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1、基于 FPGA 的交通控制系统的设计 李素奇I摘 要通过分析现有的几种交通控制模式，讨论几种常用的交通控制系统技术，介绍了利用EDA 技术基于 FPGA 芯片设计制作的交通控制系统，其优势是运行速度快、应用灵活及低功耗等。只需要修改 FPGA 芯片的程序即可修改整个系统的功能,最大限度的简化外围电路。本设计有几个独立模块，他们相互辅助工作。FPGA 主控芯片控制程序运行，其中计数器进行减计时，主支干道控制器来控制主支干道减计数器的选择和信号灯的控制，数码管扫描控制部分控制每个数码管十位数及个位数计数的分配，七段显示译码器控制数码管显示相应数字；信号源提供系统所需扫描信号和秒脉冲； 74LS13
2、8 译码器用来选通相应数码管进行工作，使主支干道互不影响，同一时间只有一组数码管工作；硬件外围电路进行显示，是整个系统功能的直接表现。关键词：交通控制、EDA、硬件描述语言、计数器、振荡器基于 FPGA 的交通控制系统的设计 李素奇IIABSTRACTBy analyzing several modes of traffic control,discussing several common traffic control system technology, introduces the use of EDA technology which is based on FPGA chip de
3、sign for the traffic control system.Its advantages is the operational speed, application flexibility and low power consumption . It Only need to modify the FPGA chip program when need to modify the functions of the entire system ,which maximizes the simplified external circuit.This design has severa
4、l independent modules, each of which supports their work. Master control program FPGA chip runs the whole system,and the counter is to reduce the time. The main and branch trunk controller is to control the main roads by supporting the choice of the counter and signal control, the digital scan contr
5、ol part is to control every bits of each digital distribution. The seven-segment display decoder corresponding digital control digital display; THE signal source is to provide the necessary signal; The 74LS138 decoder is used to strobe the corresponding digital control work, affect each main branch
6、roads and digital control work at the same time ;The hardware peripheral circuits is a direct function of the whole system performance.Keywords: traffic control, EDA, hardware description language, counters, oscillators基于 FPGA 的交通控制系统的设计 李素奇III目 录前 言 .VI第一章 交通灯控制技术的现状与发展 .11.1 交通灯控制技术的发展过程 .11.2 我国信
7、号灯产品发展及标准情况 .11.3 我国交通灯控制发展趋势 .21.4 目前我国信号机产品存在主要问题 .21.5.软硬件结合原理 .31.6 软硬件结合优势 .3第二章 交通灯控制系统设计 .32.1 系统设计的性能指标和系统框图 32.1.1 性能指标 32.1.2 系统框图及工作原理 32.2 硬件设计 .52.2.1 设计框图 52.2.2 设计过程 52.2.3 信号源制作原理图 52.2.4 电路板制作电路图 62.2.5 数码管扫描控制电路 72.2.6 数码管显示部分 72.2.7 交通灯部分 72.2.8 信号源部分 72.3 软件系统设计 .8第三章 单元电路的设计 .93
8、.1 主支干道 5 进制减计数器电路 .93.2 主支干道 20 进制减计数器电路 .103.2.1 主支干道 20 进制减计数器模块图 103.2.2 基本原理 10基于 FPGA 的交通控制系统的设计 李素奇IV3.2.3 源程序 113.2.4 主支干道 20 进制减计数器电路仿真图 123.3 主干道 35 进制减计数器电路 .123.3.1 主干道 35 进制减计数器电路模块图 123.3.2 基本原理 123.3.3 源程序 123.3.4 主干道 35 进制减计数器电路仿真图 133.4 支干道 35 进制减计数器电路 .143.4.1 支干道 35 进制减计数器电路模块图 14
9、3.4.2 基本原理 143.4.3 源程序 143.4.3 支干道 35 进制减计数器电路仿真图 153.5 主干道数据选择及红绿灯控制器 .153.5.1 主干道数据选择及红绿灯控制器模块图 153.5.2 基本原理 163.5.3 源程序 163.6 支干道数据选择及红绿灯控制器 .173.6.1 支干道数据选择及红绿灯控制器模块图 173.6.2 基本原理 173.6.3 源程序 173.7 数码管扫描控制器 .193.7.1 数码管扫描控制器模块图 193.7.2 基本原理 193.7.3 源程序 193.8 七段显示译码器 .203.8.1 七段显示译码器模块图 203.8.2 基
10、本原理 213.8.3 源程序 213.9 分频器 .223.9.1 分频器模块图 223.9.2 基本原理 22基于 FPGA 的交通控制系统的设计 李素奇V3.9.3 源程序 223.9.4 分频器模块仿真图 223.10 系统仿真图 .23第四章 测试结果 .244.1 引脚设定 .244.2 测试结果 .244.3 实物照片 .244.4 结论 .26第五章 设计总结 .275.1 软件设计部分 .275.2 硬件设计部分 .275.2.1 PCB 板的制作 275.2.2 电路的连接 275.2.3 焊接 285.2.4 测试 28参考文献 .29致 谢 .30基于 FPGA 的交通
11、控制系统的设计 李素奇VI前 言交通一直都非常引人重视。俗话说“要想富，先修路” 。随着现代科技的急速发展，交通事业也蓬勃发展。而交通信号灯则是交通行业不可或缺的一员，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。所以，人们对交通灯控制电路的性能有了越来越高的要求，交通灯控制电路的设计也越来越趋于现代化。自从 1946 年世界上第一台电子数字计算机（ENIAC）在美国诞生以后，计算机开始逐渐走入人们的生活，成为科技发展中不可缺少的工具。人们越来越期望于利用计算机实现生活的智能化控制。而交通灯控制技术也坐上了科技发展的列车，迈入了微机控制的新时代。尤其是各种制作软件的问世，更是对其提供了发展的平台。于是，传统的硬件制作开始融入科技成分，计算机的加入实现了其智能化。鉴于此发展方向，本设计采用软件和硬件结合的方式，来实现交通灯系统设计。根据社会实际情况，本人选择制作十字路口交通灯，以此为例介绍运用 Quartus II 软件和 Protel 99 SE 软件，软硬件结合实现交通灯可调控制的原理和方法。在这次毕业设计的任务中，运用到了 Altera 公司开发的 Quartus
