基于FPGA的交通紅綠燈控制器

1、基于FPGA的交通紅綠燈控制器 ： 學(xué)號(hào)： 專業(yè): 班級(jí)：目錄1.設(shè)計(jì)思路11.1設(shè)計(jì)思想11.2 系統(tǒng)功能與要求11.3總體設(shè)計(jì)22.主要模塊設(shè)計(jì)程序42.1主控制模塊42.2主程序52.3定時(shí)計(jì)數(shù)器模塊153. 所實(shí)現(xiàn)功能說(shuō)明143.1實(shí)現(xiàn)功能143.2仿真波形144. 所設(shè)計(jì)原理圖與故障分析155.心得體會(huì)17參考文獻(xiàn)18附錄1 元件清單19附錄2 管腳201.設(shè)計(jì)思路1.1設(shè)計(jì)思想  交通燈是城市交通監(jiān)管系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)于保證機(jī)動(dòng)車輛的安全運(yùn)行，維持城市道路的順暢起到了重要作用。目前很多城市交叉路口的交通燈實(shí)行的是定時(shí)控制，燈亮的時(shí)間是預(yù)先設(shè)定好的，在時(shí)間和空

2、間方面的應(yīng)變性能較差，一定程度上造成了交通資源的浪費(fèi)，加重了道路交通壓力。本文利用FPGA的相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)了交通燈控制系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)際情況，交通擁堵時(shí)由交通警察人工控制某方向上的放行時(shí)間，以便按照交通負(fù)荷疏導(dǎo)阻塞車輛。整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)Max+Plus軟件進(jìn)行了模擬仿真，并下載到FPGA器件中進(jìn)行硬件的調(diào)試，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈控制電路完全可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，具有一定的實(shí)用性。1.2 系統(tǒng)功能與要求 交通紅綠燈控制器，假定十字交叉路口的兩個(gè)方向各有一組紅，黃，綠三個(gè)燈組成的交通燈設(shè)計(jì)一個(gè)可以由交通警察人工控制的紅綠燈控制器，要求：（1） 正常時(shí)，交通放行十字交叉路口的橫縱兩個(gè)方向，放行時(shí)間相等

3、；（2） 交通堵塞時(shí)，由交通警察人工控制某個(gè)方向的放行時(shí)間，以便按照交通負(fù)荷疏導(dǎo)阻塞車輛；（3） 在正常運(yùn)行狀態(tài)下，兩組交通燈按以下規(guī)律自動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在不同時(shí)刻分別放行不同方向的車輛：（綠，紅）2s（綠，黃紅）0.5s（黃，紅）2s（黃紅，紅）2s（紅，黃）1s（紅，綠）5s（紅，黃綠）0.5s（紅，黃）2s（紅，黃綠）2s（黃，紅）1s（綠，紅）3s（括號(hào)以逗號(hào)分割的分別為橫，縱兩方向點(diǎn)亮的交通燈，橫向紅綠黃燈分別用LEDR0，LEDG0，LEDG1,表示，縱向紅綠黃分別用LEDR4，LEDG4，LEDG5表示）（4） 人工控制放行的方法是，在欲放行某個(gè)方向時(shí)按下該方向的“放行”按鈕（控制）

4、橫向使用KEY0控制縱方向使用KEY1），則紅綠燈自動(dòng)將相應(yīng)方向的道路方向，此后不會(huì)放行另一方向的道路，這時(shí)候若只按一次“恢復(fù)到正常狀態(tài)”（KEY3），則整個(gè)系統(tǒng)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。（5） 可使用VERLOG HDL語(yǔ)言和原理圖來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和下載驗(yàn)證。圖1 十字路口示意圖1.3 總體設(shè)計(jì)交通燈控制器系統(tǒng)框圖如下圖所示所示，包括置數(shù)模塊，計(jì)數(shù)模塊，和主控制器模塊。置數(shù)模塊將交通燈的點(diǎn)亮?xí)r間預(yù)置到置數(shù)電路中，計(jì)數(shù)模塊以秒為單位倒計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)數(shù)值減為零時(shí)，主控電路改為輸出狀態(tài)，電路進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)的倒計(jì)時(shí)。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)清晰，將置數(shù)模塊，計(jì)數(shù)模塊視為整個(gè)電路的數(shù)據(jù)通道，與主控制器模塊構(gòu)

5、成了“數(shù)據(jù)通道+控制器”的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。因?yàn)閷⒍〞r(shí)計(jì)數(shù)器劃歸到了數(shù)據(jù)通道，使得控制器的狀態(tài)數(shù)大大減少，主控制部分可以按照有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)。2. 主要模塊設(shè)計(jì)程序2.1 主控制模塊交通燈控制原理圖：根據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)要求的分析，主控單元的輸入信號(hào)有：（1） 時(shí)鐘信號(hào)；（2） 復(fù)位清零信號(hào)reset(reset=1表示系統(tǒng)復(fù)位恢復(fù)到正常狀態(tài))；（3） 按鍵信號(hào)KEY(由KEY0,KEY1，KEY3組成，KEY0=1表示橫向方向放行車輛，橫向亮綠燈，縱向亮紅燈；KEY1=1，表示縱向方向放行車輛，縱向亮綠燈，橫向亮紅燈；KEY3=1表示恢復(fù)到正常狀態(tài)）；（4） 定時(shí)計(jì)時(shí)器的輸入信號(hào)sensor（由sensor1,

6、sensor2,sensor3,sensor4,sensor5組成，該信號(hào)為高電平時(shí)，分別表示2s,0.5s,1s,5s,3s的計(jì)時(shí)完成）。輸出信號(hào)有：（1） 橫向交通燈控制信號(hào)（LEDR0，LEDG0，LEDG1）;（2） 縱向交通燈控制信號(hào)（LEDR4，LEDG4，LEDG5）;（3） 控制狀態(tài)信號(hào)：state(輸出到定時(shí)計(jì)數(shù)器，分別表示2s,0.5s,1s,5s,3s計(jì)時(shí))。主控單元的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖：主控制模塊程序：module traffic_control(clock,reset,KEY,sensor,LEDR0，LEDG0，LEDG1，LEDR4，LEDG4，LEDG5);input

7、clock,reset,KEY,sensor；output LEDR0，LEDG0，LEDG1，LEDR4，LEDG4，LEDG5;parameter st0=0,st1=1,st2=2,st3=3,st4=4,st5=5,st6=6,st7=7,st8=8,st9=9,st10=10,st11=11;reg2:0 state,nxstate;reg LEDR0，LEDG0，LEDG1，LEDR4，LEDG4，LEDG5;always (posedge clock) beginif(!reset)state=st1;elsestate=nxstate;endalways (state or K

8、EY or sensor ) begin case(state) st1:begin if (KEY0) begin nxstate=st1; LEDR0=1'b0;LEDG0=1'b1;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b1;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b0;end else if(KEY1) begin LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b0;LEDG4=1'b1;LEDG5=1'b0; nxstate=st6;end else

9、if(KEY3) LEDR0=1'b0;LEDG0=1'b;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b1;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b0; nxstate=st1;else if(sensor1) begin LEDR0=1'b0;LEDG0=1'b1;LEDG1=1'b1; LEDR4=1'b1;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b0; nxstate=st2; end end end st2:begin if (KEY0) begin LEDR0=1'b0;LEDG0=1

10、'b1;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b1;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b0; nxstate=st1;end else if(KEY1) begin LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b0;LEDG4=1'b1;LEDG5=1'b0; nxstate=st6;end else if(KEY3) LEDR0=1'b0;LEDG0=1'b1，LEDG1=1'b1; LEDR4=1'b1;LEDG4=1'

11、;b0，LEDG5=1'b0; nxstate=st2;else if(sensor2) begin LEDR0=1'b0;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b1; LEDR4=1'b1;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b0; nxstate=st3; end end end st3:begin if (KEY0) begin LEDR0=1'b0;LEDG0=1'b1;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b1;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b0; nxstate=st

12、1;end else if(KEY1) begin LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b0;LEDG4=1'b1;LEDG5=1'b0; nxstate=st6;end else if(KEY3) LEDR0=1'b0;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b1; LEDR4=1'b1;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b0; nxstate=st3;else if(sensor1) begin LEDR0=1'b1;LEDG0=1

13、9;b0;LEDG1=1'b1; LEDR4=1'b1;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b0; nxstate=st4; end end endst4:begin if (KEY0) begin LEDR0=1'b0;LEDG0=1'b1;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b1;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b0; nxstate=st1;end else if(KEY1) begin LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LEDR4=1&#

14、39;b0;LEDG4=1'b1;LEDG5=1'b0; nxstate=st6;end else if(KEY3) LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b1; LEDR4=1'b1;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b0; nxstate=st4;else if(sensor1) begin LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b0;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b1; nxstate=st5; e

15、nd end endst5:begin if (KEY0) begin LEDR0=1'b0;LEDG0=1'b1;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b1;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b0; nxstate=st1;end else if(KEY1) begin LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b0;LEDG4=1'b1;LEDG5=1'b0; nxstate=st6;end else if(KEY3) LEDR0=1'b1

16、;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b0;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b1; nxstate=st5;else if(sensor3) begin LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b0;LEDG4=1'b1;LEDG5=1'b0; nxstate=st6; end end endst6:begin if (KEY0) begin LEDR0=1'b0;LEDG0=1'b1;LEDG1=1'b0;

17、 LEDR4=1'b1;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b0; nxstate=st1;end else if(KEY1) begin LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b0;LEDG4=1'b1;LEDG5=1'b0; nxstate=st6;end else if(KEY3) LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b0;LEDG4=1'b1;LEDG5=1'b0; nxs

18、tate=st6;else if(sensor4) begin LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b0;LEDG4=1'b1;LEDG5=1'b1; nxstate=st7; end end endst7:begin if (KEY0) begin LEDR0=1'b0;LEDG0=1'b1;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b1;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b0; nxstate=st1;end else if(KEY1) begi

19、n LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b0;LEDG4=1'b1;LEDG5=1'b0; nxstate=st6;end else if(KEY3) LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b0;LEDG4=1'b1;LEDG5=1'b1; nxstate=st7;else if(sensor2) begin LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LED

20、R4=1'b0;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b1; nxstate=st8; end end endst8:begin if (KEY0) begin LEDR0=1'b0;LEDG0=1'b1;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b1;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b0; nxstate=st1;end else if(KEY1) begin LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b0;LEDG4=1'b1;LED

21、G5=1'b0; nxstate=st6;end else if(KEY3) LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b0;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b1; nxstate=st8;else if(sensor1) begin LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b1;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b1; nxstate=st9; end end endst9:begin if (

22、KEY0) begin LEDR0=1'b0;LEDG0=1'b1;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b1;LEDG4=1'b0;LEDG5=1'b0; nxstate=st1;end else if(KEY1) begin LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b0;LEDG4=1'b1;LEDG5=1'b0; nxstate=st6;end else if(KEY3) LEDR0=1'b1;LEDG0=1'b0;LEDG1=1'b0; LEDR4=1'b1;LEDG4=