基于FPGA的SOPC交通灯计时控制系统详解与设计实现

本篇设计报告是关于2011-2012年度第二学期的数字系统设计课程项目，主题为"基于FPGA的SOPC交通灯实时控制系统设计"。作者通过对现代城市交通控制问题的深入分析，提出了一个针对城市交通管理的创新解决方案。系统目标是利用现场可编程门阵列(FPGA)构建系统-on-a-chip (SOPC)技术，实现交通信号灯的实时控制。 设计要求包括： 1. 通过开发板上的三个LED指示红、绿、黄三种交通灯状态，其中绿灯亮30秒，黄灯亮5秒，红灯亮30秒，形成循环计时。 2. 实现数字显示功能，让交通灯亮起时，数码管显示剩余时间，提供更直观的时间指导。 系统架构部分详细描述了SOPC系统的设计，利用DE1开发板上的资源，如开关、按键、四个七段数码管以及三个LED灯，这些都通过PIO接口进行操作。其中，数码管使用标准的七段码特性，并在SOPC Builder环境中创建用户逻辑接口以集成到NiosII IDE中。 硬件设计阶段，设计者首先在Quartus II开发环境中创建工程，选择适合的CycloneII 2C20F484C7 FPGA芯片。接着，通过SOPCBuilder工具配置硬件系统，加入了NiosII CPU、JTAG UART、Avalon Tri-state Bridge等模块，以及定制的GPIO接口如button_pio、switch_pio、led_pio以及用户自定义逻辑接口SEG7。值得注意的是，由于SOPCBuilder没有预置七段数码管IP核，所以需要设计者自行编写硬件代码，并使用SOPCBuilder的工具来创建自定义逻辑模块。 此设计不仅展示了FPGA和SOPC技术在实际交通信号灯控制系统中的应用，还锻炼了学生的系统集成能力和硬件设计能力。通过这样的项目，学生能够深入理解并实践数字信号处理、定时器控制、I/O接口管理和系统级设计等相关知识，对提高其在IT领域的专业素养具有重要意义。