【正文】 基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設計 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 的交通信號燈的設計 iii 前 言 .............................................................. 1 第一章 PLC 和 EDA 的特點和應用 ...................................... 2 PLC 的概述 ................................................... 2 PLC 的特點 ................................................... 2 PLC的應用 ................................................... 3 EDA 的概述 ................................................... 5 EDA 的特點 ................................................... 5 EDA 的應用 ................................................... 6 第二章 交通信號燈的 PLC控制線路設計 ................................. 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技術實現(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 得到仿真結果 ................................................ 25 第四章 設計總結 .................................................... 26 謝 辭 ............................................................. 28 參考文獻 ........................................................... 29 基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設計 1 前 言 傳統(tǒng)數(shù)字電子技術的設計問題，一般是用若干計數(shù)器、邏輯門、觸發(fā)器等構成電路，元件眾多，結果是電路中的接線多、故障率增加、可靠性降低。隨著微電子技術和微型計算機的發(fā)展，微處理器用于 PLC，使其不僅可以實現(xiàn)邏輯控制，還可以進行數(shù)字運算和處理、模擬量調節(jié)和聯(lián)網(wǎng)通信等 。 當啟動開關合上后，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)；對應東西綠黃燈亮時南北紅燈亮 20s，接著綠燈亮 20s后閃爍 3 秒；黃燈亮 2s 后，紅 燈又亮??循環(huán)。 PLC的特點 、通用性強 —— PLC的硬件是標準化的，加之 PLC 的產品已系列化，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)。 PLC 采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點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 4～ 5萬小時。有的 PLC 甚至可以帶電插拔輸入輸出模塊，可不脫機停電而直接更換故障模塊，大大縮短了故障修復時間。大多數(shù) PLC 的編程均提供了常用的梯形圖方式和面向工業(yè)控制的簡單指令方式。而采用 PLC 控制，由于其靠軟件實現(xiàn)控制，硬件線路非常簡潔，并為模塊化積木式結構，且已商品化，故僅需按性能、容量（輸入輸出點數(shù)、內存大?。┑冗x用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在 PLC 到貨前進行，因而縮短了設計周期，使設計和施工 可同時進行。目前，世界上有 200 多個廠家生產 300 多種 PLC 產品，應用在汽車（ 23%）、糧食加工（ %）、化學 /制藥（ %）、金屬 /礦山（ %）、紙漿 /造紙（ %）等行業(yè)。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（ Digital）之間的 A/D 轉換及 D/A轉換。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。 PID 調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調節(jié)方法。 5 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。在電子技術設計領域，可編程邏輯器件的應用，已得到廣泛的普及，這些器件為數(shù)字系統(tǒng)的設計帶來了極大的靈活性。 EDA 技術的出現(xiàn)，極大地提高了電路設計的效率和可操作性，減輕了設計者的勞動強度。目前 EDA技術已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學部門廣泛使用。 可以從傳統(tǒng)設計方法和 EDA 設計方法的區(qū)別說明 EDA 設計方法的優(yōu)勢： （ 1）設計思想不同： EDA 是采用自上而下（ Top Down)的設計方法 。 （ 2）與傳統(tǒng)的基于電路板的設計方法不同， EDA 技術是基于芯片的設計方法。 基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設計 7 第 二 章 交通信號燈的 PLC 控制線路設計 控制 要求 信號燈受啟動及停止按鈕的控制，當按下啟動按鈕時，信號燈系統(tǒng)開始工作，并周而復始地循環(huán)工作，當按下停止按鈕時，系統(tǒng)將停止在初始狀態(tài)，所有信號燈都熄滅。價格便宜，功能齊全，比起其他 PLC 有著速度、邏輯、定位等優(yōu)越之處。 交通燈示意圖如圖 21 所示，在東西南北 兩個方向均安裝信號燈，兩個方向各 6 個燈，分為紅、黃、綠三種顏色。如果信號燈的功率較大，一個輸出繼電器不能帶動兩只信號燈，可以采用一個輸出點驅動一只信號燈，也可以采用輸出繼電器先帶動中間繼電器，再由中間繼電器驅動信號燈。是 EDA 設計中使用最多的語言之一，它具有很強的電路描述和建模能力，能從多個層次對數(shù)字系統(tǒng)進行建模和描述，從而大大地簡化了 硬件設計任務，提高了設計效率和可靠性。軟件方面包括：（ 1）電路合成模塊的概念：將交通燈信號系統(tǒng)劃分成若干個小電路，編寫每一個模塊的 VHDL 程序代碼，并將各個小電路相連接。因此，為了避免意外事件的發(fā)生，電路必須給出一個穩(wěn)定的時鐘（ clock）才能讓系統(tǒng)正常的工作。 圖 31 計數(shù)秒數(shù)選擇電路模塊圖 系統(tǒng)輸入信號： clk：由外部信號發(fā)生器提供 1kHZ 的時鐘信號； reset： 系統(tǒng)內部自復位信號； ena_scan：接收由時鐘發(fā)生電路提供的 250Hz 的時鐘脈沖信號； 基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設計 16 recount：接收由交通燈信號控制電路產生的重新計數(shù)的使能控制信號； sign_state：接收由交通燈信號控制電路產生的狀態(tài)信號。東西方向紅燈設定為 15s。東西方向綠燈設定為 25s。南北方向黃燈設定為 5s。139。139。139。 sign_state=“001” 時，南北方向黃燈亮 5s。 sign_state=“011” 時，東西方向紅燈亮 15s。 sign_state=“101” 時，東西方向綠燈亮 25s。 在這段程序的設計中用到了 conv_std_logic_vector(value,n)語句，它的用法就是將已經定義的數(shù)值 (value)轉換成 n 位 (bit)的表示方法。例如：南北方向綠燈，車輛處于正常行駛中，東西方向紅燈，車基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設計 18 輛處于等待中，若南北方向行駛的車輛看到倒計時顯示器上可以通行的時間很短，可能就會放慢速度等待下一次通行，這樣在東西方向綠燈時，車輛就能夠正常行駛，不會為等待南北方向強行的車輛而耽誤更多的時間。所以， hld3 倒計時控制 電路 (見圖 33)最主要的功能就是負責接收 hld2 電路輸出的值，然后將其轉換成 BCD 碼，并利用發(fā)光二極管顯示出來，讓車輛行人能夠清楚地知道再過多久信號燈就會發(fā)生變化。 process(clk,reset) begin if (reset=39。當 reset=1，則將 t_ff 與 led清零。)