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　　交通信号灯控制系统设计中文摘要智能化交通控制系统都是基于当代电子技术交通和车辆控制服务管理系统。根据对PLC和MCU策略的较为，依据交通信号灯控制系统的设计规定，确认了FPGA模块化功能的实现。控制模块、5秒倒计数模块、倒计数时间安排推动模块、55秒倒计数模块、倒计数挑选模块、1Hz计数时钟信号模块、1Kz时钟信号模块、动态性运用QuartusII模拟仿真各模块，确保功能恰当。在确保功能恰当后，把所有模块联接形成完整的设计，并且用QuartusII再度模拟仿真。模拟仿真结果表明功能恰当，达到设计规定。最终，应用QuartusII将系统软件下载到AlteraFPGA处理芯片EP2C5T144C8上。具体运作结果表明，电源电路工作正常，达到设计规定。关键词：交通灯；FPGA；PLC算法QuartusIItosimulateeachmoduletoensurecorrectfunction.Afterensuringthecorrectfunction,connectallmodulestoformacompletedesign,andthensimulateagainwithQuartusII.Thesimulationresultsshowthatthefunctioniscorrectandmeetsthedesignrequirements.Finally,QuartusIIisusedtodownloadtheprogramtoAlteraFPGAchipEP2C5T144C8.Theactualoperationresultsshowthatthecircuitworksnormallyandmeetsthedesignrequirements.Keywords：Trafficlights,FPGA,PLCalgorithm目录TOC\o1-3\h\u66921绪论 绪论本课题研究背景及意义在世界经济高度发达的今天，中国的经济科技等也在飞速发展。而伴随着中国城市化进程的加快，城市人口和车辆不断增加，我国的城市交通面临着越来越严重的问题，其表现较为明显的是城市交通的拥堵和交通的安全[1]。然而城市中的交通秩序其最主要的是靠交通路口的红绿灯来进行控制的，红绿灯的技术起源在19世纪的中期，它存在的意义是进行疏导汽车，对于进行提高道路的使用效率也有着非常大的提升。在可编程器件的发展及应用中，用数字系统来进行设计带来了非常多的便利。可编程逻辑器件能够通过软件的编程让硬件的设计更像是软件设计那么简单。自从21世纪以来，EDA技术也得到了非常大的发展。因此，在数字系统的设计中去使用EDA技术是非常必要的[1]。随着EDA的不断发展，大规模可编程器件(FPGA/CPLD)开始登上历史舞台，关联方面也在不断扩大。但是相对于数字系统设计，应用大规模可编程器件比其他中小规模的集成电路有很多优点。第一，能使设计电路方案简单化，节省设计成本；第二集成度高，系统的运行速度快，可靠性也很好，而且结合其他并行的工作方式，使得它在较高系统里应用很广泛[2]。使用EDA技术设计数字系统时，通常使用VerilogHDL硬件电路描述语言。系统设计实现后，在集成开发环境中VerilogHDL作为一门成熟的语言，各种平台都支持编写，也可由不一样的设备实现[2]。设计交通灯控制系统使用VerilogHDL语言自顶向下的设计方法，可读性和易于实现性能充分发挥。功能强大，并且十分稳定，对于初学者也可以快速融会贯通[3]。所以我选用VerilogHDL语言来完成本次系统的设计。我国目前在交通系统设计中的研究成果都采用转换时间间隔的方法来控制路口的交通情况，但是由于不同的时刻和车流量，这个方法的采用易造成城市道路资源的浪费，使城市道路不仅没有得到合理的使用，且可能会造成很多交通问题[3]。所以使此类问题得到改善，我们将设计基于单片机的交通灯智能交通控制系统[4]。本课题国内外研究现状交通灯控制器的发展历程由于19世纪的中期以后十字路口这样的道路逐渐增多，从而引起了大家开始关注道路拥堵。在这样的背景下交通灯随之诞生。然而，好景不长，因为一次意外导致交通灯消失了50多年[5]。直到20世纪初期美国的克利夫兰、纽约重新开始出现了交通灯。和之前不一样的是所有的交通灯都是用电来进行驱动的。其实这种改进已经让当时的红绿灯和现代的红绿灯很像了。20世纪中期，由欧洲人首次独立设计了通过信号控制的道路交通信号灯，从此人们进入了通过动能去独立控制一个信号。前期人们对路口进行控制是简单的去操作某一个路段的信号灯，但是对整体道路秩序来进行控制却是一个困难且艰巨整体的控制问题，不管在执行方面还是想象方面。人们开始认识到对交通灯逻辑系统进行完善的重要性[6]。在19世纪60年代的初期科学家已经开始了研究整个城市交通的控制。1970年，科学家们创造了实时交通方案，进行控制交通系统，并有选择地进行调节。在很多发达的国家的道路网中已经得到非常广泛的肯定和认可。交通灯控制系统发展趋势交通灯制御系统的发展，随着城市化的扩展，变得越来越重要和普遍。在近百年的发展中，十字路口的道路信号制御系统从自主制御不能制动进化为诱导制御、人工制御到纯自动制御、现在的电子制御、点制御到主次线制御（线制御）、地域制御和网络制御（云制御）[7]。伴随着现代化进程的普及和越来越提高的车速，人流拥挤和道路拥堵情况愈发严重，人们也对交通系统规模的复杂性开始重视起来。并逐渐意识到道路车辆的分流很难从根本上解决，传统交通拥堵处理方式的弊端开始显现出来。智能交通系统（ITS）随着人们的需求而诞生，并取得了飞速的发展，随着科技的不断进步，我国在交通控制系统方面必将达到世界一流的控制水平。何悠[8]主要研究了一款基单片机的通过道路车辆变化调节时间的智能红绿灯的设计方案，通过系统自动记录车流量，并通过模糊算法来分配合理的时间，实现车辆变化的自我调节。此系统是由上拉电阻、红黄绿灯、AT89S52单片机以及两个开关等来进行设计。在开发硬件的过程中，采用led灯管对两个重叠的红色信号进行模拟。最后用单片机的P1端口来实现。另外，在主程序执行P1端口时，可以很好的制备各个节点，并利用延时功能来更好的控制系统。但在系统工作当中，有时会发生中断。此时，转移到对应的中断服务程序，相反的方向切换为“绿色信号”，另一个方向切换为“红色信号”，主要避免故障的发生[9]。杨炼[10]等采用西门子S7-200PLC实现对城市十字路通灯控制系统中，交通灯由PLC控制。实践表明，基于PLC设计的系统可以稳定可靠的工作。但也有很多不足之处。比如由于架构的封闭性，导致厂家硬件系统不匹配，并由于系统和编程语言的不匹配导致了客户使用PLC产品时，遇到许多困难。基于FPGA设计的系统通常以FPGA芯片为核心，通过VerilogHDL语言编写程序。金春花[11]根据系统需要实现的功能，采用了自上而下的设计方法。系统大致由控制器模块、分频器、定时器和解码器组成。对系统时钟进行分频是由分频模块实现的。交通灯的点亮时间进行计时可以在定时器模块中完成。这是由于红绿灯通常是用采用倒计时，这个定时器实际上是一个模块为60s的减量定时器，要求绿灯倒计时到30s时主路会发出左转信号由红灯变为绿灯。控制器是系统的核心模块，实现交通指示功能，可以实现5种不同工作状态的切换控制。曾庆化[12]等人针对存在于基于GPS/GSM的智能交通系统中的CPS信号被屏蔽、定位有效果差、系统维护费用高等问题，结合新兴的无线传感器网络技术，研究了基于GPS和WSN的新型智能交通系统。车载无线传感器移动节点安装在总线顶部，包括车载Zigbee芯片、GPS芯片、车载天线和传感器，其中车载Zigbee芯片与车载天线连接；无线传感器固定节点包括固定Zigbee芯片、固定天线和电子显示器，设置在交叉点和总线站的高处，其中交叉点固定节点连接到道路状况电子显示器，家庭固定节点连接到总线信息电子显示器。完成总线定位算法后，制作软硬件，完成验证系统测试。通过测试结果可以表明，基于无线传感器和CPS技术的智慧交通系统有着非常好的性能及非常高的性价比，极具有实用价值及参考意义。现在的红绿灯通过按照时间进行控制系统也存在问题，乔佳利[13]等人提出了基于雾计算的安全智能交通信号灯控制算法。车载网络、路侧接入网络设备可以检测每个方向的交通情况，运用控制平台来协调车辆与红绿灯间的信息，综合考虑，利用了基于哈希函数的雾计算方式，让红绿灯在速度、方向和位置的方面快速的获得相关信息，可以使车辆最大限度的减少其等待的时间，以提升其通行的效率。通过Matlab的仿真来验证其结果的准确性。其中车载单元(OBU)、路侧接入网络设备、车辆、交通信号、控制平台和雾计算是基于雾计算的智能交通信号控制系统的组成部分。车辆和路侧节点单元信息互通，对车辆信息DG视讯·(中国区)官方网站采集，发送到控制平台，然后控制红绿灯。刘浩[14]等人运用现代网络技术，主要原理是通过无线功能，对红绿灯进行实时管控，对道路交通的改善有重大的作用。基于现代网络的控制系统主要由3G智能手机、ARM制御板和驱动制御电路三部分构成，Android操作系统。在正常的交通状况下，交通灯在ARM嵌入系统的控制下以自动定时模式运行。在交通堵塞的情况下，交通管理者通过手机Android操作系统的交通控制系统软件设定交通时间（即绿灯显示时间）和交通禁止时间（即红灯显示时间），通过手机发送，无线路由接收传输，嵌入WiFi模块接收向ARM嵌入系统发送指令以制备蓝色信号显示。具有无线监控功能的智能光伏交通灯的设计和研究无线]主要对此进行了思考。这一发现为系统开发了人类应用平台，使人们更好的了解红绿灯的运行状态和十字路口的情况。王一鸣[16]等通过软件，模拟了城市的交通系统。通过交通流量实时情况，对信号延迟可靠性高的产品被创造，大大提高了交通效率。硬件架构由数据收集和传输部分、基于内置微处理器的智能网关、信号显示部分、道路状况显示部分构成。智能交通信号采集模块的主芯片采用STM32F103C8T6微控制器。对应的编码信号在十字路口的红外线发送管发出后，通过十字路口时的实时改变，光电开关管检测各车道的车流量，向STM32芯片发送信号。STM 32将程序执行后获得的信息通过485总线完成了计数和车辆变化的实时监控。在生产LED显示器的再生的同时，也能分析交通流量的算法，计算信号的时间分配，制作信号转换调度。郭荣祥[17]等干线协调控制战略是，在协调控制区间的两端交叉点实行定时管控，相当于准时在被制御干线内放车辆，定时控制配送时根据交通流量和数学通过模型得到，在协调制御内的各端口间通过广播局实现通信达成合作制的有效果。GRM模块传将交通十字路口的数据传送到远程控制中心，然后可以实时监测各个十字路口。整个制御系统的下级机是PIC，负责各个十字路口的时间制御和制御。低阶设备的操作过程是在不同的时间段开始，接收来自高阶设备的定时时间，并且在不同的低阶设备之间通过数字站进行通信。通过这样的广场协调，可以灵活调整各十字路口的分配时间，实现干线的协调控制，最大限度地减少堵车的发生。系统中的上级机的作用是，将每一个时间段由遥控器设定的时间发送到各端口，各十字路口的车流量检测装置测量的车流量信息通过PLC下级机和无线遥控装置传输到上级机，存储在上级机的数据库中。系统的上位机可以修正和监视远程交通灯的参数。刘信新，陈鲲利[18]采用无线传感器网络技术设计了交通灯控制系统，密集分布超声波传感器可以获得相应的车辆动态，自适应信号灯调度算法可以根据道路情况自动调节绿灯时间，大大减少了拥堵现象的产生。集中控制器作为核心部分，主要由由三个部分组成：信号灯、集中控制器、无线传感器节点。无线传感器节点是检测道路实时动态的关键部位。每个节点都能通过携带多个超声波收发器以检测车辆。这些节点可以从电缆和电池中提供电力。杨书鸿，张佳玮[19]设计的基于ZigBee的智能交通信号系统可以根据车流量实时自动调节路口、路口之间的信号灯。此技术不仅具有双向无线通信功能，而且在距离、电量、速度、成本等方面具有强大优势。一段过去车辆的数据在感光传感器被收集，传送ZigBee终端节点。ZigBee终端节点经由ZigBee网络向ZigBee协调器发送接收数据。ZigBee协调器将接收到的数据发送到PC，PC根据状况进行判断，向信号发送制御命令。孟祥凯[20]等提出了基于单片机的无线远程控制交通灯控制系统，已经初步实现了百米正常通信的目标。该系统包括发送模块、接收模块和核心控制部分。发送方主要由单芯片机和定向无线发送模块构成；接收侧由单芯片制御模块、数据接收模块、LED三基本色制御模块和数字管模块构成。当解码码片接收到数据时，MCU的对应销由电压比较器下拉。发送侧的按钮松开后，MCU对应的销变为高电平，模拟独立按钮的操作。智能交通系统（ITS）是DG视讯·(中国区)官方网站根据人们的需求而产生，并迅速发展起来的。一定要和国际先进的交通控制系统相结合，更加人性化，开发更加合理的交通灯控制系统。本课题主要研究内容传统的交通灯控制器大多是单片机或PLC实现的。随着近几年技术的快速发展，比如EDA技术，在电子技术方面的发生了翻天覆地的变化。其中最便利的就是现场可编程门阵列（FPGA），它的出现是一项伟大的而进步。利用此进行产品开发，有成本低，周期短，可靠性高这样的优点。本课题以FPGA芯片为核心，用VerilogHDL语言制作代码，能够实现交通灯控制器的设计完成。设计一种双交灯控制的系统。它有两个信号灯，分别是主灯和从灯；可以按照主灯设置规则从灯的显示中进行调整；每个信号都可以人为控制，其中人为控制权是最高的。该系统以FPGA为核心，同时运用LED灯管。并设计电路；其中主灯占据主导地位，可以控制从灯的变化。主灯和从灯也均可以人为控制。总体设计方案总体方案设计基于PLC的交通控制系统的例子，要求实现“经常系列制御”和“紧急交通制御”两种制御模式。程序的总流程图如图2-1所示。南北方向控制南北方向控制东西方向控制返回图2.1程序总流程图与以往的电子线路和继电器相比，此系统在可靠性、维护方面、使用及通用性方面都有很强的优势性。而且还能连网。通过测试的十字路口的情况，比如间隔、车辆流量和车速方面，准确的预测了十字路口信号机的时间差，将无数个PLC连接到一台制御计算机，具有方便操作、管理和监控的优点，可以极大程度上提升城市道路交通管理的能力。FPGA主程序实现方案设计结合已有的PLC实现和单片机应用实现的经验，并吸收两种设计的优势之处，再根据交通灯控制系统的设计要求和FPGA模块化功能实现，确定了以下方案，因每个方向相对的信号灯状态及倒计时显示器的显示完全一致，根据设计要求和系统所具有的功能，交通灯控制器系统框图如图2.2所示。FPGAFPGA主控模块系统复位手动/自动红绿灯切换显示器报警器图2.2交通灯控制器系统框图在这个结论中，复位的功能是系统的优势，它能将系统恢复计时。在现实的交通灯的交通信号系统中，大部分的都是由自动化，但是为了配合高峰时间防止交通堵塞，有时需要人工控制。主机包含系统复位、手动/自动、信号切换、主模块、显示和警报。主制御部分由FPGA实现。图2.3交通灯通行示意图结合实施方案，主要有东西方向、南北方向、南北方向左转、东西方向左转、手动御，由M2~M0设置，参照表2.4。表2.4交通灯工作方式表方式M2（0：自动，1：手动）M1（0：A向，1：B向）M0（0：直行，1：左拐）151**特殊情况下，可选择模式1至4中的任一种停止正常运行，进入特殊运行状态。此时信号以工作模式显示，当计时电路停止计时的时候，计时时间就开始闪烁。而当系统总复位的时候，控制电路和定时电路复位，这时所有信号灯熄灭。各功能模块的设计与实现总体设计思路系统组成框图这个设计任务的要求和决定的实施方式，根据自上而下的层级设计方法，总的来说是分为4个部分：第一系统定时发生电路、第二交通灯计数时间选择模块、第三定时控制电路、第四交通灯信号解码电路。构成图如图3.1所示。假如在这个地方，某一个十字路口是由干线道路和下一条干线道路的回合形成的。在每个方向设置红绿黄3种信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行：黄灯亮允许行驶中车辆有时间停考到禁止线以外。时序发生模块时序发生模块（1kHz输入时钟）红绿灯计数时间选择模块红绿灯信号译码模块定时控制电路系统复位手动/自动红绿灯切换红东黄西绿向倒计时显示红南黄北绿向 图3.1交通灯控制器系统组成框图按时控制电路关键可设置的次数控制数据信号颜色的改变，并通过挑选控制模块确定最后的显示结果。通过对比显示灯，利用时钟频率控制电路控制时长，从而实现编解码模块导出作用。在全自动控制控制模块的情形下，绿灯点亮为55秒，灯闪点亮为5秒，绿灯点亮为60秒。其外界硬件电路包含2组信号指示灯(相互配合交叉路口双重指引控制)、二级七级显示屏(相互配合绿灯倒数计时表明)、一组手动式与全自动控制开关(对交警指挥应用交通出行控制)。交通灯的状态转换图从分析了交通灯的框图的结论来看，最后程可以基本可以分为4个阶段，对应的输出有4个状态，分别是S0、S1、S2、S3。表3.2表示4阶段的照明状态。表3.2四个阶段的灯亮状态表状态灯亮情况格雷码S0状态主干道绿灯亮，支干道红灯亮00S1状态主干道黄灯亮，支干道红灯亮01S2状态主干道红灯亮，支干道绿灯亮11S3状态主干道红灯亮，支干道黄灯亮10主干道是绿灯的通行的时候，支干道一定是不能通行所以是绿灯，所以我们如图3.2规定S0的状态。当主干道是黄灯的时候，是在提醒主干道的车即将不能通行也就是说现在还能通行，所以支干道上的车还是不能通行的显示的应该是红灯，所以我们如图3.2那样规定S1的状态。当主干道上的黄灯闪烁时主干道方向的车辆禁止通过，支路方向的车辆这时候可以正常通过，所以此时显示为绿色，表示S2的状态。等待一段时间以后，支路由绿色转变为黄色，提醒支路车辆即将无法通行(表示仍可通行)，所以主干道车辆无法通行，即显示红灯，我们在此指定S3状态。当主干道方向的55秒计时结束时，如果支路方向没有车，那么控制器要继续在S0状态下再运行55秒，等到下一个计时转向东才做出判断；主路55秒计时完毕，如果支路方向有车，根据状态转移图跳转。类似地，对分支道路执行相同的处理。图3.3主干道状态转换当主干道开始亮绿灯时，假如主干道的方向中要求车子务必保持正常状态，则主干道侧绿灯无法再继续维持。不然，假如计数未完成，但主干道上没有车，则执行从S2状态到S3状态的自动跳转。假如主干道上有车并保持到55秒计数完毕，则也执行状态迁移。图3.4支干道状态转换由上面的两个干道的状态转换图可知，两个方向的先设计成并列的，即都是按照倒计时信号进行状态跳转，然后再加入两者之间的限制关系和SIGNAL信号。功能模块设置及实现依据前面的控制系统设计框架图和心态设定，主控芯片一部分分成主控芯片模块、55s倒计时模块、5s倒计时模块、倒计时时间选择驱动模块、倒计时时间选择模块、1KHz时钟信号模块、1Hz记数时钟信号模块、倒计时时间数据信息多通道选择模块、动态展示驱动模块、显示数据多通道选择模块和显示数据编解码模块。主控模块该模块主要根据外界输入信号RSt和SW1去进行导出层面控制，用以操纵信号指示灯色调。其中包括了内部结构模块中间的重要数据信号EN_in(来源于倒计时时间选择驱动模块)。编码见后边附则，对程序执行编译程序和模拟仿真后。结论如下图所示。图3.5主控模块RST：用于控制系统的复位功能，复位后，系统将回到初始状态；SW1:模式选择，用于进行选择自动模式和人为模式。当SW=1处于自动模式状态下，系统不在需要人为控制，当SW=0处于人为模式时，红绿灯不再工作。图3.6仿线时，主路变成红色（如redl所示），支路变成绿色信号，跳跃到黄色灯（如yell10w2和green2所示）；01的情况下，主路是绿色（如greenl所示），支路是红色（如red2所示）；10时，主路从绿色变为黄色（如yellow1所示），支路保持红色（用red2表示），在10和11个边界跳至黄色灯（用yelllow2表示）。55秒倒计时模块该模块主要是完成倒控制的红灯信号的点亮时间为55秒。事实上，1分钟以内绿灯变黄的话，为了注意车辆和行人，选择55秒作为绿灯2的点亮时间。代码见后面附录。模拟结果和编译结果请参照图3.7和图3.8。图3.755秒倒计时模块C_CLK：技术时钟信号、计数器的全局计数时钟。分频后，该时钟信号是频率为1Hz的方波信号，在时钟上升边缘处，计数器同时响应。图3.8仿线秒倒计时模块该模块主要完成5秒倒计时来控制黄灯的点亮时间。一般情况下在60以内会有红灯变为绿灯的情况，以此来提醒过往的车辆和行人。代码见后面附录。模拟结果和编译结果如图3.9和3.10所示。图3.95秒倒计时模块C_EN:计数器的使能信号。在时钟的信号下,处于高电平时候,计数器将工作在计数状态；否则,计数器将工作在保持状态。t图3.10仿真结果倒计时时间选择驱动模块只要模块完成选择倒计时时间的功能，输入信号就来自两个倒计时模块。倒计时结束后，驱动模块生成生成00、01、10、11序列的脉冲信号。驱动倒计时时间选择模块。代码见后面附录，编译结果如图3.11所示图3.11倒计时时间选择驱动模块EN_inl：高位驱动信号，来源于55秒计时的计时到信号，当计数器计时完成后，产生这个脉冲来驱动状态的变化。EN_in0：地位驱动信号，来源于5秒计寸的计时信号，当计数器计时完成以后，产生这个脉冲来驱动状态的变化。倒计时时间选择模块该模块主要完成55秒倒计时与5秒倒计时之间的选择功能，在实际中因为存在着红灯到黄灯再转換为绿灯的这样一个变化过程，而红黄绿灯的点亮时间不相同，一般是绿黄两灯的点亮时间刚好等于红灯，其中，绿灯亮55秒，黄灯亮秒，红灯亮60秒。其源代码见附录A，其仿真结果与编译后的结果如图3.12，3.13所示。图3.12倒计时时间选择模块D_IN：如果状态变化的输入信号是“00、01、10、11”四个状态的变化，则状态变化的输入信号与倒数时间长的选择信号同步。图3.13仿线：时间选择高位输入，用于选择驱动55秒倒计时计时器。分别在状态输入为“00，10”这两种状态时，即对应绿灯点亮时间，输出高电平，使能55秒倒计时计数器。D_OUT0：时间选择低位输出，用于选择驱动5秒倒计时计时器。分别在状态输入为“01，11”这两种状态时，即对应黄灯点亮时间，输出高电平，使能5秒倒计时计数器。1KHz时钟信号模块将板上10MHz的全局时钟信号分频得到1KHz的时钟信号，即完成10000分频的分频器。代码见后面附录。将程序进行编译后，结果如下图所示。图3.141KHz时钟信号模块1Hz计数时钟信号模块该模块主要是通过不断分频，最后得到1Hz的时钟信号，代码见后面附录，通过对程序进行编译，结果如图所示。图3.151KHz计数时钟信号模块倒计时时间数据多路选择模块该模块主要完成两组不同倒计时时间数据的选择和输出到后续显示模块。源代码如附录A所示，对程序进行编译和仿线倒计时时间数据多路选择模块SEL：状态选择输入信号，用于在不同状态下选择不同计时器的输出数值作为本模块的输出。图3.17仿线l:输出高阶BCD码，SEL使能时选择D_IN1或D_IN3，SEL=00或10时选择D-IN1；当SEL=01或11时，选择D-IN3。D_OUT0输出低阶BCD码，SEL使能时选择D_INO或D_IN2，SEL=00或10时选择D-INO；当SEL=01或11时，可以选择D_IN2。动态显示驱动模块该模块主要完成是实现数码管倒计时的动态显示。动态显示的选择，即分时显示间隔，既要保证同时显示到人眼，即不会出现两位数的间歇显示，又要保证显示的位数不会被覆盖。代码见后面附录，其仿真结果与编译后的结果如图3.18，3.19所示。图3.18动态显示驱动模块图3.19仿真模块显示数据多路选择模块该模块主要完成数码管显示数据的分时选择，实现分时动态显示。代码见后面附录，对程序进行仿线显示数据多路选择模块图3.21仿真结果显示数据译码模块该模块主要完成4位BCD码到8位数字显示数据的解码。代码见后面附录。对程序进行编译和仿线仿真结果系统软件设计及仿真系统软件设计正常时序控制：南北控制和东西控制都按照正常时序动作，控制对应的信号灯循环启动。流程图如图所示。紧急交通规则有南北紧急交通规则制和东西紧急交通规则制两种方式。紧急列车通行控制的要求如下：紧急列车通行信号由紧急列车通行开关控制。没有紧急情况的情况下，信号灯正常工作。突然来车的话，就会去强行打开其紧急车辆的相关开关。那么不管现在目前信号灯的状态是什么，在紧急车辆所来的方向会强制的开着绿灯，直到通行。在车紧急时如果去关闭其紧急的开关，信号灯的状态就会立马变成紧急通过的方向绿灯，之后就会按正常时间顺序来进行控制。南北红灯亮28南北红灯亮28s南北红灯亮24s调闪亮子程序南北红灯亮3s图4.1南北向控制子程序流程图南北绿灯亮南北绿灯亮东西绿灯亮调闪亮子程序开始图4.2急通车控制子程序流程图如主程序的流程图4.3所示的不停循环4个状态。流程图如图4.4所示，在定时调整和紧急状态的两个状态其主要的程序中会放置一个键来去判断命令，当按了按键的时候，程序就会自动的进行跳转到按键子程序来进行处理。那么当其检测到K2的键在按下的时候，就会自动的返回其主程序。当发生了紧急的情况时候，就会按下K3或K4来进行切换到紧急的状态，当紧急的事情处理完之后，再按下K2就可以恢复到正常状态。开始开始程序初始化是否时状态s1?是否时状态s2?是否时状态s3?是否时状态s4?按键是否按下?返回NNNNNYYYYY启动状态S1按键处理启动状态S4启动状态S3启动状态S2图4.3主程序流程图KK2按下？返回NNNYYY进入时间调整循环执行s1S3+s4K3按下？K4按下？循环执行s3图4.4按键子程序流程图顶层电路设计好各个模块后，就要把各个模块有机地结合成一个整体，最终实现系统的功能。用VerilogHDL语言编写顶层电路,RTL原理图见图4.5，具体源代码见附录A，仿线仿线处于高电的时候，在主要街道方向的绿灯亮起，当Red2在高电平的时候，子方向街道的红灯亮起；过了55秒之后，Green1会变成低电平，Red2不会变化，Yellow1就变成高电平，那么表示的主要街道方向的信号熄灭黄色灯，主街方向也是红信号；5秒后，Green2变为高电平表示干线道路方向的青信号点亮，Red1变为高电平表示干线道路方向的红信号点亮。干线道路和干线道路交替切换信号，显示倒计时秒数。总结通过本课题的研究，利用FPGA技术实现了交通信号灯控制系统及其主控模块的相关功能，并且对于传统的交通信号灯的系统进行了设计及改善。我在这整个毕业设计中为更好的去完成此毕业设计，查找资料以及教材，找相对应的相关软件。并在图书馆中也找了非常多的相关资料。但是由于时间相较紧张并且很多条件并不允许，所以会有不足之处。本设计采用VerilogHDL硬件秒述语言文本输入方式，在确立整体功能的前提下，分层地记述，其中对各个通过模拟仿真进行测试，修正方便且灵活。两个模拟的频率数不能太高。不那样做的话就不能实现。另外，在程序中规定了两个计数器的计数范围，实际的。随着信息化数字时代的到来，其人们的生活也发生了巨大的改变。跟随着数字化时代的DG视讯·(中国区)官方网站不断发展，交通信号灯其功能也更加的完善。此外，VerilogHDL语言其对于EDA也有非常大的影响，让电子产品的设计周期也会随之缩短，给设计的人员提供了便利。参考文献[1]刘小艳.我国城市交通现状及对策分析[J].价值工程，2012，31(25):80-81.[2]赵宪文，王兰兰.交通灯控制的verilog实现[J].硅谷，2011(14):61-63.[3]刘中原，闫学勤，李凤婷.基于多路口车辆滞流量的交通灯协调控制系统设计[J].工业控制计算机，2016，29(10):33-35.[4]交通灯的发展史[J].中国公路，2016(14):15-15.[5]赖捷.红绿灯：不只是一部技术发展史[J].发现，2011(2):44-45.[6]XIE，XiaoFeng，SMITH，etal.Schedule-drivenintersectioncontrol[J].TransportationResearchPartCEmergingTechnologies，2012，24(1):16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