基于FPGA的智能交通信号控制器设计

张卿+曹晓平

摘 要：用VHDL语言设计智能交通控制系统程序，并在QUARTUS II 系统中下载到FPGA/CPLD芯片中，达到了预期设计效果。

关键词：VHDL；交通灯；智能交通控制系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.126

0 引言

利用FPGA/CPLD 芯片对交通信息控制系统进行设计，可以减少由于传统芯片设计电路元件，降低设计的成本，缩短设计的周期，相对传统的设计方法具有较大的优势。

1 系统设计

1.1 设计要求

按照交通信号系统的控制要求，每条道路的东西方向和南北方向都设计安排一组红灯、黄灯、绿灯以及数字倒数计时器。系统的设计完全按照要求设置东西、南北方向的三色灯的通断时间。

1.2 设计思路

设计采用了“自顶向下”的设计方法，将系统的功能电路分为“基本交通灯”、“点阵”、“音乐”、“检测”、“优先通行” 等五个模块，然后针对每个模块进行开发。

1.3 控制器总体功能图

2 软件设计与仿真

交通灯控制器在Quartus II 坏境下设计，编译、仿真，采用层次化混合输入方式进行设计，即采用顶层原理图设计、顶层采用VHDL语言设计。

2.1 基本交通灯模块

系统的核心模块，它控制这东西南北红、绿、黄灯的交替点亮和数码管的倒计时。功能基本如下：“东西方向绿灯经数码管SM2，SM1倒计时50秒，转为黄灯闪烁10秒，再到红灯亮60秒。南北方向的红，黄，绿灯，经数码管SM6，SM5分别倒计时60秒，闪烁10秒，倒计时50秒，依次不断的循环。

2.2 优先通行模块

当有優先通行的车辆来时，例如：日常生活中的120抢救车，119火警车等。它立刻使正在正常运行的交通灯，转为东西南北方向上的红灯亮，并且数码管闪烁，时间暂停。当检测到优先通行的车辆离开，交通灯才恢复正常状态。

2.3 点阵模块

“点阵”模块是通过一个16行16列的发光二极管做成的。当绿灯亮时，它显示一个十字路口并在十字路口里面显示一个指示人们通行的指示方向箭头。它与“优先通行”模块一起使用，当有优先通行的车辆来时，点阵里的十字路口里面的箭头全部消失，表示东西南北方向的车辆都不能通过。

2.4 音乐播放模块

本模块预先存放几首优美的歌曲。当行人在等待红灯时，缓解人们焦急的心情。当不同方向的红灯亮时，它可以播放不同的歌曲。

2.5 检测模块

该模块的功能时不断的检测东西方向红、绿、黄灯的正常运行状态，如果当检测有异常那么就会使喇叭发出报警信号。

3 硬件设计

完成系统设计仿真后，进行引脚绑定并下载到ACEX1K的EP1K30QC208-2上。

4 总结

利用QuartusII6.0波形仿真将每个模块进行仿真，在保证每个模块的功能正确的基础上，将五个所有模块连接起来，形成完整的设计。再利用QuartusII6.0对整体系统仿真。经过系统的仿真以及检验和功能测试，整个系统的设计满足设计的要求。最后，再利用QuartusII6.0软件把将程序下载到Altera 公司的FPGA芯片（EP1K30QC208）中，经过检验验证，设计的结果达到预期效果。

参考文献：

[1]潘松，赵敏笑.EDA技术及其应用[M].科学出版社.

[2]茅丰.基于FPGA的出租车计费器设计[D].[硕士学位论文].上海：上海交通大学，2007.endprint