基于EDA的交通燈控制系統

作者：大連大學信息工程學院孫芹芝張瑾蘇曉鷺信息來源:今日電子 2006-6-29

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引言EDA技術是用于電子產品設計中比較先進的技術，可以代替設計者完成電子系統設計中的大部分工作，而且可以直接從程序中修改錯誤及系統功能而不需要硬件電路的支持，既縮短了研發周期，又大大節約了成本，受到了電子工程師的青睞。實現路口交通燈系統的控制方法很多，可以用標準邏輯器件、可編程序控制器PLC、單片機等方案...

引言
EDA技術

用于電子產品設計中比較先進的技術，可以代替設計者完成電子系統設計中的大部分工作，而且可以直接從程序中修改錯誤及系統功能而不需要硬件電路的支持，既縮短了研發周期，又大大節約了成本，受到了電子工程師的青睞。

實現路口交通燈系統的控制方法很多，可以用標準邏輯器件、可編程序控制器PLC、單片機等方案來實現。但是

些控制方法的功能修改及調試都需要硬件電路的支持，在一定程度上增加了功能修改及系統調試的困難。因此，在設計中采用EDA技術，應用目前廣泛應用的VHDL硬件電路描述語言，實現交通燈系統控制器的設計，利用MAXPLUSⅡ集成開發環境進行綜合、仿真，并下載到CPLD可編程邏輯器件中，完成系統的控制作用。

交通燈系統控制器設計要求

路口交通燈控制系統與其他控制系統一樣，劃分為控制器和受控電路兩部分。控制器使整個系統按設定的工作方式交替指揮車輛及行

的通行，并接收受控部分的反饋信號，決定其狀態轉換方向及輸出信號，控制整個系統的工作過程。按照路口交通運行的實際情況，在本系統中，設定系統的工作情況如下。

路口交通燈控制系統的東西路有交通燈R(紅)、Y(黃)、G(綠)；東西人行安全通道燈：RXR(紅)、RXG(綠)。南北路有交通燈：r1(紅)、y1(黃)、g1(綠)；南北人行安全通道燈：rxr1(紅)、rxg1(綠)，所有燈均為高電平點亮。設置15s的通行時間和5s轉換時間的變模定時電路，由預置輸入整數cnt決定是模15還是模5，輸入邏輯cx是用來決定計數到4時清零還是到14時清零。Clk是外部提供的基準秒脈沖信號。x0、x1、x2、x3是由控制器輸出的表示計數時間的四位二進制數。圖1是該系統控制器的符號框圖。

圖1 系統控制器的符號框圖

控制器的ASM圖

根據系統設計要求，得到控制器的ASM圖，如圖2所示。在這里，所有輸入信號均為高電平有效。該ASM圖反映了交通燈系統的不同狀態的轉換過程及持續時間。

                                 圖2 控制器的ASM圖

控制器的VHDL程序設計

     根據所分析的系統的ASM圖，結合系統的設計要求，用VHDL語言對各個模塊進行編程，最后形成頂層文件，在MAX+PLUSⅡ環境下進行編譯與仿真，檢查所編程序是否運行正確。如果出現錯誤，需要進行修改，直到完全通過為止。需要說明的是，在進行程序編譯時，要先從底層程序開始，所有底層程序都正確后，才能開始頂層程序的編譯。這是因為頂層程序是對底層程序的概括，它是把底層程序各個模塊連接起來，就相當于把每個模塊的功能匯聚到一起，實現整個系統的控制功能，所以底層程序的正確與否，關系到頂層程序的運行結果。

     在控制器的程序設計中，在定義結構體時，有兩種程序設計方法均可以通過編譯及仿真，但在進行時序分析時結果卻不同。

(1)如果這樣定義：

   在進行程序調試時，均通過了編譯及仿真，但在進行時序分析中，卻出現了不按設定的計數順序工作的結果：14, 13, 2,1, 0...。經過反復修改調試，對程序進行了修改，如(2)所定義的。

(2)

   在這種設計方法中，多定義了一個信號變量，從而使得程序能按設定的狀態14，13，12...進行轉換。通過這個實例，可以看出EDA技術作為電子設計工具的功能修改及調試的方便快捷，即不需要硬件電路的支持就可以找到問題所在并進行修改，體現了它的優越性。

硬件電路實現

    根據交通燈系統的控制要求，圖3所示為本系統的硬件電路圖。該電路包含了1個CPLD芯片，2個七段LED數碼顯示器，20個分別表示各個方向上的紅、黃、綠燈，以及相應的限流電阻。這個電路與其他控制方法相比，所用器件可以說是比較簡單經濟的。經過實驗，實現了預定的交通燈系統的控制功能。