基于EDA的交通燈控制系統 (圖)

引言
---eda技術(shù)是用于電子產(chǎn)品設計中比較先進(jìn)的技術(shù)，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(fā)周期，又大大節約了成本，受到了電子工程師的青睞。
---實(shí)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(lái)實(shí)現。但是這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(shù)，應用目前廣泛應用的vhdl硬件電路描述語(yǔ)言，實(shí)現交通燈系統控制器的設計，利用maxplusⅱ集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)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?？刂破魇拐麄€(gè)系統按設定的工作方式交替指揮車(chē)輛及行人的通行，并接收受控部分的反饋信號，決定其狀態(tài)轉換方向及輸出信號，控制整個(gè)系統的工作過(guò)程。
---按照路口交通運行的實(shí)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(diǎn)亮。設置15s的通行時(shí)間和5s轉換時(shí)間的變模定時(shí)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(lái)決定計數到4時(shí)清零還是到14時(shí)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(shí)間的四位二進(jìn)制數。圖1是該系統控制器的符號框圖。

---控制器的程序設計
● 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(tài)的轉換過(guò)程及持續時(shí)間。

● 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(yǔ)言對各個(gè)模塊進(jìn)行編程，最后形成頂層文件，在max+plusⅱ環(huán)境下進(jìn)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(jìn)行修改，直到完全通過(guò)為止。需要說(shuō)明的是，在進(jìn)行程序編譯時(shí)，要先從底層程序開(kāi)始，所有底層程序都正確后，才能開(kāi)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(gè)模塊連接起來(lái)，就相當于把每個(gè)模塊的功能匯聚到一起，實(shí)現整個(gè)系統的控制功能，所以底層程序的正確與否，關(guān)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(shí)，有兩種程序設計方法均可以通過(guò)編譯及仿真，但在進(jìn)行時(shí)序分析時(shí)結果卻不同。
(1)如果這樣定義：
...
architecture con1_arc of con1 is
signal current_state:state;
begin
...
在進(jìn)行程序調試時(shí)，均通過(guò)了編譯及仿真，但在進(jìn)行時(shí)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(jīng)過(guò)反復修改調試，對程序進(jìn)行了修改，如(2)所定義的。
(2)
architecyture con1_arc of con1 is
signal current_state:state;
signal temp_state:state；
...
temp state<=current_state;
begin
...
---在這種設計方法中，多定義了一個(gè)信號變量，從而使得程序能按設定的狀態(tài)14，13，12...進(jìn)行轉換。通過(guò)這個(gè)實(shí)例，可以看出eda技術(shù)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(wèn)題所在并進(jìn)行修改，體現了它的優(yōu)越性。

硬件電路實(shí)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(gè)cpld芯片，2個(gè)七段led數碼顯示器，20個(gè)分別表示各個(gè)方向上的紅、黃、綠燈，以及相應的限流電阻。這個(gè)電路與其他控制方法相比，所用器件可以說(shuō)是比較簡(jiǎn)單經(jīng)濟的。經(jīng)過(guò)實(shí)驗，實(shí)現了預定的交通燈系統的控制功能。

結束語(yǔ)
---本文介紹了采用eda進(jìn)行交通燈系統控制器的設計實(shí)例。通過(guò)本設計可以看到，隨著(zhù)eda技術(shù)的發(fā)展，在今后的電子產(chǎn)品的研發(fā)中，eda技術(shù)具有更好的開(kāi)發(fā)手段和性?xún)r(jià)比，具有廣泛的市場(chǎng)應用前景。

參考文獻
1 孟貴胥,王兢.數字電子技術(shù).大連理工大學(xué)出版社
2 張霞.vhdl在現代eda中的應用.現代電子技術(shù).2001.5
3 余華,岳秋琴.電子設計自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展及在現代數字電子系統設計中的應用.現代電子技術(shù).2001.5
4 夏宇聞.復雜數字電路與系統的verilog-hdl設計技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社. 1998
5 “as eda tool complexity grows, so do users education needs”. electronic design.vol49
6 “harness the power of vhdl for pld design”. electronic design.no.19-26.1994