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1、基于基于 VHDLVHDL 交通灯控制电路设计交通灯控制电路设计Pride【kwg】（ 电信工程系 电子信息工程专业,2007 级 4）指导教师： 摘要传统的交通灯控制系统多数由单片机或 PLC 实现，本文介绍的是基于 EDA 技术设计交通灯系统的一种方案。通过对系统进行结构分析，采用了层次化的设计方法，给出了各个模块的 VHDL 程序，利用 Max+Plus对应用程序进行了仿真，并给出了相应的仿真结果。在用系统硬件描述语言进行电路设计时，应充分认识到 VHDL 语言的特点，从设计思想、语句运用及描述方法上等多方面对电路进行优化设计，并使用规模更小的可编程逻辑芯片，可以降低系统的成本。关键词交
2、通信号灯; 系统硬件描述语言; 仿真Design of traffic lights control circuit based on VHDLKang WeiGang(Grade 07,Class 4,Major electronics and information engineering，Electronics and information engineering Dept.，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，Shaanxi)Tutor: He WeiAbstract:Traditional traffic light c
3、ontrol system is mostly achieved by a single chip or PLC,this paper introducts a scheme of the design of traffic signal systems based on EDA technology. Each module is given VHDL program by ananlyzing the structure of the system and using a hierarchical design method,and it applies Max+Plus on the s
4、imulation of applications,and the corresponding simulation results are gained. When design the circuit with VHDL, we should be fully aware of the characteristics of VHDL language and optimize the circuit design from the design, the use of statements and methodsof description,etc.Through optimizing c
5、ircuit design,we can use smaller programmable logic chip,thereby reducing system cost.Key words：traffic light ; VHDL ;simulation目录引言.11 概述.21.1 交通灯的背景.21.2 交通灯的研究目的.32 EDA 技术的介绍 .42.1 EDA 技术 .42.1.1 EDA 技术的发展. .42.1.2 EDA 技术与传统电子设计方法的比较. .42.2 VHDL.52.3 MAX+PLUS.62.4 CPLD.73 交通灯控制系统工作原理.83.1 设计方案及论证
6、.83.2 具体设计及模块划分.93.3 工作原理.103.4 交通灯工作示意图.94 系统设计 .114.1 顶层电路设计.114.2 交通灯主要控制模块. .114.3 定时单元以及显示控制、译码电路 .34.4 各模块及整体仿真结果. 35 硬件验证 .18总结 .19致谢 .20参考文献 .21附录 A 英文文献 .22附录 B 各模块源程序 .29附录 C 硬件实物图 .38引言城市交通是城市活动的重要组成部分，犹如人体的动脉，维系着整个城市的正常运转。随着人口的增多、科技的进步和城市规模的扩大，交通方式由原来简单的车马舟船，演变为现在的火车、汽车、地铁、飞机等各种综合型的运输方式。
7、交通作为现代城市的重要体现和标志，见证着每一个城市的历史与文明、发展与兴衰。随着城市经济的飞速发展、城市化进程的加快，大量的人口涌入城市，造成市区人口稠密，社会经济发展、城市化和机动化进程的加快，使许多中心城市的交通在飞速发展的同时也对交通设施的建设提出了更高的要求。以前普通的交通控制器能根据事先给定的时间进行通道的通禁控制，以达到自动控制的目的，但由于如今车辆的迅速增多，给城市交通增加了严重的负担，而交通灯在其中正扮演着越来越重要的角色。因此，要求寻找一种可以随时针对通道上车辆的密集程度来控制和调节主支干道的通禁时间，从而减少不合理的堵车现象的发生。目前 EDA 技术发展迅速，是由于 EDA
8、 技术主要是依靠功能强大的电子计算机，在 EDA 工具软件平台上，对以硬件描述语 HDL(Hardware DescriptionLanguage)为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编辑、化简、分割、综合、优化和仿真、直至下载到可编程逻辑器件CPLD/FPGA 或专用集成电路 ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)芯片中，实现既定的电子电路设计功能1。EDA 技术使得电子电路设计者的工作仅限于利用硬件描述语言和 EDA 软件平台来完成对系统硬件功能的实现，极大地提高了设计效率，缩短了设计周期，节省了设计成本2。实现路口交通灯系统的
9、控制方法很多，可以用标准逻辑器件，可编程控制器 PLC,单片机等方案来实现。但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了功能修改及系统调试的困难。因此，在设计中采用 EDA 技术，应用目前广泛应用的 VHDL 硬件电路描述语言，实现交通灯系统控制器的设计，利用 MAX+PLUS集成开发环境进行综合、仿真,并下载到 CPLD 复杂可编程逻辑器件中，完成系统的控制作用。1 概述1.11.1 交通灯的背景交通灯的背景早在 1850 年，城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。世界上第一台交通自动信号灯的诞生，拉开了城市交通控制的序幕，1868 年，英国工
10、程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯，用来控制交叉路口马车的通行，但一次煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。1914 年及稍晚一些时候，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯，它们采用电力驱动，与现在意义上的信号灯已经相差无几。1926 年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯，这是城市交通自动控制的起点。早期的交通信号灯使用“固定配时”方式实行自动控制，这种方式对于早期交通流量不大的情况曾起过一定的作用。但随着汽车工业的发展、交通流量增加、随机变化增强，采用以往那种单一模式的“固定配时”方式已不能满足客观需要，于是一种多
11、时段多方案的信号控制器开始出现并逐步取代了传统的只有一种控制方案的控制器。除了多时段多方案定时控制的使用，为了避免各交叉路口之间“各自为政”的孤立控制方式对交通流造成的频繁停车，还必须把相邻的交叉路口作为一个系统来统一地加以控制。1928 年，上述系统经过改进，形成“灵活步进式”定时系统；由于它简单、可靠、价格便宜，很快在美国推广普及。这种系统以后不断改进、完善，成为当今的协调控制系统。20 世纪 30 年代初，美国最早开始用车辆感应式信号控制器，之后是英国，当时使用的车辆检测器是气动橡皮管检测器。车辆感应控制器的特点是它能根据检测器测量的交通流量来调整绿灯时间的长短，使绿灯时间更有效地被利用
12、，减少车辆在交叉口的时间延误，比定时控制方式有更大的灵活性。车辆感应控制的这一特点刺激了车辆检测器技术的发展。继气动橡皮管式检测器之后，雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外以及环形线圈等检测器相继问世。当今在城市道路交通自动控制、交通监测和交通数据采集系统中，应用最广的是环形线圈车辆检测器。超声波检测器主要在日本等少数国家得到广泛应用。计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力，1952 年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制，而加拿大多伦多市于 1964 年完成了计算机控制信号灯的实用化，建立了一套由 IBM65
13、0 型计算机控制的交通信号协调控制系统，成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。这是道路交通控制技术发展的里程碑。伴随着城市交通信号控制系统的迅速发展。人们认识到，要更好地提高城市管理水平，不仅仅依靠硬件设备的更新和改进，还必须同时在控制逻辑和方法上有所突破，即城市交通的区域协调控制。传统的城市道路交通控制指的是区域交叉口信号灯控制，而城市交通的区域协调控制，是在整个城市范围内对交通进行控制，这无论是从理论角度还是实践角度，都是一个极其复杂的大系统控制问题。国外对城市区域交通控制的研究，开始于 20 世纪 60 年代初。1967 年，英国运输与道路实验室(TRRL)成功开发出 TRANsYT(TraffioNetworkStudyTools)
