基于FPGA的交通控制燈邏輯電路的設(shè)計(jì)

劉浩宇 李柯星 陳金雪 王穎

摘要：本設(shè)計(jì)通過FPCA技術(shù)，利用Verilog語言編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)紅、綠、黃交通燈的控制，共有分頻模塊按鍵模塊，實(shí)現(xiàn)防止交通堵塞的功能，經(jīng)過測(cè)試，基本實(shí)現(xiàn)紅綠黃燈交替變換的功能，具有解決人們出行問題，節(jié)約時(shí)間的重要意義。

關(guān)鍵詞：FPGA;控制燈邏輯電路;設(shè)計(jì)要求

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）21-0224-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（0SID）：

隨著社會(huì)發(fā)展的越來越快，經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，車輛的數(shù)量在不斷增加，這就造成了嚴(yán)重的交通堵塞問題，影響了人們的出行，交通控制燈可以有效地解決這種現(xiàn)象。現(xiàn)在是數(shù)字化的時(shí)代，電子技術(shù)是20世紀(jì)發(fā)展最迅速，應(yīng)用最廣泛的新興技術(shù)之一，它已經(jīng)成為近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。根據(jù)實(shí)際道路情況，車輛堵塞現(xiàn)象，本文以FPGA作為硬件載體設(shè)計(jì)出了較為智能的交通控制燈邏輯電路。這對(duì)社會(huì)及人們的生活有重大意義。

1 設(shè)計(jì)要求

交通燈控制燈的X方向變量用R1、Y1、G1示意，Y方向的變量用R2、Y2、G2示意，時(shí)鐘CLK的周期為1秒。

（1）滿足表一所示的交通控制燈邏輯電路狀態(tài)功能表。交通控制燈的紅綠黃燈用發(fā)光二極管表示（分別用三個(gè)LED燈）。

（2）在QuartusⅡ軟件平臺(tái)上建立計(jì)數(shù)器電路的頂層電路文件并完成編譯和仿真。

（3）信號(hào)說明：

輸入信號(hào)：時(shí)鐘CP

輸出信號(hào)：X方向輸出量R1、Y1、Gl，Y方向輸出量R2、Y2、G2。

2 總體設(shè)計(jì)

交通控制燈邏輯電路框圖由三部分組成，即五分頻器，狀態(tài)配置電路和組合電路。

3 詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1 五分頻器

分頻器實(shí)現(xiàn)的是將高頻時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成低頻時(shí)鐘信號(hào)，用于觸發(fā)控制器、計(jì)數(shù)器和掃描顯示電路。

3.2 狀態(tài)配置電路

狀態(tài)配置（分配）如圖1所示它將交通控制燈邏輯電路功能表的12種狀態(tài)中的相同狀態(tài)按時(shí)序作狀態(tài)配置，歸納起來有6種狀態(tài)。于是，組合電路根據(jù)狀態(tài)配置變量S[2：0]，并結(jié)合交通控制燈邏輯電路功能真值完成輸出邏輯函數(shù)的組合。

4 仿真

交通控制燈邏輯電路仿真如圖3所示：

由仿真圖四可以看出，在時(shí)鐘（CPA）作用下交通控制燈邏輯電路自動(dòng)按時(shí)序狀態(tài)圖，即狀態(tài)配置圖，實(shí)現(xiàn)功能的12種狀態(tài)并循環(huán)工作，正如十字路口的交通控制燈的工作狀態(tài)一樣。

5 驗(yàn)證

交通控制燈邏輯電路系統(tǒng)演示狀態(tài)如圖4所示：如圖4所示，先是Y的方向紅燈亮，X方向的綠燈亮，其他燈不亮。接著持續(xù)4個(gè)CPB脈沖后，Y方向紅燈亮，X方向綠燈閃爍，其他燈不亮，在持續(xù)1個(gè)CPB脈沖后，Y方向紅燈亮，X方向黃燈亮，其他燈不亮。在持續(xù)1個(gè)CPB脈沖后，Y方向綠燈亮，X方向紅燈亮，其他燈不亮。持續(xù)4個(gè)CPB脈沖后，Y方向綠燈閃爍，X方向紅燈亮，其他燈不亮。在持續(xù)1個(gè)CPB脈沖后，Y方向黃燈亮，X方向紅燈亮，其他燈不亮。接著持續(xù)1個(gè)CPB脈沖后，回到原始狀態(tài)，循環(huán)執(zhí)行。

6 總結(jié)

本設(shè)計(jì)是基于FPGA的交通控制燈邏輯電路的設(shè)計(jì)，通過本實(shí)驗(yàn)，初步了解了FPGA的功能，學(xué)習(xí)了Quartus 2軟件的使用，使用Verilog語言對(duì)分頻器、狀態(tài)配置電路的編程，仿真和對(duì)結(jié)果的驗(yàn)證，證明了其功能。本設(shè)計(jì)解決了現(xiàn)代交通堵塞等現(xiàn)象的問題，大大提高了人們的生活效率。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】

作者簡介：劉浩宇（1998-）女，遼寧凌源人，大連理工大學(xué)城市學(xué)院2017級(jí)電子信息工程專業(yè)，本科在讀，主要從事電子產(chǎn)品開發(fā)研究;通訊作者：王穎（1979-），女，遼寧朝陽人，碩士研究生，大連理工大學(xué)工程實(shí)踐中心，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事嵌入式FPGA系統(tǒng)開發(fā)研究。