支黄主红5s、】SIGNATATE : SAE:=S0； -初始化状态为状态0SGNA CT_EN :STD_LOGIC:=0；-计数使能控制信号，初始不计数SIAL

15、 CNT : STD_LOGICECTOR（5WNO 0）：=0001； -因为初始不计数,但已过一个周期,所以初值为1BEGNOCESS(K1）BEGNIF CK1VET AN CLK1 = TEI （T_EN1） E-计数模块CN=T+；ELSEC STATE=ST0；WEN01 STT=S；WE 0 = STATE=T0;WHEN 11 TATE=ST1；WE OTHERS =NUL；NDCAE；ESESTATETATE=T2;EN 10” SE NUL；END CASE;ELSTTE=T； 若计数未满则为原来状态ND;WH 2= -支绿主红若计数满25s则根据主支通道的通车情况决定转入

16、下一个状态IF （=GEEN_CNT） THCASE PASS_STA_ SWHN00 = STTE=ST3;WHN 0 =TATE=T2;HN 10 = SATE=ST3;WHEN ”11”= STATENULL；NCSE;ELSESTT=ST2; 若计数未满则为原来状态END ；WEN ST3 = -支黄主红若计数满5则根据主支通道的通车情况决定转入下一个状态IF (CNT=YELA_NT） THENCAS A_ATE_I IHE 0” STESATE=ST0；WH ”1 = STATE=ST0；HN OTHER= NUL； ASE;ESATE=T3; -若计数未满则为原来状态ND IF;

17、EN CASE；END ;CNTUT=NT;END POES；PROCESS(SAT)BEGNCASE STE ISWHEN T=-状态0时主绿支红A_LIGHT=10；BG”100;CT_=1;STATEUT=”; -将当前状态传递给数码管显示模块，以供后续使用F (CNT=GREENA_CT) THEN _EN=0; END I;WHEN ST1= 状态1时主黄支红_LIHT=01”;B_LGH=”10”;CNT_EN1；STAEOU=”0”；-将当前状态传递给数码管显示模块，以供后续使用F （NTYLLOWA_CNT) HEN CT_EN=0； E IF;WN S2 =状态时支绿主红_I

18、H”10;B_LIG=010；NT_E=1；SET=10; -将当前状态传递给数码管显示模块，以供后续使用IF （NT=GRENB_CN）THENC_EN=； EDF;WHE S3 = -状态时支黄主红 A_LGHT100”；B_LGHT=001；CT_EN ITSEL:001； SO”01”;HEN”0” BITSEL：=00； SELOUT=00；HEN 00 SE：=011”； SELOUT BITSEL:=0;SEOUT=00”;WEHE =NULL；N CS;DF;-动态显示模块-AE STAEINE 0” = -主绿支红状态OKCS BIEL ISWHE 000 = -主绿支红状态

19、 点亮支干道十位数字 OCASE CNTIN ISWN”00001 = LE7SOT= ”01； -01 50WHEN ”00000 = LD7SOUT = ”1100110”； 0 4WHEN”000011” LD7SUT D7OUT = ”11110”；WEN010” = LEDSOT = ”100110； -06 4WHN 0011 = LED7ST LED7OT = 1100”；WHEN 00100” =LE7SUT = ”110110;WE001010 LED7SOUT = 11010”；WEN 00011” = LED7SU = ”11010；-1 4WEN ”01100” = L

20、ED7SOUT=100111;E ”011= LED7SOUT= 100111;WEN”00111 LEDSOT”00111；WEN 00111” =LED7ST = ”0011；WEN 010000”= LED7SOTLE7T LE7SUT ”1011;WHN 0100 = LD7SOUT = ”001111”；WN”01100 = LED7SUT 1001111；EN 01010 LDSU = 00111”; 1 3HEN 01010 = LSUT LSUT LD7UT = 101101；WHEN ”1111= SOUT ED7SOUTLEDSOUT LED7SOUT= 00010”； 3

21、 5HEN 0001=LED7SOT = 0010;HEN 1001 = ED7OUT=000010；WHE ”100111 LED7SOUT = 0010”;HEN 101000” = LD7ST LED7SOUTLDSOU = 01111;WHEN 1010 = LD7SOT LED7SOUT = ”1111；WE1101= EOT D7SOT = ”011111； -01 50EN00010 = LEDSOU = 110111”； 02 49WHEN”000011” = LD7SO ”111111”;HEN ”00100” = LED7SOUT = 0011;WHE ”00010= ED

22、SOU = ”111110”；WHEN 00010” = LE7SOU = ”10101；WHEN”011 = ED7SOUT =”110110”；-07 4WHEN”0100= EDSOUT = ”10111”;WEN ”0101 = E7SOUT ”101101；HEN 0101 = ED7SOT =00011;WN 00011” = LED7SOU = 011111；WE010 LE7SOUT = 11011; -12 3WHEN 0011”= LDSOUT = ”1111；HEN ”00110 E7SOUT = ”0011;WHE ”00111 =LED7SOT = 111101”；W

23、HN ”010000” LD7SOT= 111101”;WHEN ”00001” = LD7SUT = 110110； -17 34WHEN ”00010LEDUT = 100111；HEN 10011” =LD7SOT 101011;WE”10 =ED7SOUT E7OT =”110111”； - 29WHN10111 = ED7SOUT = ”111111”;WHEN 1100 =LED7T LEDSOU = 11101;WHEN”011010” = LED7SOU = 1010；HEN ”01111=D7O = ”10010； -27 2WHEN ”0110” LED7SOUT EDOU

24、LED7SUT LEDSOUT = 11111;WHEN000” = LE7OU LEDSOT = ”110111”;WHEN 0011 LED7OUT = ”110010； 7 4HE 10010” LED7SU = ”100111”;WHE 100111 LED7SOU ”10011”;HN 1010= LED7SOUT= 00001”；WEN 01001” = E7SOUT = 1111; -1 09WHN ”101010 = LED7SOUT LED7SUT LED7SOT = ”00111”;EN ”110 = LED7SU = ”111101； -45 06WHN OTS = NU

25、L；END AE；WHE ”010 = -主绿支红状态 点亮主干道十位数字 OKCASE CNTIN SWHN 00000” = LSOU =11101； -06HEN 000= LED7SO LED7SOU=”11110；EN000111” =LE7SOUT= 101111;WHEN 01000 ED7O = 1111；WHN00101” LDOT = 0111”；WHEN ”0001 = LEDSOT = 011； -036WHEN0011” = LED7SOUT LED7SOUT LED7OUT LEDSOUT= ”100111”；E ”01000 =ED7SOT 1101”；WEN”0

26、100” EDSOUT 011011”；HEN01011 LE7OT D7SOT =10111;-20 26WHN”010101 = ED7T =”01101”；WHEN 01110= LED7SOT=1101;WHE 0101 =LSOUT ED7SOUT 1011011”;WEN01011 = LED7OT = ”0000110”；WHEN100” LE7SOT LED7OUT= 0000110”;WHEN”1110 =ED7OU ”011”;-30 1EN ”111= LD7UT= ”00010；WH 1000 = LD7SOT = ”00011；WHEN001” =LED7SOUT L

27、EDSOUT 11”;WHEN 100110 ED7SOU 1111;HEN 101 =ED7SOUT LED7SOUT LESU =11111；WHE 101” LED7SOT 011111； -5 0WHENTHER = L；END SE；E 01 =主绿支红状态点亮主干道个位数字 OKCAS CNTIN SWEN ”000 =ED7SOU = 111101； -0 46HEN ”00001 ED7SO = ”10111；01 5WH 00010 = LED7SOUT = ”0110;HEN00001 =L7UT 100111”;HEN 00100” = LED7SOUT LEDSOU = ”011”； -6 0WHEN ”0001 =LED7SO =1111；WHEN 000 LD7SOT = 111111”;WHEN 0000 = ED7OT LEDSOUT