【正文】 工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏（柜）的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。由于用軟件編程取代了硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，縮短了施工周期。 7對(duì)生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)，可進(jìn)行柔性生產(chǎn)； PLC 的應(yīng)用 在自動(dòng)化控制領(lǐng)域， PLC 是一種重要的控制設(shè)備。其應(yīng)用類型大致分為以下幾種： 1開關(guān)量 順序、邏輯控制 基于 PLC 與 EDA 的交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì) 4 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。 2 模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。 PLC 廠家都生產(chǎn)配套的 A/D和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。世界上各主要PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， PLC 能編制各種各樣的控 制算法程序，完成閉環(huán)控制。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC也具有此功能模塊。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈?打印制表。 6 通信及聯(lián)網(wǎng) 基于 PLC 與 EDA 的交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì) 5 PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 20 世紀(jì) 90 年代，國際上電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)較先進(jìn)的國家，一直在積極探索新的電子電路設(shè)計(jì)方法，并在設(shè)計(jì)方法、工具等方面進(jìn)行了徹底的變革，取得了巨大成功。這些器件可以通過軟件編程而對(duì)其硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，從而使得硬件的設(shè)計(jì)可以如同軟件設(shè)計(jì)那樣方便快捷。 EDA 技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在 EDA軟件平臺(tái)上，用硬件描述語言HDL 完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對(duì)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。 利用 EDA 工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出 IC 版圖或 PCB版圖的整個(gè)過程的計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成。包括在機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，都有 EDA的應(yīng)用。例如在飛機(jī)制造過程中，從設(shè)計(jì)、性能測(cè)試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到 EDA 技術(shù)。因此， EDA 技術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。 自上而下是指將數(shù)字系統(tǒng)的整體逐步分解為各個(gè)子系統(tǒng)和模塊，若子系統(tǒng)規(guī)模較大，則還需將子系統(tǒng)進(jìn)一步分解為更小的子系統(tǒng)和?？?，層層分解，直至整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)關(guān)系合理，并便于邏輯電路級(jí)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)為止。 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是采用自下而上（ Bottom－ Up）的設(shè)計(jì)方法。 （ 3）描述方式不同： 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法采用電路圖為主； EDA 設(shè)計(jì)方法以硬件描述語言（ HDL__ Hard description Language)為主。 EDA 的應(yīng)用 技術(shù)將廣泛應(yīng)用于高校電類專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)工作中 技術(shù)將廣泛應(yīng)用于科研工作和新產(chǎn)品的開發(fā)中 技術(shù)將廣泛應(yīng)用于專用集成電路的開發(fā) 技術(shù)將廣泛應(yīng)用與傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備的升級(jí)換代和技術(shù)改 。 控制時(shí)序 本文選用三菱系列的 FX2N64，其輸入端接收來自各個(gè)路口 的車輛探測(cè)器測(cè)得的輸出標(biāo)準(zhǔn)電脈沖，輸出接十字路口的紅綠信號(hào)交通燈。 FX2N 系列擁有無以匹及的速度、高級(jí)的功能、邏輯選件以及定位控制等特點(diǎn)， FX2N 是從 16到 256 路輸入 /輸出的多種應(yīng)用的選擇方案。安裝簡(jiǎn)單，維修方便。 FX2N 通過儲(chǔ)存的程序周期運(yùn)轉(zhuǎn) 。工作時(shí)序如圖 22所示， 當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)合上后，東西綠燈亮 20s 后閃爍 3s滅，黃燈亮 2s滅；紅燈亮 25s，綠燈亮??循環(huán)；對(duì)應(yīng)東西綠黃燈亮?xí)r南北紅燈亮 20s，接著綠燈亮 20s后閃爍 3秒；黃燈亮 2s后，紅燈又亮??循環(huán) 基于 PLC 與 EDA 的交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì) 8 圖 21 交通燈示意圖 圖 22 交通燈工作時(shí)序 硬件及外圍元器件 根據(jù)信號(hào)燈的控制要求，所有的器件有：三菱 FX系列 PLC、起動(dòng)按鈕 SB停止按鈕 SB紅黃綠色信號(hào)燈各 4只，輸入／輸出端口接線如圖 3所示。將輸出端的COM1 及 COM2 用導(dǎo)線相連，輸出端的電源為交流 220V。 圖 23 PLC外部接線圖 正常時(shí)序控制梯型圖和指令表 基于 PLC 與 EDA 的交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì) 10 基于 PLC 與 EDA 的交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì) 11 基于 PLC 與 EDA 的交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì) 12 圖 24 正常時(shí)序控制梯型圖 基于 PLC 與 EDA 的交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì) 13 I/O 指令表 LD 00000 AND NOT TIM005 TIM000 0050 TIM001 0080 TIM002 0100 TIM003 0150 TIM004 0180 TIM005 0200 LD 00000 AND NOT TIM002 OUT 01003 LD NOT TIM000 AND 00000 LD TIM000 AND 25502 AND NOT TIM001 OR LD OUT 01001 LD TIM001 AND NOT TIM002 OUT 01002 LD TIM002 AND NOT TIM005 OUT 01000 LD TIM002 AND NOT TIM003 LD TIM003 AND 25502 AND NOT TIM004 OR LD OUT 01004 LD TIM004 AND NOT TIM005 OUT 01005 END 基于 PLC 與 EDA 的交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì) 14 第 三 章 利用 EDA 技術(shù)實(shí)現(xiàn) 交通信號(hào)燈控制 交通系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 交通系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢(shì)就是要提高通行能力，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，開展智能化運(yùn)輸和環(huán)保專項(xiàng)技術(shù)的研究，并且要做到以人為本，重點(diǎn)開展交通安全技術(shù)的研究，在這個(gè)過程中要確定經(jīng)濟(jì)合理的目標(biāo)，促進(jìn)新材料的廣泛應(yīng)用和開發(fā) 。 VHDL 的英文全稱是 VHSIC（ Very High Speed Integrated Circuit） Hardware Description Language。 其次，這次設(shè)計(jì)選用 VHDL 硬件描述語言的優(yōu)勢(shì)就在于傳統(tǒng)的用原理圖設(shè)計(jì)電路的方法具有直觀形象的優(yōu)點(diǎn)，但如果所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的規(guī)模比較大，或者設(shè)計(jì)軟件不能提供設(shè)計(jì)者所需的庫單元時(shí)，這種方法就顯得很受限制了。利用硬件描述語言來設(shè)計(jì)電路，使探測(cè)各種設(shè)計(jì)方案變成一件很容易的事，因?yàn)橹恍枰獙?duì)描述語言進(jìn)行修改，這比更改電路原理圖要容易實(shí)現(xiàn)得多 紅綠燈交通信號(hào)系統(tǒng)功能描 述 在交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)中，外部硬件電路方面主要包括：兩組紅綠燈、兩組LED 顯示器（見圖 1）。這樣可以增加程序的調(diào)試速度，同時(shí)也能夠?qū)⒐ぷ骷?xì)分，以提高編程速度。 基于 PLC 與 EDA 的交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì) 15 紅綠燈交通信號(hào)系統(tǒng)的 VHDL 模塊 時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路 在紅 綠燈交通信號(hào)系統(tǒng)中，大多數(shù)的情況是通過自動(dòng)控制的方式指揮交通的。因此， hld1 時(shí)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(hào)，并將其用做后面幾個(gè)電路的使能控制與同步信號(hào)。因此 ,hld2 計(jì)數(shù)秒數(shù)選擇電路 (見圖 7)最主 要的功能 就是負(fù)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(jì)時(shí)顯示器電路的計(jì)數(shù)秒數(shù) 。 load： 負(fù)責(zé)產(chǎn)生計(jì)數(shù)器所需要的計(jì)數(shù)數(shù)值。 architecture bhv of hld2 is constant redew_time:integer:=15。 constant yellowew_time:integer:=5。 constant greenew_time:integer:=25。 constant redsn_time:integer:=15。 constant yellowsn_time:integer:=5。 constant greensn_time:integer:=25。 begin process(reset,clk) begin if reset=39。 then load=00000000。event and clk=39。) then 基于 PLC 與 EDA 的交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì) 17 if (ena_scan=39。 and recount=39。) then case sign_state is load=conv_std_logic_vector(greensn_time,8)。 when 001=load=conv_std_logic_vector(yellowsn_time,8)。 when 010=load=conv_std_logic_vector(redsn_time,8)。 when 011=load=conv_std_logic_vector(redew_time,8)。 when 100=load=conv_std_logic_vector(yellowew_time,8)。 when 101=load=conv_std_logic_vector(greenew_time,8)。 when others=load=conv_std_logic_vector(yellowsn_time,8)。 當(dāng)外部信號(hào)發(fā)生器提供了 1kHZ 的時(shí)鐘信號(hào)，并且重新計(jì)數(shù)信號(hào) (recount)為“ 1”時(shí) ,load 信號(hào)就會(huì)按照預(yù)先設(shè)置的數(shù)值逐 1 遞減 ,直至減到零為止 ,當(dāng)下一個(gè)重新計(jì)數(shù)信號(hào) (recount)再次為“ 1”時(shí)，會(huì)重復(fù)此過程。例如程序中：when 000=load=conv_std_logic_vector(greenew_time,8)。 倒計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)顯示器，它們的作用就是用來提示車輛行人目前還有多長(zhǎng)時(shí)間信號(hào)燈會(huì)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(shí)間通過路口，進(jìn)而就可以避免很多意外事故的發(fā)生。如此循環(huán)下去，道路就會(huì)暢通無阻了。因此，如果采用發(fā)光二極管作為倒計(jì)時(shí)的顯示裝置就會(huì)使司機(jī)和行人一目了然，同樣也能夠起到很好的提示作用。 系統(tǒng)輸入信號(hào)： clk：由外部信號(hào)發(fā)生器提供 1kHz 的時(shí)鐘信號(hào)； reset：系統(tǒng)內(nèi)部自復(fù)位信號(hào)； ena_1hz：接收由時(shí)鐘發(fā)生電路提供的 1Hz 的脈沖信號(hào)； 圖 33 脈沖信號(hào) recount： 重新計(jì)數(shù)的使能控制信號(hào)； 基于 PLC 與 EDA 的交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì) 19 load： 負(fù)責(zé)接收計(jì)數(shù)器所需要的計(jì)數(shù)數(shù)值。 經(jīng)仿真后得到的時(shí)序圖 (見圖 34)： 圖 34 倒計(jì)時(shí)控制電路時(shí)序圖 由倒計(jì)時(shí)控制電路的時(shí)序圖 (見圖 34)可以看出，當(dāng) clk 時(shí)鐘信號(hào)來臨后，在 ena_1hz 脈沖信號(hào)的同時(shí)激勵(lì)下， led 會(huì)按照預(yù)先設(shè)置好的時(shí)間開始逐 1 遞減，進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示。139。 led=0000000000000000000000000。 elsif (clk39。139。139。139。當(dāng) reset=0,clk 為上升沿觸發(fā)，且 ena_1hz與recount 為 1 時(shí)， load 將減 1的數(shù)值賦給 t_ff。 當(dāng) reset=0,clk 為上升沿觸發(fā)，且基于 PLC 與 EDA 的交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì) 20 ena_1hz 為 1 時(shí)， recount 為 0時(shí)， t_ff 減 1。 end if。 when 1=led(24 downto 0)=1100000000000000000000000。 when 3=led(24 downto 0)=1111000000000000000000000。 when 24=led(24 downto 0)=1111111111111111111111111。 end case。在程序編寫過程中運(yùn)用到了 conv_integer()語句，它可以將 t_ff 所賦的值轉(zhuǎn)換成整數(shù)。 紅綠燈信號(hào)控制電路 在紅綠 燈交通信號(hào)系統(tǒng)中，大多數(shù)的情況是通過自動(dòng)控制的方式指揮交通。因此， hld4 紅綠燈信號(hào)控制電路 (見圖 11)除了負(fù)責(zé)監(jiān)控路口紅綠燈之外