【《基于FPGA的一种交通灯控制器设计》7100字（论文）】

基于FPGA的一种交通灯控制器设计摘要：由于当代世界城市化和智能化进程的不断加快，改善城市交通迫在眉睫.FPGA（现场可编程门阵列）是专用集成电路（ASIC）中的一种半定制电路，FPGA打破了顺序执行的模式，可以更快处理任务，具有很好的运算能力.当电子线路有少量的重新设计，更能显示FPGA的优势.本论文采用VerilogHDL语言，借助QuartusII软件这个设计平台，此设计通过自上而下的模块化设计方法，然后通过编译、仿真，对交通控制系统进行功能仿真需要用到Modelsim软件；仿真结果可以说明设计的交通灯控制器是否满足要求，之后下载至FPGA芯片，由此验证了设计的可行性，本设计相较于其他交通灯设计开发周期短、稳定性好、易维护，能够使交通达到比较流通的效果.关键词：EDA;FPGA;交通灯控制器目录TOC\o"1-2"\h\u135461引言 assigndate_ew_0=ew_time/10;//将东西方向瞬时时间数据的十位取出22assigndata_ew_1=ew_time%10;//将东西方向瞬时时间数据的个位取出23assigndata_sn_0=sn_time/10;//将南北方向瞬时时间数据的十位取出24assigndata_sn_1=sn_time%10;//将南北方向瞬时时间数据的个位取出25//这部分为计数1ms26always@(posedgesys_clkornegedgesys_rst_n)begin27if(!sys_rst_n)28cnt_1ms<=15'b0;29elseif(cnt_1ms<WIDTH-1'b1)30cnt_1ms<=cnt_1ms+1'b1;31else32cnt_1ms<=15'b0;33end34//用来驱动转换数码管亮起来的4个状态，也是计数器35always@(posedgesys_clkornegedgesys_rst_n)begin36if(!sys_rst_n)37cnt_state<=2'd0;38elseif(cnt_1ms==WIDTH-1'b1)39cnt_state<=cnt_state+1'b1;40else41cnt_state<=cnt_state;42end43//首先东西方向数码管的十位、个位依次显示.其次南北方向数码管的十位，个位依次显示44always@(posedgesys_clkornegedgesys_rst_n)begin45if(!sys_rst_n)begin46sel<=4'b1111;47num<=4'b0;48end49elseif(en)begin50case(cnt_state)513'd0:begin52sel<=4'b1110;//控制东西方向数码管的十位53num<=data_ew_0;54end553'd1:begin56sel<=4'b1101;//控制东西方向数码管的个位57num<=data_ew_1;58end593'd2:begin60sel<=4'b1011;//控制南北方向数码管的十位61num<=data_sn_0;62end633'd3:begin64sel<=4'b0111;//控制南北方向数码管的个位65num<=data_sn_1;66end67default:begin68sel<=4'b1111;69num<=4'b0;70end71endcase72end73elsebegin74sel<=4'b1111;75num<=4'b0;76end77end78//与数码管瞬时数值对应的段选信号79always@(posedgesys_clkornegedgesys_rst_n)begin80if(!sys_rst_n)81seg_led<=8'b0;82elsebegin83case(num)844'd0:seg_led<=8'b1100_0000;854'd1:seg_led<=8'b1111_1001;864'd2:seg_led<=8'b1010_0100;874'd3:seg_led<=8'b1011_0000;884'd4:seg_led<=8'b1001_1001;904'd5:seg_led<=8'b1001_0010;914'd6:seg_led<=8'b1000_0010;924'd7:seg_led<=8'b1111_1000;934'd8:seg_led<=8'b1000_0000;944'd9:seg_led<=8'b1001_0000;95default:seg_led<=8'b1100_0000;96endcase97end98end99endmodule行至第33行，设计了一个计数器，它的计数周期为1ms.在第14了2位计数器cnt_state，它的目的为了产生位选控制信号.计数器累加1次的条件是时间经过1ms.0，1，2，3这几个十进0行到第70cnt_statenum寄存器是sel寄存器赋值来驱动数码管不同的位选得到.在第83到第94行代码，信号seg_led可根据num的值产生相应的段选信号控制.sn_time数值为21以及ew_time数值为24sel段选信号seg_led与num.4.4led灯控制模块的代码1moduleled(2inputsys_clk，//系统时钟3inputsys_rst_n，//系统复位4input[1:0]state，//交通灯的状态5outputreg[5:0]led//红黄绿LED灯发光使能6);7//parameterdefine8parameterTWINKLE_CNT=20_000_000;//黄灯的闪烁次数9//regdefine10reg[24:0]cnt;//计数器，可使黄灯产生闪烁效果11//让黄灯产生闪烁效果的计数器，且计时为0.2s12always@(posedgesys_clkornegedgesys_rst_n)begin13if(!sys_rst_n)14cnt<=25'b0;15elseif(cnt<TWINKLE_CNT-1'b1)16cnt<=cnt+1'b1;17else18cnt<=25'b0;19end20//在四个交通灯的状态中，使与之对于应的led灯发光21always@(posedgesys_clkornegedgesys_rst_n)begin22if(!sys_rst_n)23led<=6'b100100;24elsebegin25case(state)262'b00:led<=6'b100010;//东西方向led寄存器从高到低依次驱动27//南北这个方向红绿黄灯282'b01:begin29if(cnt==TWINKLE_CNT-1'b1)//黄灯的亮灭状况在计数够0.2秒时转换一次30//闪烁或者亮灭的效果31led[0]<=~led[0];32else33led[0]<=led[0];34end352'b10:led<=6'b010100;362'b11:begin37led[5:4]<=2'b00;38led[2:0]<=3'b100;39if(cnt==TWINKLE_CNT-1'b1)40led[3]<=~led[3];41else42led[3]<=led[3];43end44default:led<=6'b100100;45endcase46end47end48endmodule在代码的第20行至第43行，led灯是否发光取决于所处的状态值state.LED输出的高3位led[5:3南北方向红、黄、绿灯三个LED灯分别由3位led[2:0]由高到低依次动.11行至代码第19计数器，周期为0.2s，即每0.2s切换一次黄灯的亮灭状态，这样就可以达到日常生活中的闪烁.led图1.7所示state的值为01和11，led寄存器的值在不断地变更.图1.7led4.5仿真文件代码1timescale1ns/1ns2moduletb_top_traffic;3regsys_clk;//系统时钟4regsys_rst_n;//系统复位5wire[3:0]sel;//数码管位选信号6wire[7:0]seg_led;//数码管段选信号7wire[5:0]led;//led灯的控制信号8initialbegin9sys_clk<=1'b0;10sys_rst_n<=1'b0;11#20sys_rst_n<=1'b1;12end13always#10sys_clk=~sys_clk;//产生时钟，其频率为50Mhz14//顶层模块的调用15top_trafficu_top_traffic(16.sys_clk(sys_clk)，17.sys_rst_n(sys_rst_n)，18.sel(sel)，19.seg_led(seg_led)，20);5下载验证首先我们打开交通灯实验，在实验所在的路径下打开名为top_traffic/par的文件夹，在找到“top_traffic.qsf”并将其点开.图1.8即为打开后的结果.图1.8交通信号灯工程将交通信号灯模块与扩展口一一对应相连.验证交通灯实验的功能通过下载程序来验证.打开工程后，点击“Tool”然后点击“Programmer”图标，这样下载页面就打开了，然后点击“AddFile”选择top_traffic/par/output_files目录下的“top_traffic.sof”点击“HardwareSetup”，“USB-Blaster[USB-0]”为咱们选择的硬件连接“Start”，这样就可得到编译下载后的sof：图1.9程序下载完成界面如下图1.10所示：图1.10实验仿真结果当设计文件加载到目标器件后，交通灯模块的红、绿、黄LED发光管会模拟实际中的交通信号灯的变化.此时，数码管上显示通行的时间.即刚开始运作时，南北方向为绿灯，并且有27秒是发光的，接着黄灯发光三秒，在此期间，东西方向的红灯一直发光；然后南北方向转换为亮30秒红灯，东西方向绿灯发光27秒，然后黄灯闪烁三秒，若达到这样循环亮灯的效果，则实验成功.图1.11实验结果与现象6实验结论本论文基于EDA技术，运用VerilogHDL语言，并且利用自上而下的模块化设计方法，四个模块各司其职，顶层模块完成了拼接三个模块，而且交通灯外设与led灯和数码管的信号传送通过顶层模块完成，信号灯的状态转换由此模块控制.数码管模块可显示接收的东西与南北方向的实时时间，led灯控制模块可控制不同方向的灯发光，将状态信号连接到led，之后通过程序编写、仿真、编译、下载验证，最终得到预期的效果.实验结果为，刚开始，南北方向为绿灯，并且亮27秒，接着亮三秒黄灯，在这30秒时间内，东西方向一直为红灯；然后南北方向变为红灯亮30秒，东西方向亮27秒绿灯，然后亮3秒黄灯，一直这样循环亮灯.本论文采用EDA技术，基于FPGA和VerilogHDL语言设计一种交通灯控制器，可使城市道路得到很好的利用，可以在一定程度上解决城市交通的拥堵和其他问题.参考文献[1]王宏斌，王媛斌.基于FPGA的交叉路口交通灯控制器设计[J].自动化与仪器仪表，2015.06:115~116.[2]金春花.基于FPGA的交通灯控制器的设计与实现[J]闽西职业技术学院学报，2015，17(03):113~117.[3]黄明霞，许泽恩.基于