【正文】 湖南文理學院課程設計報告 課程名稱： 電子技術課程設計 教學院部： 電氣與信息工程學院 專業(yè)班級： 通信工程 08102 班 學生姓名： 張旭（ 202116020213） 指導教師： 李建英 完成時間： 2021 年 6 月 25 日 報告成績： 評閱意見： 評閱教師 日期 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設計 i 目錄 一． 方案分析與對比 2 2 2 二． 整體設計論述 3 三． 單元模塊設計與仿真 6 時鐘分頻模塊 6 交通燈控制及計時模塊 7 掃描顯示譯碼模塊 9 10 四． 硬件實驗方案及實驗結果 13 13 實驗結果 15 五． 收獲和體會 15 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設計 ii 一． 方案分析與對比 167。 方案分析 通過分析可以知道，所要設計的交通信號燈控制電路要能夠適用于由一條主干道和一條支干道的匯合點形成的十字交叉路口。能夠做到主、支干道的紅綠燈閃亮的時間不完全相同，在綠燈跳變紅燈的過程中能夠用黃燈進行過渡，使得行駛過程中的車輛有足夠的時間停下來。還要求在主、支干道各設立一組計時顯示器，能夠顯示相應 的紅、黃、綠倒計時。可以利用 VHDL 語言合理設計系統(tǒng)功能，使紅黃綠燈的轉換有一個準確的時間間隔和轉換順序。 167。 方案對比 實現(xiàn)路口交通燈系統(tǒng)的控制方法很多，可以用標準邏輯器件、可編程序控制器和單片機等方案來實現(xiàn) 。 若用單片機方案來實現(xiàn)的話，模型可以由電源電路 、單片機主控電路、無線收發(fā)控制電路和顯示電路四部分組成。在電源電路中，需要用到 +5V的直流穩(wěn)壓電源，無線收發(fā)控制電路和顯示電路應由編碼芯片和數(shù)據(jù)發(fā)射模塊兩部分組成，主控電路的主要元件為 AT89C51。硬件設計完成后還要利用計算機軟件經(jīng)行軟件部分的設 計才能夠實現(xiàn)相應的功能。 雖然利用單片機系統(tǒng)設計的交通燈控制器相對來說較穩(wěn)定，能夠完成較多功能的實現(xiàn)， 但這些控制方法的功能修改及調試 都 需要硬件電路的支持，在一定程度上增加了功能修改及系統(tǒng) 設計與調試 的困難。 相反，使用基于 FPGA 的設計方法具有周期短，設計靈活，易于修改等明顯的的優(yōu)點。而且，隨著 FPGA 器件 、設計語言和電子設計自動化工具的發(fā)展和改進，越來越多的電子系統(tǒng)采用 FPGA 來設計。未來，使用 FPGA 器件設計的產(chǎn)品將出現(xiàn)在各個領域里。因此，此次的交通信號燈控制器的設計將采用基于 FPGA 的設計方案來實現(xiàn)所要 求的功能。 二． 整體設計論述 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設計 iii 根據(jù)設計要求和系統(tǒng)所具有的功能，并參考相關的文獻資料，經(jīng)行方案設計，可以畫出如下圖所示的交通信號燈控制器的系統(tǒng)框圖。 1kHZ 1kHZ 1HZ 支干道車輛檢測 1kHZ 數(shù)碼管及 LED信號 系統(tǒng)的狀態(tài)圖如下所示 時鐘分頻模塊 CLK 交通燈控制及計時 模塊 掃描顯示譯碼模塊 CAR LED 顯示 數(shù)碼管位碼 數(shù)碼管段碼 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設計 iv CAR=39。039。 CAR=39。139。 c=1001111 CAR=39。039。 c=1001111 CAR=39。139。 c=0101100 c=1001010 c=0110001 S0:支干道沒有車輛行駛，支干道綠燈，支干道紅燈 S1:支干道有車輛行駛，支干道綠燈，支干道紅燈 S2:主干道黃燈，支干道綠燈 S3:主干道紅燈，支干道綠燈 S4:主干道紅燈，支干道黃燈 根據(jù)以上設計思路，可以得到如下的頂層文件原理圖 S0 S1 S4 S3 S2 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設計 v 頂層文件的實體圖： 三． 單元模塊設計與仿真 167。 時鐘分頻模塊 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設計 vi 系統(tǒng)的動態(tài)掃描需要 1HZ 的脈沖，而系統(tǒng)時鐘計時模塊需要 1HZ 的脈沖。分頻模塊主要為系統(tǒng)提供所需的時鐘計時脈沖。該模塊將 1kHZ 的脈沖信號進行分頻，產(chǎn)生 1S 的方波，作為系統(tǒng)時鐘計時信號。其實體模塊如下： 將 END TIME 改為 5S CLK 采用系統(tǒng)的 1KHZ 的時鐘脈沖 仿真波形如下： 可以看到能夠得到 1s 的時鐘脈沖 167。 交通燈控制及計時模塊 控制模塊根據(jù)外部輸入信號和計時模塊產(chǎn)生的輸出信號，產(chǎn)生系統(tǒng)的狀態(tài)機，控制其他部分協(xié)調工作。計時模塊用來設定主干道和支干道計時器的初值，并為掃描顯示譯碼模塊提供倒計時時間。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設計 vii 控制及計時模塊采用狀態(tài)機進行設計，可以定義出 5種狀 態(tài)，分別為 S0:主干道綠燈，支干道紅燈且沒有車輛行駛； S1:主干道綠燈，支干道紅燈或支干道有車輛駛入； S2:主干道黃燈，支干道紅燈； S3:主干道紅燈，支干道綠燈； S4:主干道紅燈，支干道黃燈。利用 CASE 語句定義狀態(tài)的轉換方式及時間的變換方式，達到主干道綠燈亮 45秒，支干道綠燈亮 25秒，黃燈亮 5秒的設計要求。 其實體模塊如下： CAR 為支干道車輛檢測開關 在支干道有車的情況下，模塊可以進行減計時 CLK1S 為 1S 的時鐘脈沖 TIME1H、 TIME1L、 TIME2H、 TIME2L分別為主干道時鐘高位、主干道時鐘低位、支干道時鐘高位、支干道時鐘低位 LED 為 LED 燈發(fā)光情況，分別為主干道綠燈、主干道黃燈、主干道紅燈、支干道綠燈、主干道黃燈、主干道紅燈 Count 的總的系統(tǒng)時間，用來改變系統(tǒng)的狀態(tài) 仿真波形如下： 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設計 viii 通過仿真可以看到： 當主干道綠燈，支干道紅燈時，主干道倒計時高位置數(shù) 0100，低位置數(shù) 0101；支干道高位置數(shù) 0101，低位置數(shù) 0000； 當主干道黃燈，支干道紅燈時，主干道黃燈倒計時置數(shù) 0101；支干道繼續(xù)剛才的減計數(shù)； 當主干道紅燈，支干道綠燈時，主干道倒計時 高位置數(shù) 0011，低位置數(shù) 0000；支干道高位置數(shù) 0010，低位置數(shù) 0101； 當主干道紅燈，支干道黃燈時，支干道黃燈倒計時置數(shù) 0101；主干道繼續(xù)剛才的減計數(shù)。 在 S4 狀態(tài)結束后，自動跳回到 S0 狀態(tài)，繼續(xù)判斷支干道是否有車行駛，若有車行駛，則跳轉到 S1 狀態(tài)，給高、低位置數(shù)，繼續(xù)進行減計時。 系統(tǒng)根據(jù) COUNT 的變化自動在各狀態(tài)下跳變，當 count 為 45 時，跳變到 S2 狀態(tài)；當 count 為 50 時，跳變到 S3 狀態(tài)；當 count 為 75 時，跳變到 S4 狀態(tài)；當count 為 80 時，若支干道沒有車跳變到 S0 狀態(tài)，有車則跳 變到 S1 狀態(tài)。 167。 掃描顯示譯碼模塊 掃描顯示譯碼模塊可以根據(jù)控制信號，驅動交通信號燈以及倒計時數(shù)碼管的顯示，其中數(shù)碼管的顯示采用動態(tài)掃描顯示。其實體模塊如下： 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設計 ix CLK 為 1KHZ 的系統(tǒng)時鐘脈沖 CLK1S 為 1S 時鐘脈沖 CAR 為支干道車輛檢測開關 SEL 為數(shù)碼管