基于VHDL状态机设计的智能交通控制灯

2007-03-14 13:39:02来源: 国外电子元器件
1 设计方案

十字路口设计两组交通灯分别控制东西和南北两个方向的交通。如图1所示,当东西方向的红灯亮时,南北方向对应绿灯亮,过渡阶段黄灯亮,即东西方向红灯亮的时间等于南北方向绿灯和黄灯亮的时间之和。交通灯维持变亮的时间取决于键盘输入的控制键值。同理,当南北方向的红灯变亮时,东西方向的交通灯也遵循此逻辑。总体上由状态机实现控制,本设计中使用两个状态机分别控制东西和南北两个方向的交通。每个状态机中都设有4个状态,分别对应红灯亮、绿灯亮、黄灯亮和出现紧急状况时两个方向上的红灯同时变亮,停止倒计时的同时数码管上出现闪烁。路口的繁忙程度是不一样的,白天时的交通比较繁忙,因此,红绿灯要变化快一些以便提高通过效率,减少拥堵时间;相反,夜晚交通稀疏,就需要红绿灯变化慢一些。因此,加入键盘控制程序来控制交通维持变亮状态的持续时间。

2 总体设计结构框图

总体设计结构框图如图2所示,共有11个功能模块,包括控制东西方向交通灯的状态机和控制南北方向交通灯的状态机、计数器模块、键盘扫描模块、数字合成模块、三个分位模块、数码管显示模块、动态显示扫描模块。

用VHDL语言对各个模块进行编程,最后形成顶层文件,在MAX+PLUSⅡ环境下进行编译与仿真,检查所编程序是否运行正确。如果出现错误,需要进行修改,直到完全通过为止。需要说明的是,在进行程序编译时,要先从底层程序开始,所有底层程序都正确后,才能开始顶层程序的编译。这是因为顶层程序是对底层程序的概括,它是把底层程序各个模块连接起来,相当于把每个模块的功能汇聚到一起,实现整个系统的控制功能,所以底层程序的正确与否关系到顶层程序的运行结果。VHDL语言编程生成的结构框图如图3所示。

3 VHDL程序设计

3.1 状态机1(东西方向)程序关键代码

用两个状态机分别控制东西方向和南北方向上的交通。从键盘获得红、绿、黄灯的总时间,红灯时间占1/2,绿灯时间占3/8,黄灯时间占1/8。红灯状态为S0,绿灯状态为S1,黄灯状态为S2,紧急状态为S3。当计数器时间为0时,由红灯状态跳转到绿灯状态,当计数器时间到达3/8时,由绿灯状态跳转到黄灯状态。当到达一半时间时,由黄灯状态跳转到红灯状态。当hold为1时,由任意状态跳转到紧急状态。

3.2 计数器源程序代码

3.3 分位程序源代码

4 仿真结果

东西方向和南北方向状态机仿真结果如图4、5所示,从图4可以看出,getin是从键盘获得的键值,这里输入的是40 s,初始状态为S0状态.红灯亮。从S0状态跳转到S1状态即由红灯状态跳转到绿灯状态时,数码管显示的倒计时从15 s开始;当由S1状态跳转到S2状态即由绿灯状态跳转到黄灯状态时,GREENA由高电平变为低电平,YELLOWA由低电平变为高电平。倒计时时间从5s开始。南北方向仿真图与东西方向类似,这里不再赘述。

计数器从键盘上得到的键值为40 s,从仿真图(图6所示)上可以看出,计数器能正常计数。

从仿真结果可以看出,计数器能够正常计数,状态机状态能够正确状态变换。东西方向初始状态为绿灯,从15开始倒计时,南北方向初始状态为红灯,从20开始倒计时。

该系统硬件电路包含了1个CPLD,6个7段LED数码显示器,分别表示各个方向上的红、黄、绿灯,以及相应的限流电阻。与其他控制方法相比,所用器件可以说是比较简单经济的。经过实验,实现了预定的交通灯系统的控制功能。数码显示器采用动态扫描方式,大大节约了资源。

5 结束语

该交通灯控制逻辑可以实现3种颜色灯的交替点亮以及时间的倒计时,指挥车辆和行人安全通行。本文介绍的是一种最基本和简单的交通灯设计情况,并且提供了一些模块的源程序代码。在此基础上能够举一反三,从而用VHDL语言实现其它交通灯的控制设计。

随着EDA技术的发展,在今后的电子产品研究开发中,EDA技术具有更好的开发手段和性价比,拥有广泛的市场应用前景。

关键字:程序  计数  模块  数码

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/ledanddisplay/200703/12678.html
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