【正文】 ic_vector(7 downto 0))。 （ 3） 10s定時單元控制兩路 左拐 燈的顯示時間，從 DOUT10端口輸出到顯示控制模塊的 AIN10 端口， 10s 定時單元模塊生成器件如圖 所示 ， EN10A、 EN10B分別甲路和乙路紅燈的使能信號控制應(yīng)該那一路紅燈亮。 then t6b=t6b+1。or en60b=39。) then if en60a=39。event and clk=39。 architecture art of t60s is signal t6b:std_logic_vector(5 downto 0)。 輸入的標(biāo)準(zhǔn)時鐘和使能信號 dout60:out std_logic_vector(7 downto 0))。 （ 2） 60s 定時單元控制兩路 紅 燈的顯示時間，從 DOUT60端口輸出到顯示控制模塊的 AIN60 端口， 60s 定時單元模塊生成器件如圖 所示 ， EN60A、 EN60B分別甲路和乙路紅燈的使能信號控制應(yīng)該那一路紅燈亮。 then t6b=t6b+1。or en45b=39。) then if en45a=39。event and clk=39。 architecture art of t45s is signal t6b:std_logic_vector(5 downto 0)。 輸入的標(biāo)準(zhǔn)時鐘和使能信號 dout45:out std_logic_vector(7 downto 0))。 定時 單元以及顯示控制、譯碼電路 （ 1） 45s 定時單元控制兩路綠燈的顯示時間，從 DOUT45端口輸出到顯示控制模塊的 AIN45 端口， 45s 定時單元模塊生成器件如圖 所示 ， EN45A、 EN45B分別甲路和乙路綠燈的使能信號控制應(yīng)該哪一路的綠燈亮 。en:=39。clr:=39。039。039。 if s=45 then a路綠燈亮狀態(tài)持續(xù) 45s state=B。bl=39。bg=39。by=39。 A狀態(tài)各路燈的亮滅 br=39。al=39。ag=39。ay=39。 整形變量 s范圍 0到 60 when A=ar=39。 信號燈的亮滅狀態(tài)分為六種 signal state:state_type。 定義各路信號燈 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 共 38 頁 end entity jtdkz。 如圖 交通燈控制模塊生成的器件 ， CLK 是輸入標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號， AR、 AY、 AG、 AL為 輸出信號 控制甲 車道的四盞指示燈， BR、 BY、 BG、 BL為 輸出信號 控制乙 車道的四盞指示燈 ，部分 程序如下： entity jtdkz is port(clk:in std_logic。 系統(tǒng)的頂層電路 如圖 ， CLK為整個電路提供 1Hz的標(biāo)準(zhǔn)信號，用四個定時單元 60s 、 45s、10s、 5s 分別控制四盞交通指示燈的倒計時顯示時間，交通燈控制部分 JTDKZ 控制交通燈的每一種狀態(tài)，顯示控制部分 XSKZ部分主要控 制交通燈的亮滅時間， 圖中譯碼器是 47 譯碼器，譯碼后 數(shù)據(jù)輸出到 共 陰 數(shù)碼管。 圖 交通燈工作示意圖 甲 路 乙路 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 38 頁 4 系統(tǒng) 設(shè)計 設(shè)計 交通燈控制器的頂層電路圖 是 采用硬件描述語言設(shè)計 的 一個復(fù)雜電路系統(tǒng)， 而且采 用自頂向下的設(shè)計思想，將系統(tǒng)按功能逐層分割的層次化設(shè)計方法。交通規(guī)則明確顯示必須按照交通指示燈來執(zhí)行，尤其是左拐，只有在左拐燈亮的時候才可以左拐。 交通燈工作示意圖 十字路口的東西方向和南北方向分別安裝紅、綠、黃 、藍(lán) 交通信號燈，設(shè)置示意圖如圖 示。重復(fù)以上過程。閃爍 5s后，再切換到甲車道，重復(fù)上述過程。 標(biāo)準(zhǔn)信號為整個電路提供 1Hz 信號，信號燈控制電路控制 8 路燈的亮滅，定時電路分為 45s、10s、 5s、 60s定時單元，分別控制 8路燈的亮滅時間，顯示控制電路控制每一路燈的倒計時顯示時間，譯碼后通過數(shù)碼管顯示。 方案三以 CPLD 器件為核心，以 VHDL 語言為基礎(chǔ)，編程具有很大的靈活性，而且這種語言也易于掌握和理解，調(diào)試和修改都比較容易，滿足課題的要求，所以最終選擇方案三。系統(tǒng)組成框圖如 圖 ： 圖 系統(tǒng)組成框圖 （ 2）方案論證 方案一采用的是集成硬件電路的搭建，各個模塊之間的接口很難保證，而且用到大量芯片來搭建各個模塊，整個電路系統(tǒng)體積相對較大 ，增加了 系統(tǒng)的調(diào)試難度，不滿足現(xiàn)代社會發(fā)展的需求。輸入信號部分，直接在 I/O 口接上按鍵開關(guān)，精簡和優(yōu)化電路 ，該系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制只用單片機(jī)本身的 I/O口就可 以實現(xiàn)，顯示電路采用共陽數(shù)碼管。 在整個系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中， 以 AT89C52 單片機(jī)為核心， 為使各模塊穩(wěn)定工作，采用單片機(jī)控制模塊提供電源，節(jié)約成本，但輸出功率不高 。 主控制器是系 統(tǒng)的主要部分，由它控制其他 電路之間的協(xié)調(diào)工作。 時鐘脈沖產(chǎn)生電路利用 晶振 ，它可以發(fā)出連續(xù)脈沖從而控制兩片74LS161組成的計時電路的 CLK端。時鐘產(chǎn)生電路是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 38 頁 3 交通燈控制系統(tǒng) 方案論證 設(shè)計方案及論證 （ 1）設(shè)計方案 方案一：采用小規(guī)模集成電路，用純硬件電路搭建。幾乎所有應(yīng)用中小規(guī)模通用 數(shù)字集成電路 的場合均可應(yīng)用 CPLD 器件。目前應(yīng)用已深入網(wǎng)絡(luò)、儀器儀表、汽車電子、數(shù)控機(jī)床、航天測控設(shè)備等方面。其輸出結(jié)構(gòu)是可編程的邏輯宏單元，因為它的硬 件結(jié)構(gòu)設(shè)計可由 軟件 完成（相當(dāng)于房子蓋好后人工設(shè)計局部室內(nèi)結(jié)構(gòu)），因而它的設(shè)計比純硬件的數(shù)字電路具有很強(qiáng)的靈活性，但其過于簡單的結(jié)構(gòu)也使它們只能實現(xiàn)規(guī)模較小的電路。由于 CPLD 內(nèi)部采用固定長度的金屬線進(jìn)行各邏輯塊的互連，所以設(shè)計的邏輯電路具有時間可預(yù)測性，避免了分段式互連結(jié)構(gòu)時序不完全預(yù)測的缺點(diǎn)。 CPLD （ 1） CPLD 簡介 CPLD 主要是由可編程邏輯 宏單元 (MC， Macro Cell)圍繞中心的可編程互連 矩陣 單元組成。 ④ 豐富的設(shè)計庫 Max+plusⅡ 提供豐富的庫單元供設(shè)計者調(diào)用，其中包括 74 系列的全部器件和多種特殊的邏輯功能（ MacroFunction）以及新型的參數(shù)化的兆功能（ MageFunction）。 ② 與結(jié)構(gòu)無關(guān) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 共 38 頁 Max+plusⅡ 系統(tǒng)的核心 Complier 支持 Altera 公司的 FLEX10K、 FLEX8000、 FLEX6000、MAX9000、 MAX7000、 MAX5000 和 Classic 可編程邏輯器件，提供了世界上唯一真正與結(jié)構(gòu)無關(guān)的可編程邏輯設(shè)計環(huán)境。在 Max+plusⅡ 上可以完成設(shè)計輸入、元件適配、時序仿真和功能仿真、編程下載整個流程，它提供了一種與結(jié)構(gòu)無關(guān)的設(shè)計環(huán)境，是設(shè)計者能方便地進(jìn)行設(shè)計輸入、快速處理和器件編程 [11]。 MAX+PLUSⅡ (1) 軟件簡介 Max+plusⅡ 是 Altera 公司 提供的 FPGA/CPLD 開發(fā)集成環(huán)境， Altera 是世界上最大 可編程邏輯器件 的供應(yīng)商之一 。 ④ 對于用 VHDL 完成的一個確定的設(shè)計，可以利用 EDA 工具進(jìn)行邏輯綜合和優(yōu)化，并自動的把 VHDL 描述設(shè)計轉(zhuǎn)變成門級網(wǎng)表。 ② VHDL 豐富的仿真語句和庫函數(shù)，使得在任何大系統(tǒng)的設(shè)計早期就能查驗設(shè)計系統(tǒng)的功能可行性，隨時可對設(shè)計進(jìn)行仿真模擬 [10]。 (3) VHDL的優(yōu)勢 ① 與其他的硬件描述語言相比， VHDL 具有更強(qiáng)的行為描述能力，從而決定了他成為系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域最佳的硬件描述語言。 ⑥ 易于共享和復(fù)用 VHDL 采用基于庫（ Library）的設(shè)計方法，可以建立各種可再次利用的模塊。當(dāng)設(shè)計描述完成后，可以用多種不同的器件結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)其功能。 VHDL 支持預(yù)定義的和自定義的數(shù)據(jù)類型，給硬件描述帶來較大的自由度，使設(shè)計人員能夠方便地創(chuàng)建高層次的系統(tǒng)模型 。而描述既可以采用行為描述、寄存器傳輸描述或結(jié)構(gòu)描述，也可以采用三者混合的混合級描述。在硬件電路設(shè)計過程中，主要的設(shè)計文件是用 VHDL 編寫的源代碼，因為 VHDL 易讀和結(jié)構(gòu)化，所以易于修改設(shè)計。 VHDL 還支持各種設(shè)計方法，既支持自底向上的設(shè)計，又支持自頂向下的設(shè)計；既支持模塊化設(shè)計，又支持 層次化設(shè)計。它具有多層次的設(shè)計描述功能，層層細(xì)化，最后可直接生成電路級描述。這種將設(shè)計實體分成內(nèi)外部分的概念是 VHDL 系統(tǒng)設(shè) 計的基本點(diǎn)。 VHDL 的程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將一項工程設(shè)計，或稱設(shè)計實體（可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統(tǒng)）分成外部（或稱可視部分 ， 及端口）和內(nèi)部（或稱不可視部分） 設(shè)計 [9]。 VHDL 主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 、 行為 、 功能和接口。它在 80 年代的后期出現(xiàn)。 傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備的電器控制系統(tǒng)，如果利用 EDA 技術(shù)進(jìn)行重新設(shè)計或進(jìn)行技術(shù)改造，不但設(shè)計周期短、設(shè)計成本低，而且將提高產(chǎn)品或設(shè)備的性能，縮小產(chǎn)品體積，提高產(chǎn)品的技術(shù)含量，提高產(chǎn)品的附加值 [8]。 EDA技術(shù)與傳統(tǒng)電子設(shè)計方法的比較 與傳統(tǒng)的電子設(shè)計方法相比， EDA 技術(shù)對于復(fù)雜電路的設(shè)計和調(diào)試都比較簡單，如果某一過程存在錯誤，查找和修改起來比較方便，而且 EDA技術(shù)的可移植性很強(qiáng)。 HDL具有與具體硬件電路無關(guān)和與設(shè)計平臺無關(guān)的特性，并且具有良好的電路行為描述和系統(tǒng)描述的能力，并在語言易讀性和層次化結(jié)構(gòu)化設(shè)計方面，表現(xiàn)了強(qiáng)大的生命力和應(yīng)用潛力 [7]。 硬件描述語言 (HDL)是相對于一般的計算機(jī)軟件語言如 C、 Pascal而言的。 EDA技術(shù)涉及面很廣，內(nèi)容豐富，主要應(yīng)掌握如下四個方面的內(nèi)容 :(1)大規(guī)模可編程邏 輯器件 ； (2)硬件描述語言 ； (3)軟件開發(fā)工具 ； (4)實驗開發(fā)系統(tǒng)。盡管目標(biāo)系統(tǒng)是硬件，但整個 設(shè)計和修改過程如同完成軟件設(shè)計一樣方便和高效。現(xiàn)代 EDA 技術(shù)就是以讓算機(jī)為工具，在 EDA 軟件平臺上，根據(jù)硬件描述語言 HDL完成的設(shè)計文件，能自動地完成用軟件方式描述的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、布局布線、邏輯仿真，直至完成對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。 EDA技術(shù)使得設(shè)計者的工作僅限于利用軟件的方式，即利用硬件描述語言和 EDA軟件來完成對系統(tǒng)硬件功能的實現(xiàn) [3]。 本次設(shè)計是通過設(shè)計交通燈控制器，了解 EDA技術(shù)，掌握 VHDL硬件描述語言的設(shè)計方法和思想，鞏固和綜合運(yùn)用所學(xué)過的計算機(jī)組成原理知識，提高分析、解決計算機(jī)技術(shù)實際問題的獨(dú)立工作能力。 可想而知，一個沒有交通燈的社會將是何種樣子，那必將是交通秩序混亂，人們的出行安全沒有了任何保障，社會秩序也必將混亂不堪。 隨著我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，人民生活水平 的 日漸提高，越來越多的汽車進(jìn)入尋常百姓的家庭，再加上政府大力 地 發(fā)展公交、出租車 行業(yè) ，道路上的 車輛越來越多，使得城市的交通成為了一個主要的問題。 交通燈 的 研究目的 不同的城市 存在著 不同 的 城市問題，但 其中有一個共同的問題 就是 城市交通 。 目前城市交通控制研究的新發(fā)展主要體現(xiàn)在城市交通網(wǎng)絡(luò)的各個方面 :區(qū)域交通信號燈和城市快速公路匝道口的新的控制方法上 ； 實現(xiàn)區(qū)域和快速公路的集成控制 ； 采用動態(tài)路由導(dǎo)航與交通網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)合以實現(xiàn)先進(jìn)車輛控制系統(tǒng) AvcS為主的智能交通系統(tǒng) (ITS)； 以實現(xiàn)先進(jìn)交通管理系統(tǒng) ATMS和先進(jìn)駕駛員信息系統(tǒng) ATIS為主的城市多智能體交通控制系統(tǒng) ； 以及一些輔助的交通策略如道路自動計費(fèi)、公共交通優(yōu)先等。于是，智能交通系統(tǒng) (ITS)應(yīng)運(yùn)而生，并得到迅猛發(fā)展。 進(jìn)入 20世紀(jì) 80年代后期，隨著城市化進(jìn)程的加快和汽車的普及，城市交通擁擠、阻塞現(xiàn)象日趨惡化，由此引發(fā)的事故、噪聲和環(huán)境污染己成為日益嚴(yán)重的社會問題，交通問題成為困擾世界各國的普遍性難題。澳大利亞在 70年代末也開發(fā)了基于配時方案實時選擇方法來實現(xiàn)路網(wǎng)協(xié)調(diào)控制的 SCAT(Sydney Coordinated Adaptive Traffic Method)系統(tǒng)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 共 38 頁 國外對城市區(qū)域交通控制的研究，開始于 20世紀(jì) 60年代初。人們認(rèn)識到，要更好地提高城市管理水平，不僅僅依靠硬件設(shè)備的更新和改進(jìn)，還必須同時在控制邏輯和方法上有所突破，即城市交通的區(qū)域協(xié)調(diào)控制。這是道路交通控制技術(shù)發(fā)展的里程碑。超聲波檢測器主要在日本等少數(shù)國家得到廣泛應(yīng)用。繼氣動橡皮管式檢測器之后，雷達(dá)、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環(huán)形線圈等檢測器相繼問