1 前言

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分,所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，已经成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。[5]

实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程控制器PLC、单片机等方案来实现。但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了功能修改及系统调试的困难。而基于FPGA（即现场可编程门阵列）的交通灯控制系统完成了对系统硬件功能的实现，极大地提高了设计效率，缩短了设计周期，节省了设计成本。

本论文简要介绍了FPGA的特点以及设计流程，以Quartus II软件为开发平台，通过硬件描述语言Verilog HDL来设计交通灯控制器。交通灯控制器用于自动控制十字路口红绿灯的状态和倒计时，方向分为东南西北四个方向。东西方向的红绿灯状态一样，南北方向的红绿灯状态一样。每个方向上，有四盏灯，分别是红灯、黄灯、绿灯和左转灯。红灯亮表示左转和直行的车辆禁行；黄灯亮表示左转和直行的车辆即将禁行；绿灯亮表示直行车辆可以通行；左拐灯亮表示左转车辆可以通行。

2 概述

2。1 FPGA的简介 源F于K优B尔C论V文N网WwW.youeRw.com 原文+QQ752^018766

FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列）是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。它是当今数字系统设计的主要硬件平台，其主要特点就是完全由用户通过软件进行配置和编程，从而完成某种特定的功能，且可以反复擦写。在修改和升级时，不需额外地改变PCB电路板，只是在计算机上修改和更新程序，使硬件设计工作成为软件开发工作，缩短了系统设计的周期，提高了实现的灵活性并降低了成本。[9]

2。1。1 FPGA的特点 

（1）高性能和实时性

由于FPGA芯片内部是通过上百万个逻辑单元完成硬件实现，具有并行处理的能力，运算速度比平常的单片机和DSP快很多。

（2）高集成性 

FPGA可根据用户的需求在内部嵌入硬/软IP核，以实现不同的要求，而且采用SOPC技术也可节省目标硬件的面积。

（3）高可靠性和低成本 

目前的FPGA芯片在出厂之前都做过100%的检测，不需要设计人员承担投片生产的费用。

（4）高灵活性和低功耗 

FPGA是现场可编程，用户可以反复的编程，擦写，使用，或者在外围电路保持不变的情况下，采用不同的设计而实现不同的功能，这样给产品的升级和维护带来极大的方便。 

2。1。2 FPGA的体系结构 

FPGA采用逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）的概念，内部包括可编程逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输入/输出模块IOB（input/output Block）、内部连线（Interconnect）和存放数据的静态存储器SRAM组成。如下图2。1所示 。

图2。1 FPGA的体系结构

（1）可编程逻辑模块CLB 

CLB是实现逻辑功能的基本单元，通常规则地排列成一个阵列，散布于整个芯片。CLB一般由逻辑函数发生器，触发器，数据选择器等构成，函数发生器用于实现n输入变量的一个任意组合逻辑。