基于FPGA的交通控制燈邏輯電路的設計

劉浩宇 李柯星 陳金雪 王穎

摘要：本設計通過FPCA技術，利用Verilog語言編程，實現對紅、綠、黃交通燈的控制，共有分頻模塊按鍵模塊，實現防止交通堵塞的功能，經過測試，基本實現紅綠黃燈交替變換的功能，具有解決人們出行問題，節約時間的重要意義。

關鍵詞：FPGA;控制燈邏輯電路;設計要求

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）21-0224-02

開放科學（資源服務）標識碼（0SID）：

隨著社會發展的越來越快，經濟水平不斷提高，車輛的數量在不斷增加，這就造成了嚴重的交通堵塞問題，影響了人們的出行，交通控制燈可以有效地解決這種現象。現在是數字化的時代，電子技術是20世紀發展最迅速，應用最廣泛的新興技術之一，它已經成為近代科學技術發展的一個重要標志。根據實際道路情況，車輛堵塞現象，本文以FPGA作為硬件載體設計出了較為智能的交通控制燈邏輯電路。這對社會及人們的生活有重大意義。

1 設計要求

交通燈控制燈的X方向變量用R1、Y1、G1示意，Y方向的變量用R2、Y2、G2示意，時鐘CLK的周期為1秒。

（1）滿足表一所示的交通控制燈邏輯電路狀態功能表。交通控制燈的紅綠黃燈用發光二極管表示（分別用三個LED燈）。

（2）在QuartusⅡ軟件平臺上建立計數器電路的頂層電路文件并完成編譯和仿真。

（3）信號說明：

輸入信號：時鐘CP

輸出信號：X方向輸出量R1、Y1、Gl，Y方向輸出量R2、Y2、G2。

2 總體設計

交通控制燈邏輯電路框圖由三部分組成，即五分頻器，狀態配置電路和組合電路。

3 詳細設計

3.1 五分頻器

分頻器實現的是將高頻時鐘信號轉換成低頻時鐘信號，用于觸發控制器、計數器和掃描顯示電路。

3.2 狀態配置電路

狀態配置（分配）如圖1所示它將交通控制燈邏輯電路功能表的12種狀態中的相同狀態按時序作狀態配置，歸納起來有6種狀態。于是，組合電路根據狀態配置變量S[2：0]，并結合交通控制燈邏輯電路功能真值完成輸出邏輯函數的組合。

4 仿真

交通控制燈邏輯電路仿真如圖3所示：

由仿真圖四可以看出，在時鐘（CPA）作用下交通控制燈邏輯電路自動按時序狀態圖，即狀態配置圖，實現功能的12種狀態并循環工作，正如十字路口的交通控制燈的工作狀態一樣。

5 驗證

交通控制燈邏輯電路系統演示狀態如圖4所示：如圖4所示，先是Y的方向紅燈亮，X方向的綠燈亮，其他燈不亮。接著持續4個CPB脈沖后，Y方向紅燈亮，X方向綠燈閃爍，其他燈不亮，在持續1個CPB脈沖后，Y方向紅燈亮，X方向黃燈亮，其他燈不亮。在持續1個CPB脈沖后，Y方向綠燈亮，X方向紅燈亮，其他燈不亮。持續4個CPB脈沖后，Y方向綠燈閃爍，X方向紅燈亮，其他燈不亮。在持續1個CPB脈沖后，Y方向黃燈亮，X方向紅燈亮，其他燈不亮。接著持續1個CPB脈沖后，回到原始狀態，循環執行。

6 總結

本設計是基于FPGA的交通控制燈邏輯電路的設計，通過本實驗，初步了解了FPGA的功能，學習了Quartus 2軟件的使用，使用Verilog語言對分頻器、狀態配置電路的編程，仿真和對結果的驗證，證明了其功能。本設計解決了現代交通堵塞等現象的問題，大大提高了人們的生活效率。

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【通聯編輯：唐一東】

作者簡介：劉浩宇（1998-）女，遼寧凌源人，大連理工大學城市學院2017級電子信息工程專業，本科在讀，主要從事電子產品開發研究;通訊作者：王穎（1979-），女，遼寧朝陽人，碩士研究生，大連理工大學工程實踐中心，高級實驗師，主要從事嵌入式FPGA系統開發研究。