摘 要

随着科技的进步，时代的发展，人民的经济逐渐提升，直接促进了城市中汽车数量的迅速增加，再加上公交车系统和城市维护施工的影响，而且考虑到我国某些城市的规划不合时宜，更是加剧堵塞的程度。

对于解决交通堵塞有效并且易推广的解决办法是选用更加智能的数字交通信号灯算法。在大部分的城市中，普遍采用了交通信号灯对路口进行有序控制，交通信号灯控制器每提高一小步，交通效率会提高一大步。智能的交通灯系统可有效解决城市路口的汽车分流问题，使红绿灯的持续时间与实际更加贴近，提高路口汽车流量，最终使城市交通状况得到改善。本论文通过研究基于VHDL语言的数字交通灯控制器来提高十字路口的交通效率，研发出的成果在仿真阶段可以顺利使用，由于功能比较简单，仅适合交通情况单一的场所，复杂情况下应用时，需要针对性开发更多功能。

关键词： VHDL 交通灯 定时模块 仿真 程序设计

Abstract

With the rapid development of science and technology, social economy is also gradually increasing. The number of the cars in the city is growing continuously. Combined with the low-efficiency buses system, urban maintenance or construction and irrational planned transportation system, this phenomena aggravates the degree of traffic jams. An intelligent control algorithm of traffic lights is proposed in this work to help us to solve the traffic problems. In big cities, most of the signalized traffic junctions are under the control of area traffic light system. The traffic light system can effectively improve the traffic stream conditions. This research concerns on the development of traffic light controller based on VHDL language, the developed control algorithm is simulated in an EDA software named Quartus II, the simulation results shows that the correct time sequence is generated correctly, which proves that the control algorithm is effective and exact under some basic traffic situations.

KeyWords: traffic light；the timing module；simulation；state transition

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 国内外研究现状分析 1

1.3 数字交通灯控制器设计目标 1

1.4 控制器主控部分的设计思路 2

1.5 本章小结 4

第2章 数字交通灯控制器的设计 5

2.1 VHDL语言和Quartus II软件简介 5

2.1.1 VHDL 语言介绍 5

2.1.2 Quartus II软件介绍 5

2.2 交通灯控制器的逻辑设计 6

2.3 各模块电路的设计 9

2.3.1 时钟模块的程序设计 9

2.3.2 主控模块的程序设计 10

2.3.3 译码驱动模块的程序设计 11

2.4 本章小结 12

第3章 数字交通灯控制器的仿真 14

3.1 数字交通灯系统各模块的仿真 14

3.1.1 定时模块的时序仿真 14

3.1.2 主控模块的时序仿真 16

3.1.3 总系统的时序仿真 18

3.3 本章小节 18

结论 19

参考文献 20

附录A 控制器各模块的VHDL程序代码 21

附录B 定时模块波形仿真图 29

附录C 主控模块波形仿真图 29

附录D 数字交通灯控制系统总原理图 31

附录E 总系统的波形仿真图 32

致谢 33

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

可有效实现交通灯信号有序变化的技术不止一种，比如模块化的PLC器件和经典的单片机技术，但是这两种控制方案的实现需要硬件方面的支持，维护及更新不方便，安装难度与投资很大，大大提高了普及的难度。然而现在的EDA（Electronic Design Automation）技术已经相当成熟,可编程逻辑器件能完成所有数字器件的功能，比如高性能CPU，简单的74电路都可以实现，.EDA技术的使用可使控制部分集成度更高，而且其更新维护十分方便，适合情况多变的城市交通状况，所以用EDA技术来实现数字交通灯的控制十分合适。EDA技术相对于传统方法研发的产品，在处理繁杂电路时优势明显，在电路设计，问题调试时工作量明显小于传统方法，即使过程中出现漏洞，寻找和解决微问题也十分方便。

1.2 国内外研究现状分析

为了改善交通情况，不仅仅是对道路的拓宽，而是需要新的智能交通技术的研发。不合时宜的交通系统的限制与未来越来越高的需求突出了矛盾，使过去不太明显的交通堵塞问题展现在大家面前。

在世界范围内的特大城市，我国比较典型的有北京，杭州，武汉等地几乎每天都发生交通堵塞，偶尔部分地区交通瘫痪的情况。交通堵塞不仅会影响经济的发展，更会严重降低人民的生活水平，使国家的人力物力大大的浪费^[1]。

考虑到我国目前特色城市交通状况，包括大量城市工程的建设和维护以及人口众多等因素^[2]。即使部分城市有资源建设轨道交通，考虑到地铁系统的投资比较大。考虑到我国国情，只有部分省会城市或者发达城市有资源投资建设地铁系统，所以地铁系统推广不具有普遍性，难度很大。考虑到我国的普遍情况，人民主要的交通方式还是机动车。而要对机动车流量进行合理规划，改善交通堵塞需要一种合适新办法。

1.3 数字交通灯控制器设计目标

数字交通灯的实现方案是逻辑设计中非常典型的一个案例，实现方案多样化。随着数字集成技术和EDA技术的快速提高，数字系统的研发理论与方式也与时俱进，快速更新着^[3]。相比基于其他技术的设计，EDA技术有代码简明，多种类别的描述语言适合不同的层次设计，覆盖面广等特点，而且VHDL是一种标准语言，容易被不同平台支持，且可移植性强。所以本次毕业设计采用强大的EDA技术来实现。根据收集的信息归纳出适应范围较广的结果作为交通信号灯的变化规律，即实现目标。然后编写对应程序后，加以验证。

本设计是采用了基于VHDL的数字控制系统的技术，本次设计研究目标是针对一种工作在十字路口，可在四种交通灯信号间实现智能转换从而控制主干道与支路的车辆行进状态的数字交通灯。设计要求是：研发一种基于VHDL语言的简单路口交通信号灯控制方案，控制器按照功能不同分为主控电路、定时电路、译码驱动电路等几个功能模块，通过在QuartusⅡ软件中对各个模块进行研发，并加以仿真测试进行验证。