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基于FPGA的交通控制灯逻辑电路的设计

作者:佚名 来源:电脑知识与技术 202021期 时间:2020-09-13

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...

  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。

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