FPGA课程设计之交通信号灯控制器.doc

简介：
本文档详细介绍了基于FPGA技术实现交通信号灯控制系统的设计与应用，包括系统架构、硬件配置及软件编程等环节，旨在培养学生的数字逻辑设计能力和实践操作技能。 随着社会经济的快速发展以及交通运输行业的进步，近年来道路上的车流量与人流量急剧增加，导致道路超负荷承载现象日益严重，并引发了交通事故频发的问题。在这种背景下，交通信号灯作为规范道路交通秩序的重要工具显得尤为重要。它通过红、黄、绿三种颜色的不同组合来控制车辆和行人的通行情况： - 绿色表示允许通行； - 黄色是警告信号，提醒驾驶员准备停止或继续行驶； - 红色则禁止任何车辆及行人前进。 本项目旨在设计一种基于FPGA技术的交通信号灯控制器，并在Basys2开发板上进行实际验证。该控制器用于主干道和支路交叉口处的工作场景中，优先确保主干道路段的通行顺畅性。具体来说： - 平时状态下为“主干道绿灯、支路红灯”； - 当有车辆需要从支路上穿过主干道时，则信号系统切换成“主干道红灯、支路绿灯”的模式，以保证安全通过； - 在没有来自支线路段的交通流量情况下，信号会自动恢复到初始状态即“主干道绿灯、支路红灯”； - 如果支路上持续有车辆存在，则按照普通信号控制规则进行操作。 此外，在上述基本功能基础上还增加了额外的功能模块： - **紧急情况处理**：当发生交通事故时，所有方向的交通信号将转变为红色并保持常亮状态直到事故得到妥善解决后恢复常态。 - **夜间低速模式**：在深夜时段（如凌晨12点以后），由于车流量减少，在各个路口处会显示黄灯并且持续闪烁以提醒驾驶员减速慢行。 本设计方案描述了一个由一条主干道和一条支路组成的十字路口交通信号控制系统，其工作原理如下： - 当支路上没有车辆时，保持“主干道绿灯、支路红灯”的状态。 - 如果有来自支线路段的车流量，则需判断当前是否已达到30秒以上的时间限制。若条件满足，那么将依次经历以下转换： - “主干道黄灯、支路红灯”（持续4秒） - 然后切换至“主干道红灯、支路绿灯”的模式 - 再次回到初始状态之前会经过短暂的黄色警告阶段即“主干道红灯、支路线黄”，同样维持4秒钟。 在紧急情况或夜间特殊操作启动时，系统将暂停常规的状态机跳转流程并进入相应的应急工作方式。 为了实现上述功能需求，整个设计过程包括了以下步骤： - 使用if语句来判断时间是否满足状态转换的条件； - 通过case语句实现在不同计时期间的切换逻辑； - 在always循环结构中编写用于控制信号灯变化的具体程序代码； - 利用case语句根据当前的状态变量值确定下一步的操作指令。 此外，还设计了辅助模块如时钟频率调整、数码管显示等来支持主控制器的正常运行。