【文章內(nèi)容簡介】 相連接。這樣可以增加程序的調(diào)試速度，同時也能夠?qū)⒐ぷ骷毞?，以提高編程速度。?2）參數(shù)化的概念：針對不同時段的交通流量，可以調(diào)整紅綠燈電路（增加或者減少電路的計數(shù)時間），以增加程序的靈活性。 基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設(shè)計 15 紅綠燈交通信號系統(tǒng)的 VHDL 模塊 時鐘脈沖發(fā)生電路 在紅 綠燈交通信號系統(tǒng)中，大多數(shù)的情況是通過自動控制的方式指揮交通的。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。因此， hld1 時鐘發(fā)生電路（見圖 4）最主要的功能就是產(chǎn)生一些穩(wěn)定的輸出信號，并將其用做后面幾個電路的使能控制與同步信號。 計數(shù)秒數(shù)選擇電路 當通過交通路口時，如果能在一個方向增添一個倒計時顯示器對車輛、行人加以提示，可能會有更好的效果。因此 ,hld2 計數(shù)秒數(shù)選擇電路 (見圖 7)最主 要的功能 就是負責(zé)輸出顯示器需要的數(shù)值（即倒數(shù)的秒數(shù)值），作為倒計時顯示器電路的計數(shù)秒數(shù) 。 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(nèi)部自復(fù)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(shè)計 16 recount：接收由交通燈信號控制電路產(chǎn)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(chǎn)生的狀態(tài)信號。 load： 負責(zé)產(chǎn)生計數(shù)器所需要的計數(shù)數(shù)值。 經(jīng)仿真后得到的時序圖 (見圖 32) 圖 32 計數(shù)秒數(shù)選擇電路時序圖 由計數(shù)描述選擇電路的時序圖 (見圖 32)可以看出這段程序中定義了在正常車流量情況下，東西及南北方向紅燈、黃燈和綠燈需要維持的秒數(shù)分別是 15s、5s和 25s。 architecture bhv of hld2 is constant redew_time:integer:=15。東西方向紅燈設(shè)定為 15s。 constant yellowew_time:integer:=5。東西方向黃燈設(shè)定為 5s。 constant greenew_time:integer:=25。東西方向綠燈設(shè)定為 25s。 constant redsn_time:integer:=15。南北方向紅燈設(shè)定為 15s。 constant yellowsn_time:integer:=5。南北方向黃燈設(shè)定為 5s。 constant greensn_time:integer:=25。南北方向綠燈設(shè)定為 25s。 begin process(reset,clk) begin if reset=39。139。 then load=00000000。 elsif (clk39。event and clk=39。139。) then 基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設(shè)計 17 if (ena_scan=39。139。 and recount=39。139。) then case sign_state is load=conv_std_logic_vector(greensn_time,8)。 when 000= sign_state=“000” 時，南北方向綠燈亮 25s。 when 001=load=conv_std_logic_vector(yellowsn_time,8)。 sign_state=“001” 時，南北方向黃燈亮 5s。 when 010=load=conv_std_logic_vector(redsn_time,8)。 sign_state=“010” 時，南北方向紅燈亮 15s。 when 011=load=conv_std_logic_vector(redew_time,8)。 sign_state=“011” 時，東西方向紅燈亮 15s。 when 100=load=conv_std_logic_vector(yellowew_time,8)。 sign_state=“100” 時，東西方向黃燈亮 5s。 when 101=load=conv_std_logic_vector(greenew_time,8)。 sign_state=“101” 時，東西方向綠燈亮 25s。 when others=load=conv_std_logic_vector(yellowsn_time,8)。 end case。 當外部信號發(fā)生器提供了 1kHZ 的時鐘信號，并且重新計數(shù)信號 (recount)為“ 1”時 ,load 信號就會按照預(yù)先設(shè)置的數(shù)值逐 1 遞減 ,直至減到零為止 ,當下一個重新計數(shù)信號 (recount)再次為“ 1”時，會重復(fù)此過程。 在這段程序的設(shè)計中用到了 conv_std_logic_vector(value,n)語句，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。例如程序中：when 000=load=conv_std_logic_vector(greenew_time,8)。就是將十進制的 25 轉(zhuǎn)換成二進制的 19，這就使設(shè)計減少了很多不必要的麻煩。 倒計時控制電路 通過日常生活中的觀察，我發(fā)現(xiàn)在一些交通路口已經(jīng)開始使用倒計時顯示器，它們的作用就是用來提示車輛行人目前還有多長時間信號燈會發(fā)生變化，這樣車輛行人就可以提前判斷是否有足夠的時間通過路口，進而就可以避免很多意外事故的發(fā)生。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(shè)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。如此循環(huán)下去，道路就會暢通無阻了?？紤]到有些路口的交通擁堵現(xiàn)象較為嚴重，車輛會在道路上排成很長的一隊，這樣排在較遠距離的司機就很難看清楚倒計時顯示器上變化的數(shù)字，有可能會影響到車輛之間的正常行駛。因此，如果采用發(fā)光二極管作為倒計時的顯示裝置就會使司機和行人一目了然，同樣也能夠起到很好的提示作用。所以， hld3 倒計時控制 電路 (見圖 33)最主要的功能就是負責(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，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。 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(nèi)部自復(fù)位信號； ena_1hz：接收由時鐘發(fā)生電路提供的 1Hz 的脈沖信號； 圖 33 脈沖信號 recount： 重新計數(shù)的使能控制信號； 基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設(shè)計 19 load： 負責(zé)接收計數(shù)器所需要的計數(shù)數(shù)值。 系統(tǒng)輸出信號： led：負責(zé)將計數(shù)數(shù)值轉(zhuǎn)換成 BCD碼，并利用發(fā)光二極管顯示倒計時狀態(tài)； next_state：當計數(shù)器計時完畢后，負責(zé)產(chǎn)生一個脈沖信號，作為下一個狀態(tài)的觸發(fā)信號。 經(jīng)仿真后得到的時序圖 (見圖 34)： 圖 34 倒計時控制電路時序圖 由倒計時控制電路的時序圖 (見圖 34)可以看出，當 clk 時鐘信號來臨后，在 ena_1hz 脈沖信號的同時激勵下， led 會按照預(yù)先設(shè)置好的時間開始逐 1 遞減，進行倒計時顯示。 process(clk,reset) begin if (reset=39。139。) then t_ff=00000000。 led=0000000000000000000000000。當 reset=1，則將 t_ff 與 led清零。 elsif (clk39。event and clk=39。139。) then if ena_1hz=39。139。 then if (recount=39。139。) then t_ff=load1。當 reset=0,clk 為上升沿觸發(fā)，且 ena_1hz與recount 為 1 時， load 將減 1的數(shù)值賦給 t_ff。 else t_ff=t_ff1。 當 reset=0,clk 為上升沿觸發(fā)，且基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設(shè)計 20 ena_1hz 為 1 時， recount 為 0時， t_ff 減 1。 end if。 end if。 case conv_integer(t_ff) is when 0=led(24 downto 0)=1000000000000000000000000。 when 1=led(24 downto 0)=1100000000000000000000000。 when 2=led(24 downto 0)=1110000000000000000000000。 when 3=led(24 downto 0)=1111000000000000000000000。 ?? when 23=led(24 downto 0)=1111111111111111111111110。 when 24=led(24 downto 0)=1111111111111111111111111。 when others=led(24 downto 0)=0000000000000000000000000。 end case。 這段程序是采用的就是查表的方法并且利用發(fā)光二極管進行倒計時顯示 ,如圖 10 所示 :當綠燈點亮開始計數(shù)后， load 就會將減 1后的值賦給 t_ff，之后t_ff 又會從 case 語句中查找到相對應(yīng)的值再賦給 led 顯示所剩余的時間。在程序編寫過程中運用到了 conv_integer()語句，它可以將 t_ff 所賦的值轉(zhuǎn)換成整數(shù)。由圖可知 led 是 25 位的系統(tǒng)輸出信號，負責(zé)控制發(fā)光二極管的輸出，所以 25 位的輸出信號可以分成七組控制發(fā)光二極管的顯示，其中“ 1”為點亮，“ 0”為熄滅。 紅綠燈信號控制電路 在紅綠 燈交通信號系統(tǒng)中，大多數(shù)的情況是通過自動控制的方式指揮交通。但為了配合高峰時段，防止交通擁擠，有時還必須使用手動控制，即讓交通警察自行指揮交通。因此， hld4 紅綠燈信號控制電路 (見圖 11)除了負責(zé)監(jiān)控路口紅綠燈之外，最主要的功能就是能夠利用開關(guān)來切換手動與自動的模式，讓交通警察能夠通過外部輸入的方式來控制紅綠燈交通信號系統(tǒng)的運做。 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； 基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設(shè)計 21 reset：系統(tǒng)內(nèi)部自復(fù)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； ena_1hz：接收由時鐘發(fā)生電路提供的 1Hz 的脈沖信號； flash_1hz：接收由時鐘發(fā)生電路提供的 1Hz的脈沖時鐘信號； a_m：手動、自動切換按鈕（ 1：自動、 0：手動） ； 圖 35 紅綠燈信號控制電路 st_butt： 紅綠燈狀態(tài)切換按鈕（在手動操作下，每按一次按鈕就變換一個狀態(tài)）； next_state：接收由倒計時控制電路提供的下一個狀態(tài)的觸發(fā)信號。 系統(tǒng)輸出信號： recount：產(chǎn)生重新計數(shù)的輸出使能控制信號； sign_state：產(chǎn)生輸出狀態(tài)信號； red：負責(zé)紅 色信號燈的顯示； green：負責(zé)綠色信號燈的顯示； yellow：負責(zé)黃色信號燈的顯示。 建立程序包 在程序設(shè)計語言中，程序的開始總會調(diào)用庫 (library)來提供設(shè)計程序時所需要的基本命令。但是，如果要進一步設(shè)計較為復(fù)雜的程序時，庫中的命令可能就無法支持了。因此，可以設(shè)計一個子程序來滿足程序設(shè)計的需求。 基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設(shè)計 22 上述問題在硬件描述語言的設(shè)計中也存在，在 VHDL 程序中的第一行(library ieee。)就是要使用 IEEE 設(shè)計好的庫文件，但如果需要使用的元器件并不在庫中時，就只能自己定義了。 一個程序 包中至少應(yīng)該包含以下結(jié)構(gòu)中的一種： 常數(shù)說明：如定義系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線通道的寬度。 VHDL 數(shù)據(jù)類型說明：主要用于在整個設(shè)計中通用的數(shù)據(jù)類型。 元件定義：元件定義主要規(guī)定在 VHDL 設(shè)計中參與文件例化的文件接口界面。 子程序：并入程序包的子程序有利于在設(shè)計中任一處進行方便地調(diào) 連接各個模塊 light 電路的工作就是將所有的子電路全部連接起來，進行時序分析，當程序完成后，再下載到 FPGA，以便硬件電路的驗證工作。 LIBRA