基于FPGA的交通信号灯控制系统

摘要：为了解决传统交通灯控制系统常采用单片机或PLC等控制芯片所具有的控制不精确、系统外围电路复杂、程序修改不灵活、成本偏高等缺点，利用VHDL硬件描述语言，通过QuattusⅡ软件和以CycloneⅡ系列FPGA为核心的开发板，完成交通信号灯控制系统的设计。该系统具有电路简单、可靠性强、运算速度高、参数易修改等特点。通过软件进行仿真，并在KX_7C5TP型开发板下载模拟，结果表明系统工作正常，控制器能完成预定的设计要求。
关键词：交通信号灯控制系统；VHDL；EDA；FPGA

0 引言
随着社会经济的高速发展，由车辆大幅增加而带来的交通问题日趋严重。因此，作为交通监管系统的重要组成部分，交通信号灯在协调人、车、路的关系时发挥着巨大的作用。
EDA(Electronic Design Automation，电子设计自动化)是依靠功能强大的计算机，对以硬件描述语言HDL(Hardware Description Langu age)为系统逻辑描述手段完成的设计文件加以处理，自动实现既定的电子线路系统功能的一种技术。利用EDA技术进行电子系统设计的最终目标是完成专用集成电路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)的设计和实现。ASIC作为最终的物理平台，集中容纳了用户通过EDA技术将电子应用系统的既定功能和技术指标具体实现的硬件实体。现场可编程门阵列FPGA(Field Programmahie Gate Array)是实现这一途径的主流器件，其特点是具有极大的灵活性和通用性，开发效率高，成本低，技术维护简单，工作可靠性好。

1 设计要求
1．1 应用背景
有一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，主干道为东西向，支干道为南北向。为确保车辆安全、迅速地通行，在交叉道口的每个入口处设置了红、绿、黄3色信号灯及左转向灯，如图1所示。

1．2 要求
(1)主干道绿灯亮时，支干道红灯亮，反之亦然，两者交替允许通行。主干道每次放行40 s，支干道每次放行30 s。每次绿灯亮，前10 s为左转灯亮，后5 s为黄灯亮。余下为直行灯亮。
(2)能实现正常的倒计时显示功能。
(3)能实现总体清零功能：计数器由初始状态开始计数，对应状态的指示灯亮。