【正文】 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 題 目 基于 PLC與 EDA 的交通信號燈的設(shè)計 系 別 電子工程系 . 專 業(yè) 應(yīng)用電子 /應(yīng)用日語 . 班 級 . 2021年 4 月 基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設(shè)計 i 基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設(shè)計 摘要 ： 十字路口的紅綠燈指揮著行人和車輛的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)紅綠燈的自動指揮能使交通管理工作得到改善，也是城市交通管理工作自動化的重要標(biāo)志之一。解決好公路交通燈控制問題將是保障交通有序、安全、快捷運(yùn)行的重要環(huán)節(jié) 。但現(xiàn)在有的交通信號燈控制系統(tǒng)都是單一的固定時序控制，不能夠根據(jù)實(shí)際交通狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 PLC和 EDA 是兩種新型的通用的自動控制裝置。 PLC 它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，是專門為工業(yè)控制而設(shè)計的，具有功能強(qiáng)、通用靈活、可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干攏能加強(qiáng)、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)。 EDA中用 VHDL語言設(shè)計交通信號燈控制系統(tǒng)，并在 MAX+PLUSII 系統(tǒng)對 FPGA/CPLD 芯片進(jìn)行下載，由于生成的是集成化得數(shù)字電路，沒有系統(tǒng)設(shè)計中的接線問題，所以故障率 低、可靠性高，而且體積非常小。 關(guān)鍵詞 交通信號燈 PLC EDA VHDL語言 基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設(shè)計 ii Based on PLC and EDA Design of The Traffic Lights abstract: Crossroads with traffic lights directing the safe operation of vehicles and pedestrians, to achieve the automatic traffic lights make traffic management mand and work,To improve urban traffic management automation is an important landmark. Highway traffic light control to solve the problem would be to protect the traffic orderly, safe and efficient operation of the important part. But now there is a single traffic signal control system of fixed timing control can not be adjusted according to actual traffic control. PLC and the EDA are two new universal control device. It will relay the traditional PLC control technology, puter technology and munication technology integration, is designedDoors designed for industrial control, with strong functions, general flexibility, high reliability, good stability, antijamming can be strengthened, and programming is simple, easy to use and small size, light weight, low power, a number of advantages. EDA design using VHDL, traffic signal control system. And in the MAX + PLUSII system FPGA / CPLD chip to download, due to be generated is the integrated digital circuit, there is no system of wiring problems, so failure rate, high reliability, and size is very small. Keywords: Traffic lights PLC EDA VHDL language 目 錄 基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設(shè)計 iii 前 言 .............................................................. 1 第一章 PLC 和 EDA 的特點(diǎn)和應(yīng)用 ...................................... 2 PLC 的概述 ................................................... 2 PLC 的特點(diǎn) ................................................... 2 PLC的應(yīng)用 ................................................... 3 EDA 的概述 ................................................... 5 EDA 的特點(diǎn) ................................................... 5 EDA 的應(yīng)用 ................................................... 6 第二章 交通信號燈的 PLC控制線路設(shè)計 ................................. 7 控制要求 .................................................... 7 控制時序 .................................................... 7 硬件及外圍元器件 ............................................ 8 正常時序控制梯型圖和指令表 .................................. 9 第三章 利用 EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)交通信號燈控制 .............................. 14 交通系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 ......................................... 14 選擇 VHDL 硬件描述語言設(shè)計的優(yōu)勢 ............................ 14 紅綠燈交通信號系統(tǒng)功能描述 ................................. 14 紅綠燈交通信號系統(tǒng)的 VHDL 模塊 .............................. 15 時鐘脈沖發(fā)生電路 ...................................... 15 計數(shù)秒數(shù)選擇電路 ...................................... 15 倒計時控制電路 ........................................ 17 紅綠燈信號控制電路 .................................... 20 建立程序包 ............................................ 21 連接各個模塊 .......................................... 22 程序 .................................................... 22 得到仿真結(jié)果 ................................................ 25 第四章 設(shè)計總結(jié) .................................................... 26 謝 辭 ............................................................. 28 參考文獻(xiàn) ........................................................... 29 基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設(shè)計 1 前 言 傳統(tǒng)數(shù)字電子技術(shù)的設(shè)計問題，一般是用若干計數(shù)器、邏輯門、觸發(fā)器等構(gòu)成電路，元件眾多，結(jié)果是電路中的接線多、故障率增加、可靠性降低。 PLC和EDA 的出現(xiàn)時實(shí)驗(yàn) 室中制作專用集成電路成為可 能。 可編程控制器是在繼電器控制和計算機(jī)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新型工業(yè)自動控制裝置。早期的可編程控制器在功能上只能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，因而被稱為可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller），簡稱 PLC。隨著微電子技術(shù)和微型計算機(jī)的發(fā)展，微處理器用于 PLC，使其不僅可以實(shí)現(xiàn)邏輯控制，還可以進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算和處理、模擬量調(diào)節(jié)和聯(lián)網(wǎng)通信等 。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場可編程門陣列 FPGA 和復(fù)雜可編程邏輯器件 CPLD 的出現(xiàn)，使得電子系統(tǒng)的設(shè)計者利用 EDA 軟件，在實(shí)驗(yàn)室 里就可以設(shè)計自己的專用集成電路 ASIC 器件。這種可編程 ASIC 不僅使設(shè)計的產(chǎn)品達(dá)到小型化、集成化和高可靠性，而且器件具有用戶可編程特性，大大縮短設(shè)計周期，減少了設(shè)計費(fèi)用，降低了設(shè)計風(fēng)險。目前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計可以直接面向用戶需求，根據(jù)系統(tǒng)的行為功能要求，自上至下地逐層完成相應(yīng)的描述、綜合、優(yōu)化、仿真與驗(yàn)證，直到生成器件，實(shí)現(xiàn)電子設(shè)計自動化。 當(dāng)啟動開關(guān)合上后，東西綠燈亮 20s 后閃爍 3s 滅，黃燈亮 2s 滅；紅燈亮25s，綠燈亮??循環(huán)；對應(yīng)東西綠黃燈亮?xí)r南北紅燈亮 20s，接著綠燈亮 20s后閃爍 3 秒；黃燈亮 2s 后，紅 燈又亮??循環(huán)。 基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設(shè)計 2 第一章 PLC 和 EDA 的特點(diǎn)和應(yīng)用 PLC的概述 可編程控制器（ PLC）是在繼電器控制技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)自動控制設(shè)備，它以微處理器微核心，集自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)為一體，廣泛應(yīng)用于自動化的各個領(lǐng)域。 PLC 從原來具有邏輯控制、順序控制等功能，發(fā)展到現(xiàn)在已具有模擬量輸入 /輸出、定位控制、旋轉(zhuǎn)角度檢測、高速計數(shù)、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能。 PLC使用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”編程，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，簡單易懂，操作方便，是可靠 性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。 PLC的特點(diǎn) 、通用性強(qiáng) —— PLC的硬件是標(biāo)準(zhǔn)化的，加之 PLC 的產(chǎn)品已系列化，功能模塊品種多，可以靈活組成各種不同大小和不同功能的控制系統(tǒng)。在PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需在 PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入輸出信號線。當(dāng)需要變更控制系統(tǒng)的功能時，可以用編程器在線或離線修改程序，同一個 PLC 裝置用于不同的控制對象，只是輸入輸出組件和應(yīng)用軟件的不同。 、抗干擾能力強(qiáng) —— 微機(jī)功能強(qiáng)大但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾，電源波動，機(jī)械振動，溫度和濕度的變化， 都可能導(dǎo)致一般通用微機(jī)不能正常工作；傳統(tǒng)的繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，但由于存在大量的機(jī)械觸點(diǎn)（易磨損、燒蝕）而壽命短，系統(tǒng)可靠性差。 PLC 采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和繁雜連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高，從實(shí)際使用情況來看， PLC 控制系統(tǒng)的平均無故障時間一般可達(dá) 4～ 5萬小時。 PLC 采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，能適應(yīng)有各種強(qiáng)烈干擾的工業(yè)現(xiàn)場，并具有故障自診斷能力。如一般PLC 能抗 1000V、 1ms 脈沖的干擾，其工作環(huán)境溫度為 0～ 60℃ ，無需強(qiáng)迫風(fēng)冷。 、維護(hù)方便 —— PLC的接口按工業(yè)控制的要求設(shè)計，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力（輸入輸出可直接與交流 220V，直流 24V 等強(qiáng)電相連），接口電路一般亦為模塊式，便于維修更換。有的 PLC 甚至可以帶電插拔輸入輸出模塊，可不脫機(jī)停電而直接更換故障模塊，大大縮短了故障修復(fù)時間。 基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設(shè)計 3 、功耗小、性價比高 —— 以小型 PLC（ TSX21）為例，它具有 128個 I/O 接口，可相當(dāng)于 400～ 800 個繼電器組成的系統(tǒng)的控制功能，其尺寸僅為216127110mm3 ，重 ，不帶接口的空載功耗為 ，其成本僅相當(dāng)于同功能繼電器系統(tǒng)的 10～ 20％。 PLC 的輸入輸出系統(tǒng)能夠直觀地反應(yīng)現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀地反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通訊狀態(tài)、 I/O 點(diǎn)狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)等，對此均有醒目的指示，非常有利于運(yùn)行和維護(hù)人員對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。 、容易掌握 —— PLC 是面向用戶的設(shè)備， PLC 的設(shè)計者充分考慮了現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣。大多數(shù) PLC 的編程均