基于FPGA的交通灯控制系统的设计与实现

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随着经济的快速发展,我国的城市化建设正处于飞速发展的阶段,但是随之产生的一些社会问题也日益增多,其中较为明显的便是城市交通问题。在我国的一些城市中,交通基础设施滞后,交通状况拥堵,尾气排放超标,环境质量的下降,已经越来越引起人们的高度重视。这些问题所带来的负面影响是多方面的,比如运营成本的增加,时间的浪费,交通事故的上升,空气及噪声污染加剧等等。这些负面影响都不同程度的阻碍了国民经济的发展,因此在我国,发展智能交通势在必行。安全、快捷、高效、现代化已经成为当今智能交通的主题。在平时的日常生活中,常见的交通灯控系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。改善和发展智能交通灯控制系统,使其适应现在交通的发展,是发展智能交通系统的有效方案之一。另一方面,随着电子设计自动化技术(Electronic Design Automation,EDA)以及可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)的发展,现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的应用越来越广泛。数字电路设计、微处理器系统、DSP、通信以及专用集成电路(Application Sepcific Integrated Circuit,ASIC)设计等高科技领域,都能见到FPGA的身影。FPGA不仅可以解决电子系统小型化、低功耗、可靠性高等问题,而且其开发周期短、成本投入低、芯片价格也在不断下降。正是因为这些优势,FPGA技术已经成为硬件工程师以及集成电路(Integrated Circuit,IC)逻辑设计工程师必备的主要技能之一。论文在EDA技术的基础上,利用FPGA的相关知识,采用Verilog HDL语言,针对两种十字路口的实际情况,分别设计并实现了两种交通灯控制系统。一种交通灯控制系统适用于城市繁华地段,另一种交通灯控制系统适用于城乡结合处。论文主要完成了以下工作:1.阐述了两种交通灯控制系统的组成,工作原理以及设计要求。城市繁华地段十字路口的交通灯除了能满足日常工作的需要外,又针对城市中急车强通这一实际情况,对交通灯控制系统做了一定的实践和改进。同时,考虑到乡村公路在交通非高峰时期车流量少的实际情况,对另一种交通灯也做了一定的实践和改进,保证在交通非高峰时期,主干道持续畅通。2.制定了交通灯控制系统的整体设计方案,采用模块化设计的原则,根据交通灯实际运行状况,设计了分频模块、交通灯控制模块、数码管显示模块。3.制作了实际的硬件电路,采用发光二极管代替交通灯,用八段数码管显示交通灯点亮的剩余时间。4.通过JTAG接口对FPGA以及FLASH PROM进行配置,将制作的实际硬件电路与开发板相连,验证最后结果。通过以上工作,此次设计的两种交通灯控制系统均能按照设计要求正常运行,同时尝试对他们进行了一定的改进,在一定程度上能够避免由于急车强通带来的潜在隐患,同时也在一定程度上解决了交通灯控制系统过于死板这一问题。设计的两种交通灯控制系统可以应用到实际的生活当中,具有一定的实用价值和研究价值。
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