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摘 要： 传统交通控制器多数由单片机或PLC实现。FPGA不仅可解决电子系统小型化、低功耗、高可靠性等问题，而且其开发周期短、开发软件投入少、芯片价格不断下降，促使FPGA越来越多地取代了ASIC的市场，尤其是对小批量、多品种的产品需求，使之成为首选。本文介绍了一种复杂路口交通灯控制器的设计用FPGA实现的方法。
关键词： FPGA VHDL 交通控制器
1.引言
1.1课题的提出
近年来，随着我国经济的发展，城市的交通拥挤问题日趋严重，交通事故频发，提高城市路网的通行能力、实现道路交通的科学化管理来减少路口交通事故迫在眉睫。因此研究开发出适合中国国情、性能价格比高的路口控制器成为一项特别紧迫的任务。
该语言因具备强大的行为描述能力和丰富的仿真语句而成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。
1.2 FPGA简介
FPGA不仅可以解决电子系统小型化、低功耗、高可靠性等问题，而且其开发周期短、开发软件投入少、芯片价格不断降低，促使FPGA越来越多地取代了ASIC的市场，特别是对小批量、多品种的产品需求，使FPGA成为首选。
1.3 FPGA特点
（1）FPGA芯片的规模也是越来越大，其单片逻辑门数已达到上百万门，所能实现的功能越来越强，同时还可以实现系统集成。
（2）FPGA芯片在出厂之前100%都做过测试，不需要设计人员承担投资风险和费用。而且资金投入少，节省许多潜在的开销。
（3）用户可以反复地编程，擦除，使用，或在外围电路不变的情况下，用不同软件就可实现不同功能。FPGA软件易学易用，可以让设计人员集中精力进行电路设计，快速将产品推向市场。
2.交通控制器系统的VHDL设计
2.1 VHDL语言概述
VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。VHDL的语言形式和描述风格与句法与一般的计算机高级语言十分类似。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体分成可视部分和不可视部分，即涉及实体的内部功能和算法完成部分。
2.2 VHDL开发FPGA流程
用VHDL语言开发FPGA的完整流程为：文本编辑→功能仿真→逻辑综合→布局布线→时序仿真→编程下载。
通常以上过程可以都在FPGA厂家提供的开发工具中完成，利用VHDL语言进行FPGA设计开发的基本流程如下：VHDL输入→功能仿真→逻辑综合→适配分割→布局布线→时序仿真→编程测试。
2.3交通控制器VHDL初步设计说明
初步设计主要是体现本次采用VHDL语言设计的设计思想，设计理念，设计方法。
在初步设计中暂不需要考虑以下几点：
（1）开辟存储单元，即系统开启后运行的是固定的参数，不重新设置，运行参数不变；
（2）东西南北交通灯为简单的红绿黄三色灯，不带指示箭头，因而灯总数为12，需要的输出控制线为6；
（3）南北向与东西向运行时间相同，即采用对偶式设计，因而时间置入只要简单考虑南北向或东西向一种情况。
2.4初步设计要求
利用VHDL语言按照以下要求进行编程，具体要求如下：设计一个交通信号灯，要求能够实现手动和自动两种控制方式，在手动方式下，通过触发相应的按钮，进行东西向与南北向之间的交通信号的切换。在自动方式下，首先要能够对东西向与南北向的红绿灯时间与黄灯时间进行设置，在确认设置数值后，启动系统，要求系统按照所预置的数值运行。
2.5初步设计思想
该程序总体分为两大部分，一为手动部分，二为自动部分，因此在程序设计时也应该按照这两个部分进行设计。
（1）自动部分。自动部分总体分为三大块：一为设置部分，二为LED显示部分，三为系统运行部分。整个系统设计的整体思想是，首先在设置部分对东西向与南北向的红绿灯、黄灯时间进行设置，同时通过LED显示部分，将所设置的数值在数码管上显示出来。接着，在系统运行部分，将设置部分所预设的数值作为整个系统运行的参数。
（2）手动部分。手动部分功能较为单一，只需通过触发相应的按钮，实现东西向与南北向之间的交通信号的切换，即两个方向上的红绿灯切换。
3.结论与拓展
3.1结论
从上述的讨论中，可以看到本次采用FPGA实现复杂路口流量控制器有其独特的优点，但也有不足之处。
3.2拓展
在总结和分析本次采用FPGA实现复杂路口交通流量控制器优缺点的基础上，我们可以看出本次设计的交通控制器可以做以下拓展：
（1）开辟动态的存储单元，满足运行参数组可增可减；
（2）信号灯控制输出口可进一步时分复用，减少输出口数量；
（3）信号灯左右拐时间可设计不同，以进一步满足实际交通情况；
（4）24小时制数字时控脉冲发生器改进为可置数，以满足交通流量变化时可重新预置时间段。
总之，采用FPGA实现复杂路口交通流量控制器可以根据用户的具体要求实现不同的拓展。
参考文献：
[1]褚正勇，翁木云编著.FPGA设计及应用.西安电子科技大学出版社，2002.
[2]杨恒，卢飞成编著.FPGAHDL快速工程实践入门与提高.北京航空航天大学出版社，2003.
[3]汪道宪主编.CPLD/FPGA可编程逻辑器件应用与开发.国防工业出版社，2004.
[4]黄正瑾编著.在系统编程技术及其应用.东南大学出版社，2004.
关键词： FPGA VHDL 交通控制器
1.引言
1.1课题的提出
近年来，随着我国经济的发展，城市的交通拥挤问题日趋严重，交通事故频发，提高城市路网的通行能力、实现道路交通的科学化管理来减少路口交通事故迫在眉睫。因此研究开发出适合中国国情、性能价格比高的路口控制器成为一项特别紧迫的任务。
该语言因具备强大的行为描述能力和丰富的仿真语句而成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。
1.2 FPGA简介
FPGA不仅可以解决电子系统小型化、低功耗、高可靠性等问题，而且其开发周期短、开发软件投入少、芯片价格不断降低，促使FPGA越来越多地取代了ASIC的市场，特别是对小批量、多品种的产品需求，使FPGA成为首选。
1.3 FPGA特点
（1）FPGA芯片的规模也是越来越大，其单片逻辑门数已达到上百万门，所能实现的功能越来越强，同时还可以实现系统集成。
（2）FPGA芯片在出厂之前100%都做过测试，不需要设计人员承担投资风险和费用。而且资金投入少，节省许多潜在的开销。
（3）用户可以反复地编程，擦除，使用，或在外围电路不变的情况下，用不同软件就可实现不同功能。FPGA软件易学易用，可以让设计人员集中精力进行电路设计，快速将产品推向市场。
2.交通控制器系统的VHDL设计
2.1 VHDL语言概述
VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。VHDL的语言形式和描述风格与句法与一般的计算机高级语言十分类似。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体分成可视部分和不可视部分，即涉及实体的内部功能和算法完成部分。
2.2 VHDL开发FPGA流程
用VHDL语言开发FPGA的完整流程为：文本编辑→功能仿真→逻辑综合→布局布线→时序仿真→编程下载。
通常以上过程可以都在FPGA厂家提供的开发工具中完成，利用VHDL语言进行FPGA设计开发的基本流程如下：VHDL输入→功能仿真→逻辑综合→适配分割→布局布线→时序仿真→编程测试。
2.3交通控制器VHDL初步设计说明
初步设计主要是体现本次采用VHDL语言设计的设计思想，设计理念，设计方法。
在初步设计中暂不需要考虑以下几点：
（1）开辟存储单元，即系统开启后运行的是固定的参数，不重新设置，运行参数不变；
（2）东西南北交通灯为简单的红绿黄三色灯，不带指示箭头，因而灯总数为12，需要的输出控制线为6；
（3）南北向与东西向运行时间相同，即采用对偶式设计，因而时间置入只要简单考虑南北向或东西向一种情况。
2.4初步设计要求
利用VHDL语言按照以下要求进行编程，具体要求如下：设计一个交通信号灯，要求能够实现手动和自动两种控制方式，在手动方式下，通过触发相应的按钮，进行东西向与南北向之间的交通信号的切换。在自动方式下，首先要能够对东西向与南北向的红绿灯时间与黄灯时间进行设置，在确认设置数值后，启动系统，要求系统按照所预置的数值运行。
2.5初步设计思想
该程序总体分为两大部分，一为手动部分，二为自动部分，因此在程序设计时也应该按照这两个部分进行设计。
（1）自动部分。自动部分总体分为三大块：一为设置部分，二为LED显示部分，三为系统运行部分。整个系统设计的整体思想是，首先在设置部分对东西向与南北向的红绿灯、黄灯时间进行设置，同时通过LED显示部分，将所设置的数值在数码管上显示出来。接着，在系统运行部分，将设置部分所预设的数值作为整个系统运行的参数。
（2）手动部分。手动部分功能较为单一，只需通过触发相应的按钮，实现东西向与南北向之间的交通信号的切换，即两个方向上的红绿灯切换。
3.结论与拓展
3.1结论
从上述的讨论中，可以看到本次采用FPGA实现复杂路口流量控制器有其独特的优点，但也有不足之处。
3.2拓展
在总结和分析本次采用FPGA实现复杂路口交通流量控制器优缺点的基础上，我们可以看出本次设计的交通控制器可以做以下拓展：
（1）开辟动态的存储单元，满足运行参数组可增可减；
（2）信号灯控制输出口可进一步时分复用，减少输出口数量；
（3）信号灯左右拐时间可设计不同，以进一步满足实际交通情况；
（4）24小时制数字时控脉冲发生器改进为可置数，以满足交通流量变化时可重新预置时间段。
总之，采用FPGA实现复杂路口交通流量控制器可以根据用户的具体要求实现不同的拓展。
参考文献：
[1]褚正勇，翁木云编著.FPGA设计及应用.西安电子科技大学出版社，2002.
[2]杨恒，卢飞成编著.FPGAHDL快速工程实践入门与提高.北京航空航天大学出版社，2003.
[3]汪道宪主编.CPLD/FPGA可编程逻辑器件应用与开发.国防工业出版社，2004.
[4]黄正瑾编著.在系统编程技术及其应用.东南大学出版社，2004.