大型完整系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例-交通燈和頻率計(jì)(已修改)
2025-01-19 05:14 本頁(yè)面
【正文】 第 6章 大型完整系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 第一部分 交通燈信號(hào)控制器的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)一個(gè)主干道和支干道十字路口的交通管理系統(tǒng)，并用 VHDL進(jìn)行描述。該交通管理系統(tǒng)的技術(shù)要求為：如果只有一個(gè)方向有車(chē)時(shí)，則保持該方向暢通；當(dāng)兩個(gè)方向都有車(chē)時(shí)， 主干道和支干道交替通行， 但主干道通行的時(shí)間要比支干道長(zhǎng)一些。 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第一步：在明確技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，首先制定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。 第二步： 系統(tǒng)劃分，得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 第三步：根據(jù)設(shè)計(jì)方案和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行算法設(shè)計(jì)， 可以畫(huà)出控制系統(tǒng)的 ASM圖。 第四步：設(shè)計(jì)輸入，用 VHDL對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行描述 。 根據(jù)技術(shù)要求，在主干道和支干道兩個(gè)方向上都安裝紅、黃、綠三色信號(hào)燈； Ca和 Cb分別是安裝在主干道和支干道上的傳感器，用于檢測(cè)是否有車(chē)輛需要通過(guò)路口。在只有主干道有車(chē)時(shí)， 主干道亮綠燈， 支干道亮紅燈；當(dāng)只有支干道有車(chē)時(shí)，主干道亮紅燈，支干道亮綠燈；當(dāng)兩個(gè)方向都有車(chē)時(shí)，則兩個(gè)方向輪流亮綠燈和紅燈，但主干道每次亮綠燈的時(shí)間不得少于 60s， 支干道每次亮綠燈的時(shí)間不得多于 40s， 在由綠燈轉(zhuǎn)紅燈之間要有 10s的黃燈（公共停車(chē)時(shí)間）作為過(guò)渡。本系統(tǒng)最終采用可編程邏輯器件來(lái)實(shí)現(xiàn) 。 Cb支干道CaCa主干道Cb第一步：在明確技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，首先制定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。 交通管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 第二步： 系統(tǒng)劃分，得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 根據(jù)以上的設(shè)計(jì)方案， 可以畫(huà)出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。 控 制 器定 時(shí) 器Ra GaYaRa Ya GaYbRb GbGbYbRbCaCbC N Tc lkr e s e tc lkr e s e tST LD 本系統(tǒng)主要由控制器和受控制的定時(shí)器組成。 定時(shí)器用來(lái)確定主干道、支干道通行時(shí)間以及公共停車(chē)時(shí)間； CNT是定時(shí)的值； LD是定時(shí)值的同步預(yù)置信號(hào)，高電平有效； ST是這個(gè)定時(shí)器的狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)定時(shí)結(jié)束時(shí)， ST輸出為 1； Ca和 Cb分別為主干道和支干道的傳感器輸出信號(hào)，高電平表示有車(chē)需要通過(guò)； clk是周期為秒的時(shí)鐘信號(hào)； reset是異步復(fù)位信號(hào)，低電平有效，復(fù)位后的初始狀態(tài)為主干道暢通； Ra、 Ya、 Ga和 Rb、 Yb、 Gb分別為主干道和支干道的紅、黃、綠燈的控制信號(hào)，高電平有效。 控 制 器定 時(shí) 器Ra GaYaRa Ya GaYbRb GbGbYbRbCaCbC N Tc lkr e s e tc lkr e s e tST LD 第三步：根據(jù)設(shè)計(jì)方案和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行算法設(shè)計(jì)， 可以畫(huà)出控制系統(tǒng)的 ASM圖。 ASM圖很清楚地表明了該交通管理系統(tǒng)共有 4個(gè)狀態(tài)（ S0、 S S2和 S3） 以及各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換 主道通行，支道禁止Ga ＝ Rb ＝ 1ST ＝ 1?Cb ＝ 1?主道停車(chē)，支道禁止Ya ＝ Rb ＝ 1ST ＝ 1?主道禁止，支道通行Ra ＝ Gb ＝ 1ST ＝ 1?Ca ＝ 1?主道禁止，支道停車(chē)Ra ＝ Yb ＝ 1ST ＝ 1?NNS0S1S2NYYYNNYYNYS3當(dāng) ST=1時(shí)， LD =1， CNT的值取決于當(dāng)前的狀態(tài)和 Ca、 Cb的值。 CNT的取值表 狀態(tài) Ca、 Cb CNT S0 Cb=0 60 Cb=1 10 S1 40 S2 Ca=0 40 Ca=1 10 S3 60 第四步：設(shè)計(jì)輸入，用 VHDL對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行描述。 本設(shè)計(jì)采用分層次描述，以下為 VHDL源文件。 定時(shí)器模塊（ ）： LIBRARY IEEE； USE ； USE ； ENTITY counter IS PORT( reset ,clk ,LD : IN STDLOGIC； CNT : IN INTEGER RANGE 0 TO 63； ST : OUT STDLOGIC )； END ENTITY counter； ARCHITECTURE arch OF counter IS SIGNAL Q : INTEGER RANGE 0 TO 63； BEGIN PROCESS( reset， clk ) BEGIN IF( reset = ′0′ ) THEN Q = 60； ELSIF( clk′EVENT AND clk = ′1′ ) THEN IF( LD = ′1′ ) THEN Q = CNT； ELSIF ( Q /= 0 ) THEN Q = Q－ 1。 END IF； END IF； END PROCESS； PROCESS( reset ,clk ) 定時(shí)器 ST BEGIN IF( reset
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