【正文】 用 VDHL硬件描述語言設(shè)計(jì)的交通燈控制系統(tǒng)包括功能控制電路，倒計(jì)時電路，顯示控制電路三個部分，該系統(tǒng)通過程序設(shè)計(jì)、軟件仿真、硬件測試，能實(shí)現(xiàn)十字路口包括人行道、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、以及基本的交通燈的功能。 4 仿真分析 軟件仿真分析 頂層原理圖 本系統(tǒng)分模塊由 VHDL語言編程實(shí)現(xiàn)，總 系統(tǒng)則采用原理圖實(shí)現(xiàn)，各分模塊相連組成交通燈控制系統(tǒng)。 signal dxgyryl_s,nbgyryl_s:std_logic_vector(4 downto 0)。 dxt:out std_logic_vector(6 downto 0)。 tdxPl:buffer std_logic_vector(3 downto 0)。 nbr,nbg,nby,nbri,nbl,nbpr,nbpg:out std_logic。 else (clkamp。clkamp。 nbpg=not en and nbpg0。 nbt:out std_logic_vector(6 downto 0)。亮燈時間采用8421BCD碼。 dxg0=light(12)。 else tnbl=tnbl1。 if tdxl=0 then tdxl=1001。 東西方向紅燈亮，人行道紅燈亮；南北方向黃燈亮，人行道紅燈亮。 tdxh=dxnbrth。 when 1001=tnbh=dxnbyth。 tdxph=dxnbpgth。南北方向人行道倒計(jì)時時間等于紅燈亮的時間，人行道南北方向紅燈亮。 when 0101=tdxh=dxnbyth。 tnbl=dxnbrtl。東西方向倒計(jì)時時間等于右轉(zhuǎn)燈亮的時間，東西方向右轉(zhuǎn)燈亮。南北方向人行道倒計(jì)時時間等于綠燈亮的時間，人行道南北方向綠燈亮。 tnbph=tnbph。 tnbpl(1)=39。 tdxpl(0)=39。 THEN tdxh=000。 constant dxnbpgth:std_logic_vector(8 downto 4):=00011。亮燈 狀態(tài)。 tdxph:buffer std_logic_vector(8 downto 4)。 THEN current_state=next_state。 END IF。 IF SPE=39。 END。用有限狀態(tài)機(jī)可以清晰地描述這類電路。這種方案解決了第三種方案安全性不高的缺點(diǎn)，但是由于此 種方案的右轉(zhuǎn)燈在綠燈滅后才亮，增加了系統(tǒng)等待時間，如果信號燈之間的時間設(shè)得不恰當(dāng)也同樣會造成交通阻塞。正因?yàn)榻徊媛房诳稍试S的通行能力過低，客觀上就形成了瓶頸，一旦路段上車流數(shù)量稍多，阻塞便會出現(xiàn) 。當(dāng)東西、南北兩個方向任一方向出現(xiàn)特殊情況，例如消防車、警車執(zhí)行任務(wù)或其他車輛需要優(yōu)先放行時，即可中斷正常運(yùn)行入特殊運(yùn)行狀態(tài)。這樣不 僅可以通過芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)多種數(shù)字邏輯功能，而且由于管腳定義的靈活性，提高了工作效率。提高十字路口的通行效率對緩解交通阻塞具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 因此，本文用 VHDL語言設(shè)計(jì)一種簡單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)以解決現(xiàn)代城市的交通控制與管理問題，減少十字路口的交通阻塞狀況。同時，基于芯片的設(shè)計(jì)可以減少芯片的數(shù)量，縮小體積、降低功耗、提高系統(tǒng)的性能和可靠性、易于修改等，成為當(dāng)今實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首選方案。此時兩條道路上所有車輛都停止通行，紅燈全亮 ，時鐘停止計(jì)時，顯示數(shù)字閃爍。 其它原因 （ 1）沒有專用公交車道，也沒有停車港灣，公交車?？?、啟動 等對車流影響較大； （ 2）車道過窄，人流太多，沒有自行車道，橫行人流對行車影響尤大； （ 3）前面交叉路口紅燈排隊(duì)長度過長； （ 4）有些車輛違反交通規(guī)定； （ 5）右行車輛對直行車量的干擾等。這種方案交通燈的功能比較多，設(shè)計(jì)也比較簡單。 顯示電路的作用是對計(jì)時電路的輸出信號進(jìn)行選通控制。 ARCHITECTURE BEHAVE OF CTRL IS TYPE states IS (s3,s2,s1,s0)。139。 WHEN s3= EN=39。 狀態(tài)在時鐘上升沿發(fā)生變化。 tdxPl:buffer std_logic_vector(3 downto 0)。 constant dxnbgth:std_logic_vector(6 downto 4):=011。 constant dxnbpgtl:std_logic_vector(3 downto 0):=0100。 tdxl(3)=39。139。039。 tnbpl=tnbpl。 light=01000101000001。 tdxph=dxnbprth。 tnbph=dxnbprth。 tdxl=dxnbytl。 tdxh=dxnbrth。 tdxpl=dxnbpgtl。 tnbl=dxnbytl。 tdxl=dxnbrtl。 s=＂ 0000＂ when others = tdxh=dxnbgth。 tdxh=tdxh1。 tnbh=tnbh。 dxy0=light(11)。 EN信號則實(shí)現(xiàn)正常情況和特殊情況下狀態(tài)機(jī)以及計(jì)時器的工作模式控制。 nbpt:out std_logic_vector(8 downto 0))。 dxt=tdx when en=39。clkamp。clkamp。 dxt:out std_logic_vector(6 downto 0)。 tnbh:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 4)。 dxpt:out std_logic_vector(8 downto 0)。 begin tdx_s=tdxh_s amp。頂層原理圖如圖 41所示。除基本交通燈功能外，還具有倒計(jì)時、時間設(shè)置以及緊急情況處理等功能，實(shí)用于大、中城市的交通系統(tǒng)。用 VHDL(超高速集成電路硬件描述語言 ) 進(jìn)行交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，用對應(yīng)的工具軟件 (本設(shè)計(jì)用 Quartus II)對 FPGA/CPLD芯片 “ 下載 ” 形成專用集成電路，由于不存在人工接線問題，所以故障率低、可靠性好 。 本章小結(jié) 在前面介紹了交通燈控制系統(tǒng)工作原理及設(shè)計(jì)原理的前提下，本章主要是用 VHDL語言對交通燈控制系統(tǒng)各模塊功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要求實(shí)現(xiàn)的功能。 signal tdxp_s,tnbp_s:std_logic_vector(8 downto 0)。 nbr,nbg,nby,nbri,nbl,nbpr,nbpg:out std_logic。 tdxph:buffer std_logic_vector(8 downto 4)。 dxr,dxg,dxy,dxri,dxl,dxpr,dxpg:out std_logic。039。clkamp。 nbpr=en or nbpr0。 dxpt:out std_logic_vector(8 downto 0)。各信號燈的亮燈時間在定義段由賦值語句進(jìn)行預(yù)置，便于修改。 dxr0=light(13)。 tnbh=tnbh1。 if tdx/=1 then 東西方向計(jì)時器的值不等于 1時，計(jì)時器作減法計(jì)數(shù)。 light= 10000100010010。 tnbpl=dxnbprtl。 東西方向紅燈亮，人行道紅燈亮；南北方向右轉(zhuǎn)燈亮，人行道紅燈亮。 tdxl=dxnbrtl。 tnbpl=dxnbprtl。 東西方向左轉(zhuǎn)燈亮，人行道紅燈亮；南北方向紅燈亮，人行道紅燈亮。 tnbh=dxnbrth。 tdxl=dxnbritl。 tnbpl=dxnbpgtl。 tnbl=tnbl。039。039。139。設(shè)置人行道紅燈亮?xí)r間120s。 signal s:std_logic_vector(3 downto 0)。倒計(jì)時顯示東西方向所亮燈剩余時間。139。 否則啟動正常情況。 EN=1，出現(xiàn)緊急情況。 EN:OUT STD_LOGIC)。通過它將按鍵信號 “ 緊急 /正常 ”（ SPE）轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)時電路和顯示控制電路的控制信號 EN，在 “ 觸發(fā)（按下－松開）－再觸發(fā)（按下－松開）－再觸發(fā)（按下－松開） ” 過程中，依次起的作用是 “ 特殊－正常－特殊 ” 。 方案四：十字路口設(shè)有紅、綠、黃、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)五色燈，綠燈滅后右轉(zhuǎn)燈才亮。若考慮到其它的時間損失，諸如左轉(zhuǎn)車輛干擾損失、自行車干擾損失等，交叉口的通行能力實(shí)際上只有路段通行能力的 30～45%。正常運(yùn)行時，交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表 21所示。這種新設(shè)計(jì)方法能夠由設(shè)計(jì)者定義器件內(nèi)部邏輯和管腳，將原來由電路板設(shè)計(jì)完成的大部分工作放在芯的設(shè)計(jì)中進(jìn)行。交通信號控制的目的是為城市道路交叉口（或交通網(wǎng)絡(luò)）提供安全可靠和有效的交通 流，通常最為常用的原則是車輛在交叉路口的通過量最大或車輛在交叉口的延誤最小。 交通燈控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 在現(xiàn)代社會交通中，交通燈控制系統(tǒng)起著非常重要的作用，在各個城市交叉路口交通燈都必不可少，而隨著車流量的不斷增加，城市交通阻塞問題也越來越嚴(yán)重。 本設(shè)計(jì)是用 VHDL硬件描述語言和可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)，這種方法可以靈活的用 VHDL語言進(jìn)行功能修改，使系統(tǒng)更為容易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)特殊運(yùn)行狀態(tài)結(jié)束后，系統(tǒng)恢復(fù)中斷時的狀態(tài)，繼續(xù)運(yùn)行。 十字路口情況分析 當(dāng)車輛行駛到如圖 21所示十字路口時，需要直行、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，行人也要通過，如果沒有統(tǒng)一的秩序，東南西北四個方向的車都同時向各個方向行駛，行人也同時過馬路的話就會造成交通阻塞和混亂甚至發(fā)生交通事故都難以避免。 綜合考慮采本設(shè)計(jì)采用方案四，只要信號燈點(diǎn)亮的時間設(shè)得合理，就會是一種非常完整、理想的交通燈控制系統(tǒng) 。在 EN信號控制下，當(dāng)出現(xiàn)特殊情況時，即中斷正常運(yùn)行，進(jìn)入特殊狀態(tài)，使紅燈全亮，倒計(jì)時時鐘停止計(jì)時，并且利用 CLK信號，使顯示數(shù)字閃爍。 SIGNAL current_state,next_state:states。 THEN next_state=s2。039。 END IF。倒計(jì)時顯示東西方向人行道所亮燈剩余時間。 constant dxnbgtl:std_logic_vector(3 downto 0):=0000。設(shè)置人行道綠燈亮?xí)r間34s。039。 tnbh=000。 tnbpl(0)=39。緊急情況，所有的倒計(jì)時保持原來的數(shù)不變。 東西方向綠燈亮，人行道紅燈亮；