基于FPGA的交通控制灯逻辑电路的设计

刘浩宇 李柯星 陈金雪 王颖

摘要：本设计通过FPCA技术，利用Verilog语言编程，实现对红、绿、黄交通灯的控制，共有分频模块按键模块，实现防止交通堵塞的功能，经过测试，基本实现红绿黄灯交替变换的功能，具有解决人们出行问题，节约时间的重要意义。

关键词：FPGA;控制灯逻辑电路;设计要求

中图分类号：TP391 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）21-0224-02

开放科学（资源服务）标识码（0SID）：

随着社会发展的越来越快，经济水平不断提高，车辆的数量在不断增加，这就造成了严重的交通堵塞问题，影响了人们的出行，交通控制灯可以有效地解决这种现象。现在是数字化的时代，电子技术是20世纪发展最迅速，应用最广泛的新兴技术之一，它已经成为近代科学技术发展的一个重要标志。根据实际道路情况，车辆堵塞现象，本文以FPGA作為硬件载体设计出了较为智能的交通控制灯逻辑电路。这对社会及人们的生活有重大意义。

1 设计要求

交通灯控制灯的X方向变量用R1、Y1、G1示意，Y方向的变量用R2、Y2、G2示意，时钟CLK的周期为1秒。

（1）满足表一所示的交通控制灯逻辑电路状态功能表。交通控制灯的红绿黄灯用发光二极管表示（分别用三个LED灯）。

（2）在QuartusⅡ软件平台上建立计数器电路的顶层电路文件并完成编译和仿真。

（3）信号说明：

输入信号：时钟CP

输出信号：X方向输出量R1、Y1、Gl，Y方向输出量R2、Y2、G2。

2 总体设计

交通控制灯逻辑电路框图由三部分组成，即五分频器，状态配置电路和组合电路。

3 详细设计

3.1 五分频器

分频器实现的是将高频时钟信号转换成低频时钟信号，用于触发控制器、计数器和扫描显示电路。

3.2 状态配置电路

状态配置（分配）如图1所示它将交通控制灯逻辑电路功能表的12种状态中的相同状态按时序作状态配置，归纳起来有6种状态。于是，组合电路根据状态配置变量S[2：0]，并结合交通控制灯逻辑电路功能真值完成输出逻辑函数的组合。

4 仿真

交通控制灯逻辑电路仿真如图3所示：

由仿真图四可以看出，在时钟（CPA）作用下交通控制灯逻辑电路自动按时序状态图，即状态配置图，实现功能的12种状态并循环工作，正如十字路口的交通控制灯的工作状态一样。

5 验证

交通控制灯逻辑电路系统演示状态如图4所示：如图4所示，先是Y的方向红灯亮，X方向的绿灯亮，其他灯不亮。接着持续4个CPB脉冲后，Y方向红灯亮，X方向绿灯闪烁，其他灯不亮，在持续1个CPB脉冲后，Y方向红灯亮，X方向黄灯亮，其他灯不亮。在持续1个CPB脉冲后，Y方向绿灯亮，X方向红灯亮，其他灯不亮。持续4个CPB脉冲后，Y方向绿灯闪烁，X方向红灯亮，其他灯不亮。在持续1个CPB脉冲后，Y方向黄灯亮，X方向红灯亮，其他灯不亮。接着持续1个CPB脉冲后，回到原始状态，循环执行。

6 总结

本设计是基于FPGA的交通控制灯逻辑电路的设计，通过本实验，初步了解了FPGA的功能，学习了Quartus 2软件的使用，使用Verilog语言对分频器、状态配置电路的编程，仿真和对结果的验证，证明了其功能。本设计解决了现代交通堵塞等现象的问题，大大提高了人们的生活效率。

参考文献：

[1]陈赜，邹道胜，朱如琪.CPLD/FPGA与ASIC设计实践教程[M].北京：科学出版社，2010.

[2]张志刚.FPGA与SOPC设计教程-DE2实践[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007.

[3]蒋小燕，俞伟钧，张立臣.EDA技术及VHDL[M].南京：东南大学出版社，2008.

[4]吴延海.EDA技术及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社.2012.

【通联编辑：唐一东】

作者简介：刘浩宇（1998-）女，辽宁凌源人，大连理工大学城市学院2017级电子信息工程专业，本科在读，主要从事电子产品开发研究;通讯作者：王颖（1979-），女，辽宁朝阳人，硕士研究生，大连理工大学工程实践中心，高级实验师，主要从事嵌入式FPGA系统开发研究。