课题名称

基于FPGA的交通灯控制系统的设计

课题来源

指定课题

课题类型

DY

指导教师

方娜

学生姓名

沈康

学    号

0610211318

专业班级

06电气3班

本课题的研究现状、研究目的及意义

研究现状：

现场可编程门阵列FPGA（Field Programmable Gate Array）是美国Xilinx公司于

1984年首先开发的一种通用型用户可编程器件。FPGA既具有门阵列器件的高集成度和通用性，又有可编程逻辑器件用户可编程的灵活性。FPGA由可编程逻辑单元阵列、布线资源和可编程的I/O单元阵列构成，一个FPGA包含丰富的逻辑门、寄存器和I/O资源。一片FPGA芯片就可以实现数百片甚至更多个标准数字集成电路所实现的系统。 

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。传统的单交叉口交通信号控制一般采用定时控制方案，这种方案最主要的缺点在于，当车流量变化较大时，时常会因为放行不合理导致交通阻塞。而在EDA 技术的基础上，利用FPGA控制的交通灯控制系统，可以根据实际情况对灯亮时间进行自由调整，整个设计系统通过QuartusⅡ软件进行模拟仿真，并下载到FPGA器件中进行硬件的调试，验证了设计的交通信号灯控制电路完全可以实现预定的功能，具有一定的实用性。

研究目的及意义：

FPGA器件采用标准化结构，体积小、集成度高，功耗低、速度快，可无限次反复编程，已被广泛应用于通信设备、计算机与数据处理、工业控制等各种领域中。利用FPGA控制的交通信号灯，主要是考虑其具有对环境适应性强的特性，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别是方便地实现对多岔路口的控制。整个系统中的控制模块根据计数器的计数情况对交通灯的亮灭及持续时间进行控制，并可通过分位电路将灯亮时间以倒计时的形式通过数码管显示出来，缩短了车辆等候时间，实现科学化管理。

本课题利用FPGA开发交通信号灯控制系统，大大缩短了开发研制周期，提高了设计效率，系统具有设计灵活，实现简单，性能稳定的特点。

本课题的研究内容

本课题是研究基于FPGA的交通灯控制系统的设计，完成以下内容：

（1）在系统的硬件设计中，采用美国Altera公司生产的FLEX10K50V芯片，并以此作为硬件平台展开设计。主要包括FPGA系统核心电路，键盘扫描电路，交通灯控制驱动电路的设计。其中由系统核心电路及键盘扫描电路产生的信号来控制驱动电路，从而达到总体硬件设计的要求。

（2）在系统的软件设计中，以QuartusⅡ作为软件开发调试平台，用VHDL（Verilog）硬件描述语言开发交通灯控制模块。整个系统主要由计数模块、控制模块、分频模块、分位模块以及显示电路构成，其中分频模块主要将核心电路产生的基准时钟信号转换为1 Hz的激励信号，驱动计数模块和控制模块工作。控制模块主要对交通灯的亮灭及持续时间进行控制，通过分位电路将灯亮时间以倒计时的形式通过数码管显示。

本课题研究的实施方案、进度安排

第1-4周        查阅相关资料，完成开题报告和英文翻译；

第5周          根据设计要求，完成系统的整体设计，确定方案；

第6-8周        硬件电路设计；

第9-11周       编写程序，并进行调试与仿真；

第12-14周      撰写论文；

第15周         修改论文；

第16周         准备答辩。

已查阅的主要参考文献

[1] 黄智伟. FPGA系统设计与实践[M]. 北京：电子工业出版社，2005.

[2] 赵峰. FPGA上的嵌入式系统设计实例[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2008.

[3] 徐志军，徐光辉. CPLD/FPGA的开发与应用[M]. 北京：电子工业出版社，2002.

[4] 王传新. FPGA设计基础[M]. 北京：高等教育出版社，2007.

[5] Wayne Wolf. 基于FPGA的系统设计[M]. 北京：机械工业出版社，2006.

[6] 冯佩珍. FPGA的发展现状[J]. 光纤通信技术，1994（4）：27-31.

[7] 陈宗梅. 交通灯控制系统电路设计[J]. 重庆职业技术学院学报，2005（2）：124-125.

[8] 王成勇. 智能交通灯控制系统[J]．广东技术师范学院学报，2006(4)：92-94.

[9] 张明．VHDL 实用教程[M]．成都：电子科技大学出版社，1999.

[10] 杨刚，龙海燕. VHDL与数字系统设计[M]．北京：电子工业出版社，2004.

指导教师意见

指导教师签名：

                                                           年    月    日