毕业设计论文基于FPGA的交通控制系统的设计

1、摘 要通过分析现有的几种交通控制模式，讨论几种常用的交通控制系统技术，介绍了利用EDA技术基于FPGA芯片设计制作的交通控制系统，其优势是运行速度快、应用灵活及低功耗等。只需要修改FPGA芯片的程序即可修改整个系统的功能,最大限度的简化外围电路。本设计有几个独立模块，他们相互辅助工作。FPGA主控芯片控制程序运行，其中计数器进行减计时，主支干道控制器来控制主支干道减计数器的选择和信号灯的控制，数码管扫描控制部分控制每个数码管十位数及个位数计数的分配，七段显示译码器控制数码管显示相应数字；信号源提供系统所需扫描信号和秒脉冲； 74LS138译码器用来选通相应数码管进行工作，使主支干道互不影响，同一时间只有一组数码管工作；硬件外围电路进行显示，是整个系统功能的直接表现。关键词：交通控制、EDA、硬件描述语言、计数器、振荡器ABSTRACTBy analyzing several modes of traffic control,discussing several common traffic control system technology, introduces the use of

2、 EDA technology which is based on FPGA chip design for the traffic control system.Its advantages is the operational speed, application flexibility and low power consumption . It Only need to modify the FPGA chip program when need to modify the functions of the entire system ,which maximizes the simplified external circuit.This design has several independent modules, each of which supports their work. Master control program FPGA chip runs the whole system,and the counter is to reduce the time. Th

3、e main and branch trunk controller is to control the main roads by supporting the choice of the counter and signal control, the digital scan control part is to control every bits of each digital distribution. The seven-segment display decoder corresponding digital control digital display; THE signal source is to provide the necessary signal; The 74LS138 decoder is used to strobe the corresponding digital control work, affect each main branch roads and digital control work at the same time ;The h

4、ardware peripheral circuits is a direct function of the whole system performance.Keywords: traffic control, EDA, hardware description language, counters, oscillators目 录前 言VI第一章 交通灯控制技术的现状与发展11.1交通灯控制技术的发展过程11.2我国信号灯产品发展及标准情况11.3我国交通灯控制发展趋势21.4目前我国信号机产品存在主要问题21.5.软硬件结合原理31.6软硬件结合优势3第二章 交通灯控制系统设计32.1系统设计的性能指标和系统框图32.1.1性能指标32.1.2系统框图及工作原理32.2硬件设计52.2.1 设计框图52.2.2设计过程52.2.3信号源制作原理图52.2.4电路板制作电路图62.2.5数码管扫描控制电路72.2.6数码管显示部分72.2.7交通灯部分72.2.8信号源部分72.3软件系统设计8第三章 单元电路的设计93.1主支干道5进制减计数器电路93.2主支干道20进制减计数器

5、电路103.2.1主支干道20进制减计数器模块图103.2.2基本原理103.2.3源程序113.2.4主支干道20进制减计数器电路仿真图123.3主干道35进制减计数器电路123.3.1主干道35进制减计数器电路模块图123.3.2基本原理123.3.3源程序123.3.4主干道35进制减计数器电路仿真图133.4支干道35进制减计数器电路143.4.1支干道35进制减计数器电路模块图143.4.2基本原理143.4.3源程序143.4.3支干道35进制减计数器电路仿真图153.5主干道数据选择及红绿灯控制器153.5.1主干道数据选择及红绿灯控制器模块图153.5.2基本原理163.5.3源程序163.6支干道数据选择及红绿灯控制器173.6.1支干道数据选择及红绿灯控制器模块图173.6.2基本原理173.6.3源程序173.7数码管扫描控制器193.7.1数码管扫描控制器模块图193.7.2基本原理193.7.3源程序193.8七段显示译码器203.8.1七段显示译码器模块图203.8.2基本原理213.8.3源程序213.9分频器223.9.1分频器模块图223.9.2基本原

6、理223.9.3源程序223.9.4分频器模块仿真图223.10系统仿真图23第四章 测试结果244.1引脚设定244.2测试结果244.3实物照片244.4结论26第五章 设计总结275.1软件设计部分275.2硬件设计部分275.2.1 PCB板的制作275.2.2电路的连接275.2.3焊接285.2.4测试28参考文献29致 谢30前 言交通一直都非常引人重视。俗话说“要想富，先修路”。随着现代科技的急速发展，交通事业也蓬勃发展。而交通信号灯则是交通行业不可或缺的一员，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。所以，人们对交通灯控制电路的性能有了越来越高的要求，交通灯控制电路的设计也越来越趋于现代化。自从1946年世界上第一台电子数字计算机（ENIAC）在美国诞生以后，计算机开始逐渐走入人们的生活，成为科技发展中不可缺少的工具。人们越来越期望于利用计算机实现生活的智能化控制。而交通灯控制技术也坐上了科技发展的列车，迈入了微机控制的新时代。尤其是各种制作软件的问世，更是对其提供了发展的平台。于是，传统的硬件制作开始融入科技成分，计算机的加入实

7、现了其智能化。鉴于此发展方向，本设计采用软件和硬件结合的方式，来实现交通灯系统设计。根据社会实际情况，本人选择制作十字路口交通灯，以此为例介绍运用Quartus II 软件和Protel 99 SE软件，软硬件结合实现交通灯可调控制的原理和方法。在这次毕业设计的任务中，运用到了Altera公司开发的Quartus II 软件和Protel公司的Protel 99 SE软件和555振荡原理，软硬件结合实现交通灯可调控制。并将其化为实际立体模型，以便更加直观的了解其功能及特点。第一章 交通灯控制技术的现状与发展1.1交通灯控制技术的发展过程当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。 1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。 电

8、气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。 1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。 信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可进入交叉路口。1.2我国信号灯产品发展及标准情况 我国第一台信号机是1921年由外国商人办的一家电力公司在上海南京东路浙江路口设置的，当时信号灯色只有红绿二种灯色，信号机控制是手动扳动开关控制交通信号。1978年10月，上海市研制成功我国第一台自动控制信号机，其实也就是定周期式的。1979年4月，公安部在广州召开全国城市交通管理工作会议之后，各市开始研制自动控制信号机，主要有多时段定时式和感应式信号机。 1985年上海市公安局引进了澳大利亚的SCATS系统，在中心商业区安装了28台AWA公司的集中协调式信号机。目前联网的信号机达到900多台。北京市公安局引进了英国的SCOOT系统，目前联网的信号机达到1320多台。1987年深圳市引进了日本（株式会社）京三制作所的KATNET系统，在罗湖、福田二个中心区安装了52台A01型集中协调式信号机。 1987年公安部组织研发 “七.五”国家重点科技攻关项目城市交通控制系统。由公安部交通管理科研所、同济大学、电子部28研究所、南京交警支队共同研发。系统以南京市中区为依托共安装41台集中协调式信号机，系统于一九九一年二月通过了国家鉴定验收，该系统是我国自行研制开发的第一个实时自适应城市交

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