【正文】 計(jì)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(shí)現(xiàn)。 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 二 EDA 技術(shù)與 VHDL 語言 EDA 技術(shù)及其發(fā)展 現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的核心是 EDA（ Electronic Design Automation）技術(shù)。再如基于模糊邏輯的智能交通燈控制系統(tǒng)，是從禁行車輛等待時間的角度出發(fā)，綜合了各個方向車輛密度的因素，模仿交通帶察的行為而設(shè)計(jì)的。如，基于時間分布的交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 它將一天分為 N 個不同的時間區(qū)間，應(yīng)用計(jì)算機(jī)算出各個交通路口各時間段信號燈的最佳周期，在不同的時間區(qū)間賦予交通信號控制器不同的周期，以對應(yīng)交通流量隨時間的分布[2]。國內(nèi)城市尤其是大城市引進(jìn)的交通控制系統(tǒng)大部分為進(jìn)口的 SCOOT 和 SCATS以及京三系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)皆是建立在機(jī)動車為主的道路交通條件基礎(chǔ)之上的被動型控制系統(tǒng)上的 .由 于我國交通流是混合交通流，和國外的交通流大不相同，因此，國外的這些交通控制系統(tǒng)在國內(nèi)的使用效果不盡人意。這些系統(tǒng)，大都是在各路口附近安裝磁性環(huán)路監(jiān)控器，由各路口的控制設(shè)備、人員將交通控制參數(shù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)輸入微處理器，用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中處理 [1]。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在國外，英國，澳大利亞，日本和美國等國家均在交通控制系統(tǒng)上日益完善。對交叉口實(shí)行科學(xué)的管理與控制是交通控制工程的重要研究課題，是保障交叉口的交通安全和充分發(fā)揮 交叉口的通行能力的重要措施，是解決城市交通問題的有效途徑。作為城市交通網(wǎng)的重要組成部分 , 交叉口是道路通行能力的瓶頸和交通阻塞及事故的多發(fā)地。 和諧的城市交通具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。日常的交通堵塞成為人們司空見慣而又不得不忍受的問題。 關(guān)鍵詞 ： 交通信號燈 VHDL 仿真 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） II ABSTRACT Most traditional traffic light control system implemented by a singlechip puter or PLC, this article describes the design of a traffic light system is based on EDA technology ideas and using digital methods of signal control intersection traffic signal state transition, mand vehicles and pedestrians safe passage, implementation of intersection traffic management automation. Design and implementation of traffic light controller with VHDL the system for structural analysis, using topdown hierarchical design method, gives a VHDL program modules, and applications using Quartus II simulation, have e to the corresponding simulation design with VHDL language, should be fully aware of the features of VHDL language, from the design, use statement, and description of the superior aspects of optimized circuit optimization design of circuits, programmable logic chip can use smaller, thus reducing system costs. Keywords: traffic light VHDL simulation 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） III 目 錄 一 前言 ?????????????????????????? 1 研究背景 ???????????????????????? 1 研究目的 ???????????????????????? 1 二 EDA 技術(shù)與 VHDL 語言 ????????????????? 3 EDA 技術(shù)及其發(fā)展 ???????????????????? 3 EDA 與傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)方法的比較及優(yōu)點(diǎn) ????????? 4 VHDL 系統(tǒng)概述 ?????????????????????? 5 三 交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ????????????? ?????? 7 紅綠燈交通信號系統(tǒng)功能描述 ?????????????? 7 系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì) ???????????????????? 8 時鐘脈沖發(fā)生電路 ?????????????????? 8 計(jì)數(shù)秒數(shù)選擇電路 ?????????????????? 9 倒計(jì)時控制電路 ??????????????????? 10 紅綠燈信號控制電路 ??????????????? ?? 11 交通燈系統(tǒng)描述 ??????????????????? 12 四 總結(jié) ?????????????????????????? 15 參考文獻(xiàn) ?????????????????????????? 16 附錄 ???????????????????????????? 17 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1 一 前言 研究背景 自從 1858 年英國人發(fā)明了原始的機(jī)械扳手交通燈之后，隨后的一百多年里，交通燈改變了交通路況，也在人們?nèi)粘Ｉ钪姓紦?jù)了重要地位，隨著人們社會活動日益增加，經(jīng)濟(jì)發(fā) 展，汽車數(shù)量急劇增加，城市道路日漸擁擠，交通燈更加顯示出了它的功能，使得交通得到有效管制，對于交通疏導(dǎo)，提高道路導(dǎo)通能力，減少交通事故起到了顯著的效果。 在用 VHDL 語言進(jìn)行電路 設(shè)計(jì)時 ,應(yīng)充分認(rèn)識到 VHDL 語言的特點(diǎn) ,從設(shè)計(jì)思想、語句運(yùn)用及描述方法上等多方面對電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)利用 VHDL 語言來實(shí)現(xiàn)交通燈控制器。2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題目 ： 基于 VHDL的交通燈信號控制器設(shè)計(jì) 系 部 電子信息工程學(xué)院 學(xué)科門類 工學(xué) 專 業(yè) 電子信息工程 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 2020 年 5 月 22 日 裝 訂 線 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） I 基于 VHDL 的交通燈信號控制器的設(shè)計(jì) 摘 要 傳統(tǒng)的交通燈控制 系統(tǒng) 多數(shù)由單片機(jī)或 PLC 實(shí)現(xiàn) ， 本文介紹 的是 基于 EDA 技術(shù)設(shè)計(jì)交通燈 系統(tǒng) 的一種 思路和方法。通過用數(shù)字信號自動控制十字路口交通燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方法，指揮車輛和行人安全通行，實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動化。 通過對系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析 ， 采用 自頂向下的 層次化設(shè)計(jì)方法 ， 給出了 各個模塊 的 VHDL 程序 ，并且 利用 QuartusⅡ 對 應(yīng)用 程序進(jìn)行了仿真 ，得 出了 相應(yīng)的 仿真結(jié)果 。通過電路優(yōu)化設(shè)計(jì) ,可以使用規(guī)模更小的可編程邏輯芯片 ,從而降低系統(tǒng)成本。 近年來，隨著汽車數(shù)量的猛增，我國大中型城市的城市交通，正面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)，從而導(dǎo)致交通問題日益嚴(yán)重，其主要表現(xiàn)如下：交通事故頻發(fā)，對人類生命安全造成極大威脅；交通擁堵嚴(yán)重，導(dǎo)致出行時間增加，能源消耗加大；空氣污染和噪聲污染程度日益加深等。在這種背景下，結(jié)合我國城市道路交通的實(shí)際情況，開發(fā)出真 正適合我們自身特點(diǎn)的智能信號燈控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前的主要任務(wù)。城市交通是城市經(jīng)濟(jì)生活的命脈，是衡量一個城市文明進(jìn)步的標(biāo)志，對于城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高起著十分重要的作用。城市的交通擁堵，大部分是由于交叉口的通行能力不足或沒有充分利用造成的，這導(dǎo)致車流中斷、事故增多、延誤嚴(yán)重。所以，改變和完善我國現(xiàn)有的交通系統(tǒng)已成為當(dāng)務(wù)之急。如以澳大利亞悉尼為背景開發(fā)的交通自適應(yīng)協(xié)調(diào)系統(tǒng) SCATS (Sydney Coordinated Adaptive Traffic System)，英國的運(yùn)輸和道路研究所（ TRRL）研制的 SCOOT（ Split Cycle Offset Optimization Technique )系統(tǒng)，日本的京三 （ Kyosan）系統(tǒng)等。 目前國內(nèi)己有一些自主開發(fā)的城市交通控制系統(tǒng)，如公安部交通科學(xué)研究所研制開發(fā)的 HTUTCS 系統(tǒng)，但它在整體性能上比國外同類系統(tǒng)仍有較大差距，只在一些中小城市得到一些應(yīng)用。所以國內(nèi)的科研人員也在孜孜不倦的研究著更好的交通燈控制系統(tǒng)，大致研究可以分為兩類，其一是按固定配時方案運(yùn)行，其二是由車輛檢測器提供的實(shí)時交通信息控制信號機(jī)運(yùn)行的。但在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，這種固定周期的交通信號燈的周期 只在一天交通流量變化不大的路口可以得到較理想的效果，而交通流量呈周期變化的路口則無法兩者兼顧，其只能使某個時段達(dá)到較好的效果，在另外一個時刻則需要人工干預(yù)，不然可能產(chǎn)生交通堵塞。其控制器采用三變量輸入，輸出不再是時間變量，而是車輛通行的權(quán)限 [3]。 EDA 技術(shù)就是依賴功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，在 EDA 工具軟件平臺上，對以硬件描述語言 HDL（ Hardware Description Language）為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計(jì)文件，它能自動地完成邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合、結(jié)構(gòu)綜合（布局布線），以及邏輯優(yōu)化和仿真測試，直至實(shí)現(xiàn)既定的電子線路系統(tǒng)功能。 EDA 技術(shù)在進(jìn)入 21 世紀(jì)后，得到了更大的發(fā)展。 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在涉及通信、國防、航天、醫(yī)學(xué)、工業(yè)自動化、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、儀器儀表等領(lǐng)域的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中， EDA 技術(shù)的含量正以驚人的速度上升 。即使是普通的電子產(chǎn)品的開發(fā)， EDA 技術(shù)常常使一些原來的技術(shù)瓶頸得以輕松突破，從而使產(chǎn)品的開發(fā)周期 大為縮短、性能價格比大幅提高 [2]。 EDA( Electronic Design Automation，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動化 )技術(shù)是 20 世紀(jì) 90 年代初從 CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) )、 CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造 ),CAT(計(jì)算機(jī)輔助測試 )和 CAE(計(jì)算機(jī)輔助工程 )的概念發(fā)展而來的。設(shè)計(jì)者的工作僅限于利用軟件的方式來完成對系統(tǒng)硬件功能的描述，在 EDA 工具的幫助下和應(yīng)用相應(yīng)的 FPGA/CPLD器件，就可以得到最后的設(shè)計(jì)結(jié)果?？梢? ， 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 。 (4)設(shè)計(jì)過程中可用有關(guān)軟件進(jìn)行各種仿真 。 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 (2)硬件描述語言 。 (4)實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)。 PLD( Prammable Logic Device，可編程邏輯器件 )是一種由用戶編程以實(shí)現(xiàn)某種邏輯功能的新型邏輯器件。 PLD 如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過傳統(tǒng)的原理圖輸入法，或是硬件描述 語言自由的設(shè)計(jì)一個數(shù)字系統(tǒng)，通過軟件仿真，我們可以事先驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。使用 PLD 來開發(fā)數(shù)字電路，可以大大縮短設(shè)計(jì)時間，減少 PCB 面積，提高系統(tǒng)的可靠性。 硬件描述語言 (HDL)是相對于一般的計(jì)算機(jī)軟件語言如 C、 Pascal 而言的。 HDL具有與具體硬件電路無關(guān)和與設(shè)計(jì)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(jì)方面，表現(xiàn)了強(qiáng)大的生命力和應(yīng)用潛力。 EDA 與傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)方法的比較及優(yōu)點(diǎn) 與傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)方法相比， EDA 技術(shù)對于復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)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)。從某種意義上來說，EDA 教學(xué)科研情況如何，代表著一個學(xué)校電類專業(yè)教學(xué)及科研水平的高低，而 EDA 教學(xué)科研工作開展起來后，還會對微電子類、計(jì)算機(jī)類學(xué)科產(chǎn)生積極的影響，從而帶動各高校相應(yīng)學(xué)科的同步發(fā)展 [10]。設(shè)計(jì)過程中可用有關(guān)軟件進(jìn)行各種仿真 。整個系統(tǒng)可集成在一個芯片上等特點(diǎn)，使其將廣泛應(yīng)用于專用集成電路和機(jī)械、電子、通信、航空航天