基于FPGA的智能交通信號控制器設計

張卿+曹曉平

摘 要：用VHDL語言設計智能交通控制系統程序，并在QUARTUS II 系統中下載到FPGA/CPLD芯片中，達到了預期設計效果。

關鍵詞：VHDL；交通燈；智能交通控制系統

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進行設計，可以減少由于傳統芯片設計電路元件，降低設計的成本，縮短設計的周期，相對傳統的設計方法具有較大的優勢。

1 系統設計

1.1 設計要求

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

1.2 設計思路

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

1.3 控制器總體功能圖

2 軟件設計與仿真

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

2.1 基本交通燈模塊

系統的核心模塊，它控制這東西南北紅、綠、黃燈的交替點亮和數碼管的倒計時。功能基本如下：“東西方向綠燈經數碼管SM2，SM1倒計時50秒，轉為黃燈閃爍10秒，再到紅燈亮60秒。南北方向的紅，黃，綠燈，經數碼管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。

2.2 優先通行模塊

當有優先通行的車輛來時，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，轉為東西南北方向上的紅燈亮，并且數碼管閃爍，時間暫停。當檢測到優先通行的車輛離開，交通燈才恢復正常狀態。

2.3 點陣模塊

“點陣”模塊是通過一個16行16列的發光二極管做成的。當綠燈亮時，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“優先通行”模塊一起使用，當有優先通行的車輛來時，點陣里的十字路口里面的箭頭全部消失，表示東西南北方向的車輛都不能通過。

2.4 音樂播放模塊

本模塊預先存放幾首優美的歌曲。當行人在等待紅燈時，緩解人們焦急的心情。當不同方向的紅燈亮時，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，如果當檢測有異常那么就會使喇叭發出報警信號。

3 硬件設計

完成系統設計仿真后，進行引腳綁定并下載到ACEX1K的EP1K30QC208-2上。

4 總結

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上，將五個所有模塊連接起來，形成完整的設計。再利用QuartusII6.0對整體系統仿真。經過系統的仿真以及檢驗和功能測試，整個系統的設計滿足設計的要求。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，經過檢驗驗證，設計的結果達到預期效果。

參考文獻：

[1]潘松，趙敏笑.EDA技術及其應用[M].科學出版社.

[2]茅豐.基于FPGA的出租車計費器設計[D].[碩士學位論文].上海：上海交通大學，2007.endprint