基于FPGA的智能交通信號控制器設(shè)計

張卿+曹曉平

摘 要：用VHDL語言設(shè)計智能交通控制系統(tǒng)程序，并在QUARTUS II 系統(tǒng)中下載到FPGA/CPLD芯片中，達到了預(yù)期設(shè)計效果。

關(guān)鍵詞：VHDL；交通燈；智能交通控制系統(tǒng)

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

0 引言

利用FPGA/CPLD 芯片對交通信息控制系統(tǒng)進行設(shè)計，可以減少由于傳統(tǒng)芯片設(shè)計電路元件，降低設(shè)計的成本，縮短設(shè)計的周期，相對傳統(tǒng)的設(shè)計方法具有較大的優(yōu)勢。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 設(shè)計要求

按照交通信號系統(tǒng)的控制要求，每條道路的東西方向和南北方向都設(shè)計安排一組紅燈、黃燈、綠燈以及數(shù)字倒數(shù)計時器。系統(tǒng)的設(shè)計完全按照要求設(shè)置東西、南北方向的三色燈的通斷時間。

1.2 設(shè)計思路

設(shè)計采用了“自頂向下”的設(shè)計方法，將系統(tǒng)的功能電路分為“基本交通燈”、“點陣”、“音樂”、“檢測”、“優(yōu)先通行” 等五個模塊，然后針對每個模塊進行開發(fā)。

1.3 控制器總體功能圖

2 軟件設(shè)計與仿真

交通燈控制器在Quartus II 壞境下設(shè)計，編譯、仿真，采用層次化混合輸入方式進行設(shè)計，即采用頂層原理圖設(shè)計、頂層采用VHDL語言設(shè)計。

2.1 基本交通燈模塊

系統(tǒng)的核心模塊，它控制這東西南北紅、綠、黃燈的交替點亮和數(shù)碼管的倒計時。功能基本如下：“東西方向綠燈經(jīng)數(shù)碼管SM2，SM1倒計時50秒，轉(zhuǎn)為黃燈閃爍10秒，再到紅燈亮60秒。南北方向的紅，黃，綠燈，經(jīng)數(shù)碼管SM6，SM5分別倒計時60秒，閃爍10秒，倒計時50秒，依次不斷的循環(huán)。

2.2 優(yōu)先通行模塊

當(dāng)有優(yōu)先通行的車輛來時，例如：日常生活中的120搶救車，119火警車等。它立刻使正在正常運行的交通燈，轉(zhuǎn)為東西南北方向上的紅燈亮，并且數(shù)碼管閃爍，時間暫停。當(dāng)檢測到優(yōu)先通行的車輛離開，交通燈才恢復(fù)正常狀態(tài)。

2.3 點陣模塊

“點陣”模塊是通過一個16行16列的發(fā)光二極管做成的。當(dāng)綠燈亮?xí)r，它顯示一個十字路口并在十字路口里面顯示一個指示人們通行的指示方向箭頭。它與“優(yōu)先通行”模塊一起使用，當(dāng)有優(yōu)先通行的車輛來時，點陣?yán)锏氖致房诶锩娴募^全部消失，表示東西南北方向的車輛都不能通過。

2.4 音樂播放模塊

本模塊預(yù)先存放幾首優(yōu)美的歌曲。當(dāng)行人在等待紅燈時，緩解人們焦急的心情。當(dāng)不同方向的紅燈亮?xí)r，它可以播放不同的歌曲。

2.5 檢測模塊

該模塊的功能時不斷的檢測東西方向紅、綠、黃燈的正常運行狀態(tài)，如果當(dāng)檢測有異常那么就會使喇叭發(fā)出報警信號。

3 硬件設(shè)計

完成系統(tǒng)設(shè)計仿真后，進行引腳綁定并下載到ACEX1K的EP1K30QC208-2上。

4 總結(jié)

利用QuartusII6.0波形仿真將每個模塊進行仿真，在保證每個模塊的功能正確的基礎(chǔ)上，將五個所有模塊連接起來，形成完整的設(shè)計。再利用QuartusII6.0對整體系統(tǒng)仿真。經(jīng)過系統(tǒng)的仿真以及檢驗和功能測試，整個系統(tǒng)的設(shè)計滿足設(shè)計的要求。最后，再利用QuartusII6.0軟件把將程序下載到Altera 公司的FPGA芯片（EP1K30QC208）中，經(jīng)過檢驗驗證，設(shè)計的結(jié)果達到預(yù)期效果。

參考文獻：

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