FPGA课程设计：交通信号灯控制器
项目简介
本项目是一个基于FPGA的交通信号灯控制器设计，旨在模拟主干道与支道交叉口的交通信号灯控制逻辑。通过使用Basys2开发板，我们实现了对交通信号灯的控制，确保主干道和支道的车辆能够有序通行，同时考虑到支道车辆的优先通行需求。
项目背景
随着城市交通流量的增加，交通信号灯在道路交通管理中扮演着至关重要的角色。传统的交通信号灯控制方式已经无法满足现代交通的需求，尤其是在主干道与支道交叉口，如何合理分配通行时间，确保交通安全和效率，成为一个亟待解决的问题。
本项目设计了一个交通信号灯控制器，能够在Basys2开发板上实际验证。该控制器用于主干道和支道公路交叉口，优先保证主干道通行，同时兼顾支道车辆的通行需求。
功能描述
- 基本功能：
- 平时处于主干道绿灯，支道红灯状态。
- 当支道有车辆要穿过主干道时，信号灯改为主干道红灯，支道绿灯。
- 支道无车辆时，信号灯返回主干道绿灯，支道红灯状态。
- 如果支道始终有车辆，按普通信号灯处理。
- 时间控制：
- 主干道和支道每次通行时间不得短于30秒。
- 两个状态交换之间有主黄、支红和主红、支黄的中间状态，持续时间均为4秒。
- 输入输出：
- 支道是否来车用开关代替。
- 交通信号灯用LED代替。
设计思路
- 状态机设计：
- 使用有限状态机（FSM）来控制信号灯的状态转换。
- 定义多个状态，包括主干道绿灯、支道红灯、主干道红灯、支道绿灯、中间状态等。
- 时间控制：
- 使用计数器来实现时间的精确控制，确保每个状态的持续时间符合要求。
- 输入检测：
- 通过开关检测支道是否有车辆，根据检测结果决定信号灯的状态转换。
实现细节
- 硬件平台：
- 使用Basys2开发板进行硬件实现。
- 通过LED灯模拟交通信号灯，开关模拟支道车辆检测。
- 软件设计：
- 使用VHDL语言编写控制逻辑。
- 通过状态机和计数器实现信号灯的控制。
项目总结
本项目通过FPGA实现了交通信号灯控制器的设计，能够在Basys2开发板上进行实际验证。该控制器能够有效管理主干道和支道的交通流量，确保交通安全和效率。通过本项目的设计与实现，我们不仅掌握了FPGA的基本应用，还深入理解了交通信号灯控制系统的原理与设计方法。
未来展望
未来可以进一步优化该控制器，增加更多的功能，如实时交通流量检测、智能调度算法等，以适应更复杂的交通环境。