基于EDA技術和VHDL語言編程實現智能交通控制燈的設計

1、設計方案

十字路口設計兩組交通燈分別控制東西和南北兩個方向的交通。如圖1所示，當東西方向的紅燈亮時，南北方向對應綠燈亮，過渡階段黃燈亮，即東西方向紅燈亮的時間等于南北方向綠燈和黃燈亮的時間之和。交通燈維持變亮的時間取決于鍵盤輸入的控制鍵值。同理，當南北方向的紅燈變亮時，東西方向的交通燈也遵循此邏輯?？傮w上由狀態機實現控制，本設計中使用兩個狀態機分別控制東西和南北兩個方向的交通。每個狀態機中都設有4個狀態，分別對應紅燈亮、綠燈亮、黃燈亮和出現緊急狀況時兩個方向上的紅燈同時變亮，停止倒計時的同時數碼管上出現閃爍。路口的繁忙程度是不一樣的，白天時的交通比較繁忙，因此，紅綠燈要變化快一些以便提高通過效率，減少擁堵時間；相反，夜晚交通稀疏，就需要紅綠燈變化慢一些。因此，加入鍵盤控制程序來控制交通維持變亮狀態的持續時間。

2、總體設計結構框圖

總體設計結構框圖如圖2所示，共有11個功能模塊，包括控制東西方向交通燈的狀態機和控制南北方向交通燈的狀態機、計數器模塊、鍵盤掃描模塊、數字合成模塊、三個分位模塊、數碼管顯示模塊、動態顯示掃描模塊。

用VHDL語言對各個模塊進行編程，最后形成頂層文件，在MAX+PLUSⅡ環境下進行編譯與仿真，檢查所編程序是否運行正確。如果出現錯誤，需要進行修改，直到完全通過為止。需要說明的是，在進行程序編譯時，要先從底層程序開始，所有底層程序都正確后，才能開始頂層程序的編譯。這是因為頂層程序是對底層程序的概括，它是把底層程序各個模塊連接起來，相當于把每個模塊的功能匯聚到一起，實現整個系統的控制功能，所以底層程序的正確與否關系到頂層程序的運行結果。VHDL語言編程生成的結構框圖如圖3所示。

3、VHDL程序設計

3．1 狀態機1（東西方向）程序關鍵代碼

用兩個狀態機分別控制東西方向和南北方向上的交通。從鍵盤獲得紅、綠、黃燈的總時間，紅燈時間占1/2，綠燈時間占3／8，黃燈時間占1/8。紅燈狀態為S0，綠燈狀態為S1，黃燈狀態為S2，緊急狀態為S3。當計數器時間為0時，由紅燈狀態跳轉到綠燈狀態，當計數器時間到達3／8時，由綠燈狀態跳轉到黃燈狀態。當到達一半時間時，由黃燈狀態跳轉到紅燈狀態。當hold為1時，由任意狀態跳轉到緊急狀態。

3．2 計數器源程序代碼

4、 仿真結果

東西方向和南北方向狀態機仿真結果如圖4、5所示，從圖4可以看出，getin是從鍵盤獲得的鍵值，這里輸入的是40 s，初始狀態為S0狀態．紅燈亮。從S0狀態跳轉到S1狀態即由紅燈狀態跳轉到綠燈狀態時，數碼管顯示的倒計時從15 s開始；當由S1狀態跳轉到S2狀態即由綠燈狀態跳轉到黃燈狀態時，GREENA由高電平變為低電平，YELLOWA由低電平變為高電平。倒計時時間從5s開始。南北方向仿真圖與東西方向類似，這里不再贅述。

計數器從鍵盤上得到的鍵值為40 s，從仿真圖（圖6所示）上可以看出，計數器能正常計數。

從仿真結果可以看出，計數器能夠正常計數，狀態機狀態能夠正確狀態變換。東西方向初始狀態為綠燈，從15開始倒計時，南北方向初始狀態為紅燈，從20開始倒計時。

該系統硬件電路包含了1個CPLD，6個7段LED數碼顯示器，分別表示各個方向上的紅、黃、綠燈，以及相應的限流電阻。與其他控制方法相比，所用器件可以說是比較簡單經濟的。經過實驗，實現了預定的交通燈系統的控制功能。數碼顯示器采用動態掃描方式，大大節約了資源。

5、 結束語

該交通燈控制邏輯可以實現3種顏色燈的交替點亮以及時間的倒計時，指揮車輛和行人安全通行。本文介紹的是一種最基本和簡單的交通燈設計情況，并且提供了一些模塊的源程序代碼。在此基礎上能夠舉一反三，從而用VHDL語言實現其它交通燈的控制設計。

隨著EDA技術的發展，在今后的電子產品研究開發中，EDA技術具有更好的開發手段和性價比，擁有廣泛的市場應用前景。

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