课题一：交通灯控制设计

1.课程设计的目的与要求

1.1目的

以FPGA为核心，设计一个交通灯控制器，每个路口都有红、黄、绿三盏灯。该交通信号灯控制器由一条车道A和一条车道B汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。用红、绿、黄发光二极管作信号灯。

1.2要求

（1）东西、南北两个方向的信号灯必须交替工作且两个方向通行时间不同；

（2）显示采用LED光柱或数码管倒计时的方式。

（3）遇有紧急情况可人为将两个方向都置为红灯。

（4）每个路口用2个七段数码管倒计时显示。

1.3分工

马浩宁：电路设计、程序调试、画PCB

张晓涵：刻板、焊电路、写论文

王春燕：查找资料

FPGA模块方案论证及选择

各模块端口及信号连接如下图所示：

由上图可知，FPGA部分包括四个模块，顶层模块（top_traffic）、交通灯控制模块（traffic_light）、数码管显示模块（seg_led）、led灯控制模块（led）。在顶层模块中完

成对其它三个模块的例化，并实现各模块之间的数据传递。

顶层模块（top_traffic）：顶层模块完成了对其它三个子模块的例化、实现了子模块间

的信号连接、并将led灯和数码管的驱动信号输出给外接设备（交通信号灯外设）。

交通灯控制模块（traffic_light）：交通灯控制模块是本次实验的核心代码，这个模块

控制信号灯的状态转换，将实时的状态信号state[1:0]输出给led灯控制模块（led）,同时将

东西和南北方向的实时时间数据ew_time[5:0]和sn_time[5:0]输出给数码管显示模块

（seg_led）。

数码管显示模块（seg_led）：接收交通灯控制模块传递过来的东西和南北方向的实时时间数据ew_time[5:0]和sn_time[5:0]，并以此驱动对应的数码管，将数据显示出来。

led灯控制模块（led）：根据接收到的实时状态信号state[1:0]，驱动东西和南北方向的led发光。

原理设计

3.1基本原理

点FPGA开发板上左边的P6扩展口可以用来外接交通信号灯扩展模块，交通信号

灯扩展模块的原理图如图 38.3.1所示。

图 38.3.1 交通信号灯原理图

由上图可知，交通信号灯扩展模块四个方向共12个LED灯，而我们使用6个LED控制信号来

驱动12个LED灯，这是因为东西方向或者南北方向LED灯的亮灭状态总是一致的，所以我们将东西方向或者南北方向颜色相同的LED灯并联在一起，这样设计的好处是减少了交通信号灯扩展模块LED控制信号的引脚。

上图中四个共阳型数码管分别对应四个路口，每个路口用两位数码管显示当前状态的剩余

时间。我们知道，在十字路口中，东西方向或者南北方向数码管显示的时间总是一样的。以东西方向为例，正因为这两个方向显示的时间一致，所以这两个方向的数码管，它们的十位可以用同一个位选信号来控制，个位用另一个位选信号来控制，这样的话，就可以实现两个位选信号控制东西方向共4位数码管的亮灭，南北方向的数码管同理。这样设计的好处是减少了交通信号灯扩展模块位选信号的引脚。

数码管由PNP型三极管驱动，当三极管的基极为低电平时，数码管相应的位被选通，所以交通信号灯扩展模块的位选信号是低电平有效的。