【正文】 EN=39。139。039。THEN S:=S。時 S清零 ELSIF EN=39。 CLR=39。039。139。 BEGIN IF(CLK39。定義信號 STATE_TYPE，類型是上面定義的 BEGIN CNT:PROCESS(CLK) 塊 CNT 為進(jìn)程（ CLK 敏感信號） VARIABLE S:INTEGER RANGE 0 TO 29。 下面定義結(jié)構(gòu)體 ARCHITECTURE ART OF JTDKZ IS TYPE STATE_TYPE IS(A,B,C,D)。定義輸入（位），也可以使用 STD_LOGIC MR,MY,MG,BR,BY,BG:OUT BIT)。 USE 。 子程序：并入程序包的子程序有利于在設(shè)計(jì)中任一處進(jìn)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(jìn)行時序分析，當(dāng)程序完成后，再下載到 FPGA，以便硬件電路的驗(yàn)證工作。 VHDL 數(shù)據(jù)類型說明：主要用于在整個設(shè)計(jì)中通用的數(shù)據(jù)類型。)就是要使用 IEEE 設(shè)計(jì)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。因此，可以設(shè)計(jì)一個子程序來滿足程序設(shè)計(jì)的需求。 建立程序包 在程序設(shè)計(jì)語言中，程序的開始總會調(diào)用庫 (library)來提供設(shè)計(jì)程序時所需要的基本命令。 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(jì) 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(jì)時控制電路提供的下一個狀態(tài)的觸發(fā)信號。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。由圖可知 led 是 25 位的系統(tǒng)輸出信號，負(fù)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(diǎn)亮，“ 0”為熄滅。 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(jìn)行倒計(jì)時顯示 ,如圖 10 所示 :當(dāng)綠燈點(diǎn)亮開始計(jì)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。 when others=led(24 downto 0)=0000000000000000000000000。 ?? when 23=led(24 downto 0)=1111111111111111111111110。 when 2=led(24 downto 0)=1110000000000000000000000。 case conv_integer(t_ff) is when 0=led(24 downto 0)=1000000000000000000000000。 end if。 else t_ff=t_ff1。) then t_ff=load1。 then if (recount=39。) then if ena_1hz=39。event and clk=39。當(dāng) reset=1，則將 t_ff 與 led清零。) then t_ff=00000000。 process(clk,reset) begin if (reset=39。 系統(tǒng)輸出信號： led：負(fù)責(zé)將計(jì)數(shù)數(shù)值轉(zhuǎn)換成 BCD碼，并利用發(fā)光二極管顯示倒計(jì)時狀態(tài)； next_state：當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)時完畢后，負(fù)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。所以， hld3 倒計(jì)時控制 電路 (見圖 33)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，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?？紤]到有些路口的交通擁堵現(xiàn)象較為嚴(yán)重，車輛會在道路上排成很長的一隊(duì)，這樣排在較遠(yuǎn)距離的司機(jī)就很難看清楚倒計(jì)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。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(jì) 18 輛處于等待中，若南北方向行駛的車輛看到倒計(jì)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(qiáng)行的車輛而耽誤更多的時間。就是將十進(jìn)制的 25 轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的 19，這就使設(shè)計(jì)減少了很多不必要的麻煩。 在這段程序的設(shè)計(jì)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。 end case。 sign_state=“101” 時，東西方向綠燈亮 25s。 sign_state=“100” 時，東西方向黃燈亮 5s。 sign_state=“011” 時，東西方向紅燈亮 15s。 sign_state=“010” 時，南北方向紅燈亮 15s。 sign_state=“001” 時，南北方向黃燈亮 5s。 when 000= sign_state=“000” 時，南北方向綠燈亮 25s。139。139。139。 elsif (clk39。139。南北方向綠燈設(shè)定為 25s。南北方向黃燈設(shè)定為 5s。南北方向紅燈設(shè)定為 15s。東西方向綠燈設(shè)定為 25s。東西方向黃燈設(shè)定為 5s。東西方向紅燈設(shè)定為 15s。 經(jīng)仿真后得到的時序圖 (見圖 32) 圖 32 計(jì)數(shù)秒數(shù)選擇電路時序圖 由計(jì)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。 圖 31 計(jì)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(jì) 16 recount：接收由交通燈信號控制電路產(chǎn)生的重新計(jì)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。 計(jì)數(shù)秒數(shù)選擇電路 當(dāng)通過交通路口時，如果能在一個方向增添一個倒計(jì)時顯示器對車輛、行人加以提示，可能會有更好的效果。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。（ 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(jì)數(shù)時間），以增加程序的靈活性。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。而且用原理圖表示的設(shè)計(jì)，通用性、可移植性也比較弱，所以在現(xiàn)代的設(shè)計(jì)中，越來越多地采用了基于硬件描述語言的設(shè)計(jì)方式。是 EDA 設(shè)計(jì)中使用最多的語言之一，它具有很強(qiáng)的電路描述和建模能力，能從多個層次對數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行建模和描述，從而大大地簡化了 硬件設(shè)計(jì)任務(wù)，提高了設(shè)計(jì)效率和可靠性。 選擇 VHDL硬件描述語言設(shè)計(jì)的優(yōu)勢 首先，簡單地介紹一下什么是 VHDL 硬件描述語言。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(diǎn)驅(qū)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(qū)動信號燈。由圖可見：起動按鈕 SB1 接于輸入繼電器 X0端，停止按鈕 SB2 接于輸入繼電器 xl端，基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設(shè)計(jì) 9 東 西方向的綠燈接于輸出繼電器 Y5端，東西方向黃燈接于輸出繼電器 Y4端，東西方向的紅燈接于輸出繼電器 Y3 端，南北方向綠燈接于輸出繼電器 Y2 端，南北方向的黃燈接于輸出繼電器 Y1，南北方向紅燈接于輸出繼電器 Y0。 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。 FX2N64的 I/O 總數(shù) 32，輸入 /輸出各 32 個，輸入類型為漏型，輸出類型為繼電器或晶體管。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。信號燈的選擇 :選用紅、黃、綠發(fā)光二極管作為信號燈 (箭頭方向型 )。 基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設(shè)計(jì) 7 第 二 章 交通信號燈的 PLC 控制線路設(shè)計(jì) 控制 要求 信號燈受啟動及停止按鈕的控制，當(dāng)按下啟動按鈕時，信號燈系統(tǒng)開始工作，并周而復(fù)始地循環(huán)工作，當(dāng)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。 （ 4）設(shè)計(jì)手段不同： 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法以手工設(shè)計(jì)為主； EDA 設(shè)計(jì)方法其方案驗(yàn)證與設(shè)計(jì)、系統(tǒng)邏輯綜合、布局布線、性能仿真、器件編程等均由 EDA 工具一體化完成。 （ 2）與傳統(tǒng)的基于電路板的設(shè)計(jì)方法不同， EDA 技術(shù)是基于芯片的設(shè)計(jì)方法。自上而 下設(shè)計(jì)中可逐層描述，逐層仿真，保證滿足系統(tǒng)指標(biāo)。 可以從傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和 EDA 設(shè)計(jì)方法的區(qū)別說明 EDA 設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢： （ 1）設(shè)計(jì)思想不同： EDA 是采用自上而下（ Top Down)的設(shè)計(jì)方法 。 EDA 的特點(diǎn) 利用 EDA 技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具有以下幾個特點(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)軟件自基于 PLC 與 EDA 的交通信號燈的設(shè)計(jì) 6 動完成的；（ 3）設(shè)計(jì)過程中可 用有關(guān)軟件進(jìn)行各種仿真；（ 4）系統(tǒng)可現(xiàn)場編程，在線升級；（ 5）整個系統(tǒng)可集成在一個芯片上，體積小、功耗低、可靠性高。目前 EDA技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學(xué)部門廣泛使用。 現(xiàn)在對 EDA 的概念或范疇用得很寬。 EDA 技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可操作性，減輕了設(shè)計(jì)者的勞動強(qiáng)度。這一切極大地改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì) 方法、設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)觀念，促進(jìn)了 EDA 技術(shù)的迅速發(fā)展。在電子技術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，可編程邏輯器件的應(yīng)用，已得到廣泛的普及，這些器件為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了極大的靈活性。 EDA 的概述 EDA 是電子設(shè)計(jì)自動化（ Electronic Design Automation）的縮寫，在 20世紀(jì) 60 年代中期從計(jì)算 機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（ CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測試（ CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（ CAE）的概念發(fā)展而來的。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)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(luò)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 5 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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。 PID 處理一般是運(yùn)行專用的 PID 子程序。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。 4 過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。 3 運(yùn)動控制 PLC 可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（ Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A轉(zhuǎn)換。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。目前，世界上有 200 多個廠家生產(chǎn) 300 多種 PLC 產(chǎn)品，應(yīng)用在汽車（ 23%）、糧食加工（ %）、化學(xué) /制藥（ %）、金屬 /礦山（ %）、紙漿 /造紙（ %）等行業(yè)。 PLC是通過程序完成控制任務(wù)的，采用了方便用戶的工業(yè)編程語言，且都具有強(qiáng)制和仿真的功能，故程序的設(shè)計(jì)、修改和調(diào)試都很方便，這樣可大大縮短設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期。而采用 PLC 控制，由于其靠軟件實(shí)現(xiàn)控制，硬件線路非常簡潔，并為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量（輸入輸出點(diǎn)數(shù)、內(nèi)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(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工 可同時進(jìn)行。利用專用的編程器，可方便地查看、編輯、修改用戶程序。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。 PLC 的輸入輸出系統(tǒng)能夠直觀地反應(yīng)現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀地反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通訊狀態(tài)、 I/O 點(diǎn)狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)等，對此均有醒目的指示，非常有利于運(yùn)行和維護(hù)人員對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。有的 PLC