【正文】 flash_1hz：接收由時(shí)鐘發(fā)生電路提供的 1Hz的脈沖時(shí)鐘信號(hào)； a_m：手動(dòng)、自動(dòng)切換按鈕（ 1：自動(dòng)、 0：手動(dòng)）； st_butt： 紅綠燈狀態(tài)切換按鈕（在手動(dòng)操作下，每按一次按鈕就變換一個(gè)狀態(tài)）；next_state：接收由倒計(jì) 時(shí)控制電路提供的下一個(gè)狀態(tài)的觸發(fā)信號(hào)。由圖可知 led 是 25位的系統(tǒng)輸出信號(hào)，負(fù)責(zé)控制發(fā)光二極管的輸出，所以 25 位的輸出信號(hào)可以分成七組控制發(fā)光二極管的顯示，其中“ 1”為點(diǎn)亮，“ 0”為熄滅。 when others=led(24 downto 0)=0000000000000000000000000。 when 2=led(24 downto 0)=1110000000000000000000000。 end if。) then t_ff=load1。) then if ena_1hz=39。當(dāng) reset=1，則將 t_ff 與 led 清零。 process(clk,reset) begin if (reset=39。所以， hld3 倒計(jì)時(shí)控制電路 (見圖 46)最主要的功能就是負(fù)責(zé)接收 hld2 電路輸出的值，然后將其轉(zhuǎn)換成 BCD 碼，并利用發(fā)光二極管顯示出來(lái)，讓車輛行人能夠清楚地知道再過(guò)多久信號(hào)燈就會(huì)發(fā)生變化。例如：南北方向綠燈，車輛處于正常行駛中，東西方向紅燈，車輛處于等待中，若南北方向行駛的車輛看到倒計(jì)時(shí)顯示器上可以通行的時(shí)間很短，可能就會(huì)放慢速度等待下一次通行，這樣在東西方向綠燈時(shí)，車輛就能夠正常行駛，不會(huì)為等待南北方向強(qiáng)行的車輛而耽誤更多的時(shí)間。 在這段程序的設(shè)計(jì)中用到了 conv_std_logic_vector(value,n)語(yǔ)句，它的用法就是將已經(jīng)定義的數(shù)值 (value)轉(zhuǎn)換成 n 位 (bit)的表示方法。 第 9 頁(yè) 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 圖 44 計(jì)數(shù)秒數(shù)選擇電路 系統(tǒng)輸入信號(hào)： clk：由外部信號(hào)發(fā)生器提供 1kHZ 的時(shí)鐘信號(hào)； reset：系統(tǒng)內(nèi)部自復(fù)位信號(hào)； ena_scan：接收由時(shí)鐘發(fā)生電路提供的 250Hz 的時(shí)鐘脈沖信號(hào)； recount：接收由交通燈信號(hào)控制電路產(chǎn)生的重新計(jì)數(shù)的使能控制信號(hào)；sign_state：接收由交通燈信號(hào)控制電路產(chǎn)生的狀態(tài)信號(hào)。第二句是定義一個(gè)信號(hào)，它的位數(shù)就是 (scan_bit1),因?yàn)橹?scan_bit設(shè)定的值為 2，所以信號(hào)的位數(shù)就是 2 位。這就使設(shè)計(jì)的靈活性增強(qiáng)了。從圖 43又可以看出，當(dāng)加入 1kHZ 的時(shí) 鐘信號(hào)后， ena_1hz 產(chǎn)生了周期為一秒的脈沖信號(hào)， 給予圖 48 紅綠燈信號(hào)控制電路。 圖 41 時(shí)鐘發(fā)生電路 圖 圖 41 時(shí)鐘發(fā)生電路 圖中： reset：系統(tǒng)內(nèi)部自復(fù)位信號(hào)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)完畢，倒計(jì)時(shí)控制器就會(huì)負(fù)責(zé)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)送給紅綠燈信號(hào)控制電路進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)，之后循環(huán)這一過(guò)程。 第 7 頁(yè) 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 4 單元模塊設(shè)計(jì) 本章主 要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體功能，主要包括：時(shí)鐘發(fā)生電路；計(jì)數(shù)秒數(shù)選擇電路；倒計(jì)時(shí)控制電路；紅綠燈信號(hào)控制電路。 Quartus II 支持層次化的設(shè)計(jì)，可以在一個(gè)新的編輯輸入環(huán)境中對(duì)使用不同輸入設(shè)計(jì)方式完成的模塊進(jìn)行調(diào)試，從而解決原理圖與 HDL 混合輸入設(shè)計(jì)的問(wèn)題。可以通過(guò)選擇 Start Compilation （ Processing 菜單）來(lái)運(yùn)行所有的編譯器模塊。 軟件開發(fā)工具 Quartus II 簡(jiǎn)介 Altera 的 Quartus II 設(shè)計(jì)軟件提供了完整的多平臺(tái)設(shè)計(jì)環(huán)境，它可以輕易滿足各種特定設(shè)計(jì)的需要，也是單芯片可編程系統(tǒng) (SOPC) 設(shè)計(jì)的綜合性環(huán)境和 SOPC 開發(fā)的基本設(shè)計(jì)工具，并為 Altera DSP 開發(fā)包進(jìn)行系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)提供了集成綜合環(huán)境。 硬件描述語(yǔ)言介紹 常用的硬件描述語(yǔ)言有 VHDL、 Verilog、 ABEL。 可編程邏輯器件概述 可編程邏輯器件 (簡(jiǎn)稱 PLD)是允許用戶編程（配置）實(shí)現(xiàn)所需邏輯功能的電路，一般可利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，即用原理圖、狀態(tài)機(jī)、硬件描述語(yǔ)言（ VHDL）等方法來(lái)表示設(shè)計(jì)思想，經(jīng)過(guò)一系列編譯或裝換程序，生成相應(yīng)的目 標(biāo)文件，再由編程器或下載電纜將設(shè)計(jì)文件配置到目標(biāo)器件中，這時(shí)的可編程邏輯器件就可作為滿足用戶需求的專用集成電路使用了。 利用 EDA 技術(shù) (特指 IES/ASIC 自動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù) )進(jìn)行電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：① 用軟件的方式設(shè)計(jì)硬件；② 用軟件方式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)的開發(fā)軟件自動(dòng)完成的；③ 設(shè)計(jì)過(guò)程中可用有關(guān)軟件進(jìn)行各種仿真；④ 系統(tǒng)可現(xiàn)場(chǎng)編程，在線升級(jí)；⑤ 整個(gè)系統(tǒng)可集成在一個(gè)芯片上，體積小、功耗低、可靠 性高。 第 5 頁(yè) 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 3 EDA 和可編程 技 術(shù)概述 本設(shè)計(jì)中采用 EDA 技術(shù)，應(yīng)用目前廣泛應(yīng)用的 VHDL 硬件電路描述語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)交通燈系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)， 利用 Quartus Ⅱ集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行綜合、仿真，完成系統(tǒng)的控制作用。 相反，使用基于 EDA 的設(shè)計(jì)方法具有周期短，設(shè)計(jì)靈活，易于修改等明顯的的優(yōu)點(diǎn)。硬件設(shè)計(jì)完成后還要利用計(jì)算機(jī)軟件經(jīng)行軟件部分的設(shè)計(jì)才能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能。當(dāng)某車道綠燈亮?xí)r，允許車輛通行，同時(shí)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)到 45S時(shí)，則 LT 輸出為 1，否則， LT =0；當(dāng)某車道黃燈亮后，定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)到 5S時(shí)， YT 輸出為 1，否則 YT =0。 每種燈亮的時(shí)間采用一個(gè)減法計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器用同步預(yù)置法設(shè)計(jì)，這樣只需改變預(yù)置數(shù)據(jù)，就能改變計(jì)數(shù)器的模，因此每個(gè)方向只要一個(gè)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)時(shí)即可。 控制器 A 車道信號(hào)燈 譯碼電路 B 車道信號(hào)燈 秒脈沖信號(hào)發(fā)生器 定時(shí)器 LT YT TS 第 3 頁(yè) 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 圖 22 用單片幾實(shí)現(xiàn)控制的系統(tǒng)框圖 方案三 交通燈 的電路由下載電路及外圍電路組成，所用到的器件有 EMP7064SLC44 芯片、鐘振、 發(fā)光二極管、 電阻和導(dǎo)線。 圖 21 傳統(tǒng)數(shù)字邏輯電路系統(tǒng) 框圖 系統(tǒng)主要由控制器、定時(shí)器、秒脈沖信號(hào)發(fā)生器、譯碼器、信號(hào)燈組成。下面我將首先對(duì)這三種方案的組成框圖和實(shí)現(xiàn)原理 分別進(jìn)行說(shuō)明，并分析比較它們的特點(diǎn)，然后闡述最終選擇方案的原因。 因此，開發(fā)一套能夠 社會(huì)服務(wù)的交通燈控制器 將是非常必要的，也是十分及時(shí)的。對(duì)交通的管控能力，也就從一個(gè)側(cè)面體現(xiàn)了這個(gè)國(guó)家對(duì)整個(gè)社會(huì)的管理控制能力，因此各國(guó)都很重視用各種高科技手段來(lái)強(qiáng)化對(duì)交通的管控能力。這不僅要求道路要越來(lái)越寬闊，而且要求有新的交通管理模式的出臺(tái)。 在本次課程設(shè)計(jì)里， 用 VHDL 語(yǔ)言 為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)交通控制信號(hào)燈 ， 在 Quartus II 軟件 完成其仿真， 實(shí)現(xiàn)主干和枝干道上的紅綠燈轉(zhuǎn)換。該設(shè)計(jì)通過(guò) 用數(shù)字信號(hào)自動(dòng)控制十字路口 交通燈 狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方法 ,指揮各種車輛和行人安全通行 ,實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化 。同時(shí)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，人民的生活水平日漸提高，越來(lái)越多的汽車進(jìn)入尋常老百姓的家庭，再加上政府大力發(fā)展的公交、出租車，車輛越來(lái)越多了。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，道路交通已愈來(lái)愈成為社會(huì)活動(dòng)的重要組成部分。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。 第 2 頁(yè) 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2 總體方案設(shè)計(jì) 通過(guò)查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合自己的實(shí)際知識(shí)，主要提出了三種技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。 方案一 用傳統(tǒng)的數(shù)字電路設(shè)計(jì)并制作，方案一原理框圖如圖 21所示。 由軟件設(shè)置交通燈的初始時(shí)間，南北方向和東西方向各 25秒 ，數(shù)碼管的段碼用不同的口線，東西方向的是用的 P0口，南北的使用 P3口，用單片機(jī)來(lái)控制各種信號(hào)燈的燃亮?xí)r間，通過(guò)單片機(jī)的 P2口控制。也就是說(shuō)，兩個(gè) always模塊的敏感信號(hào)是同一個(gè)，每個(gè) always 模塊控制一個(gè)方向的四種燈按如下順序點(diǎn)亮，并往復(fù)循環(huán)：綠燈 — 黃燈 — 左拐燈 — 黃燈 — 紅燈。 方案一中，用傳統(tǒng)數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)， LT 、 YT 為定時(shí)器的輸出信號(hào)， TS 為控制器的輸出信號(hào)。在電源電路中，需要用到 +5V 的直流穩(wěn)壓電源，無(wú)線收發(fā)控制電路和顯示電路應(yīng)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。 利 用單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的交通燈控制器相對(duì)來(lái)說(shuō)較穩(wěn)定，能夠完成較多功能的實(shí)現(xiàn)， 但這些控制方法的功能修改及調(diào)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(shè)計(jì)與調(diào)試 的困難。因此，此次的交通信號(hào)燈控制器的設(shè)計(jì)將采用基于 EDA 的設(shè)計(jì)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)所要求的功能。 EDA 技術(shù)使得設(shè)計(jì)者的工作僅限于利用軟件的方式，即利用硬件描述語(yǔ)言和 EDA 軟件來(lái)完成對(duì)系統(tǒng)硬件功能的實(shí)現(xiàn)。在仿真和設(shè)計(jì)兩方面支持標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言的功能越來(lái)越強(qiáng)大，軟硬件技術(shù)