基于EDA技术设计交通灯系统

目 录

摘要 ....................................................... I Abstract .................................................. II 第1章 前言 ................................................ 1

1.1 研究目的和意义 ................................................ 1

1.2 国内外研究现状 ................................................ 1 1.3 研究内容和方法 ................................................ 1

第2章 EDA技术的介绍 ...................................... 3

2.1 EDA技术 ............................................................................................................................... 3 2.2 VHDL ..................................................................................................................................... 4

2.3 MAX+PLUSⅡ .................................................... 6 2.4 CPLD .......................................................... 7

第3章 交通灯控制系统方案验证 .............................. 9

3.1 交通系统的发展趋势 ............................................ 9 3.2 设计方案及论证 ............................................... 90 3.3 具体设计以及模块划分 ........................................ 112 3.4 工作原理 .................................................... 123 3.5 交通灯工作示意图 ............................................ 123

第4章 系统设计 .......................................... 145

4.1 顶层电路设计 ................................................ 145 4.2 CLK时钟秒脉冲发生电路 ...................................... 155 4.3 交通灯主控模块 .............................................. 166 4.4 定时单元以及显示控制、译码电路 ............................... 17 4.5 手动自动控制信号 ............................................. 23

第5章 仿真分析 .......................................... 245 第6章 总结与建议 ......................................... 28 致谢 ...................................................... 29 参考文献 ................................................. 290 附 录 ................................................... 301

大连海洋大学毕设论文（设计） Abstract

摘要

城市道路交通拥堵是现代城市迫切需要解决的问题，因而城市道路交通控制技术已成为当前控制领域和交通工程领域的研究热点和难点之一。本文介绍的是基于EDA技术设计交通灯系统的一种方案。它直接采用CPLD芯片开发，采用了层次化的设计方法，给出了各个模块的VHDL程序，利用了Max+PlusⅡ对应用程序进行了仿真，并给出了相应的仿真结果。本交通灯控制器用红、黄、绿灯分别表示停车、等待、行进，用蓝色灯表示左拐，同时用数码管指示当前状态（红、黄、绿灯）剩余时间。

关键字：交通灯控制器，EDA，CPLD，VHDL，Max+PlusⅡ

Abstract

The congestion of urban traffic has become all urgent social problem，Intelligent control technique for urban roadway traffic is an important topic in control domain and traffic engineering domain. This paper introduces a scheme of the design of traffic signal systems based on EDA technology. It directly uses CPLD chip development, using a hierarchical design method, gives each module VHDL procedures, using the Max+Plus II on application for the simulation, and gives the simulation results. The traffic light controller with red, yellow, Green said parking, waiting, moving, with blue lights that turn left, at the same time, digital tube to indicate the current state ( red, yellow, green) remaining time.

Key words: traffic light , EDA，CPLD，VHDL，Max+PlusⅡ

II

大连海洋大学毕设论文（设计） 第1章 前言

第1章 前言

1.1 研究目的和意义

以往单一模式的定时控制已不能满足客观需要，所以我们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。本次设计要通过一种多时段多方案的信号控制器取代传统的单一方案控制器。

利用EDA技术对传统机电设备的电器控制系统进行重新设计或进行技术改造，不但设计周期短、设计成本低，而且将提高产品或设备的性能，缩小产品体积，提高产品的技术含量，提高产品的附加值[1]。

1.2 国内外研究现状

目前设计交通灯的方案有很多，基于EDA，FPGA，PLC，单片机等。选择可编程控制器PLC可以效率和稳定性，且操作简单易维护。；选用单片机优点是：单片机成本低廉，专用性可能会更强；缺点是：可靠性差、抗干扰性能差、通用性差、扩展能力比较弱、处理能力会弱于PLC(若做大系统复杂的交通灯控制，估计有些困难)、通讯不如PLC方便，编程语言复杂些。选择FPGA芯片的处理能力强大，由于速度快，能耗低，但是FPGA芯片编程相当困难，也需要掌握更多的硬件知识。基于PLC的交通灯控制系统相对基于FPGA交通灯控制系统设计简单、编程更方便灵活、不需要太多集成电路方面的知识，但成本相对会高很多。

1.3 研究内容和方法

本设计就是针对交通信号灯控制器的设计问题，提出了基于VHDL语言的交通信号灯系统的EDA实现方法。

在设计中应用课上所学的EDA技术和课下时间自己对EDA中的主要部分的学习，积极总结电子信息类高等学科教科书，分析和研究基础课程。包括EDA的发展，PLD可编程逻辑器件的相关知识，以及基于FPGA的SOPC系统设计的方法，以及世界最大的CPLD公司Altra的开发平台，更有对VHDL硬件描述语言的进一步了解和学习完成设计。

首先通过对系统所实现的功能进行结构分析和大框的规划，画出总体框图，将系统分为六大主要模块。信号发生器模块，黄绿灯主控模块，定时单元，倒计时模块，译码模块，显示模块。不断查阅资料来丰富自己的设计，当然遇见了许多不懂的地方，借鉴了前人的经验和教训。思考了一段时间后最后自己列出了三个可行的方案，经过方案验证，确定了用第三种方案。

采用可编程逻辑器件来实现,该设计方案以CPLD器件为核心，用VHDL编程实现各计时单元以及控制电路的功能，在Max+Plus Ⅱ软件上仿真调试，观察其波形，证明所设计的交通灯控制电路完全可以实现预定的功能。显示电路采用7段得共阴数码管。

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大连海洋大学毕设论文（设计） 第1章 前言

采用了层次化的设计方法，给出了各个模块的VHDL程序，并且利用Max PlusⅡ对应用程序进行了仿真，并给出了相应的仿真结果。在用VHDL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。通过电路优化设计,可以使用规模更小的可编程逻辑芯片,从而降低系统成本。综合运用所学过的计算机组成原理知识，独立分析、解决计算机技术实际问题。

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