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文檔簡介
1、 基于VHDL狀態(tài)機(jī)設(shè)計的智能交通控制燈,智能交通燈,VHDL,狀態(tài)機(jī),CPLD1設(shè)計方案十字路口設(shè)計兩組交通燈分別控制東西和南北兩個方向的交通。如圖1所示,當(dāng)東西方向的紅燈亮?xí)r,南北方向?qū)?yīng)綠燈亮,過渡階段黃燈亮,即東西方向紅燈亮的時間等于南北方向綠燈和黃燈亮的時間之和。交通燈維持變亮的時間取決于鍵盤輸入的控制鍵值。同理,當(dāng)南北方向的紅燈變亮?xí)r,東西方向的交通燈也遵循此邏輯??傮w上由狀態(tài)機(jī)實現(xiàn)控制,本設(shè)計中使用兩個狀態(tài)機(jī)分別控制東西和南北兩個方向的交通。每個狀態(tài)機(jī)中都設(shè)有4個1 設(shè)計方案十字路口設(shè)計兩組交通燈分別控制東西和南北兩個方向的交通。如圖
2、1所示,當(dāng)東西方向的紅燈亮?xí)r,南北方向?qū)?yīng)綠燈亮,過渡階段黃燈亮,即東西方向紅燈亮的時間等于南北方向綠燈和黃燈亮的時間之和。交通燈維持變亮的時間取決于鍵盤輸入的控制鍵值。同理,當(dāng)南北方向的紅燈變亮?xí)r,東西方向的交通燈也遵循此邏輯??傮w上由狀態(tài)機(jī)實現(xiàn)控制,本設(shè)計中使用兩個狀態(tài)機(jī)分別控制東西和南北兩個方向的交通。每個狀態(tài)機(jī)中都設(shè)有4個狀態(tài),分別對應(yīng)紅燈亮、綠燈亮、黃燈亮和出現(xiàn)緊急狀況時兩個方向上的紅燈同時變亮,停止倒計時的同時數(shù)碼管上出現(xiàn)閃爍。路口的繁忙程度是不一樣的,白天時的交通比較繁忙,因此,紅綠燈要變化快一些以便提高通過效率,減少擁堵時間;相反,夜晚交通稀疏,就需要紅綠燈變化慢一些。因此,加
3、入鍵盤控制程序來控制交通維持變亮狀態(tài)的持續(xù)時間。2 總體設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖總體設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示,共有11個功能模塊,包括控制東西方向交通燈的狀態(tài)機(jī)和控制南北方向交通燈的狀態(tài)機(jī)、計數(shù)器模塊、鍵盤掃描模塊、數(shù)字合成模塊、三個分位模塊、數(shù)碼管顯示模塊、動態(tài)顯示掃描模塊。用VHDL語言對各個模塊進(jìn)行編程,最后形成頂層文件,在MAX+PLUS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(xiàn)錯誤,需要進(jìn)行修改,直到完全通過為止。需要說明的是,在進(jìn)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,相當(dāng)于
4、把每個模塊的功能匯聚到一起,實現(xiàn)整個系統(tǒng)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(jié)果。VHDL語言編程生成的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。3 VHDL程序設(shè)計31 狀態(tài)機(jī)1(東西方向)程序關(guān)鍵代碼用兩個狀態(tài)機(jī)分別控制東西方向和南北方向上的交通。從鍵盤獲得紅、綠、黃燈的總時間,紅燈時間占1/2,綠燈時間占38,黃燈時間占1/8。紅燈狀態(tài)為S0,綠燈狀態(tài)為S1,黃燈狀態(tài)為S2,緊急狀態(tài)為S3。當(dāng)計數(shù)器時間為0時,由紅燈狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到綠燈狀態(tài),當(dāng)計數(shù)器時間到達(dá)38時,由綠燈狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到黃燈狀態(tài)。當(dāng)?shù)竭_(dá)一半時間時,由黃燈狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到紅燈狀態(tài)。當(dāng)hold為1時,由任意狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到緊急狀態(tài)。32 計數(shù)器源程序代
5、碼33 分位程序源代碼4 仿真結(jié)果東西方向和南北方向狀態(tài)機(jī)仿真結(jié)果如圖4、5所示,從圖4可以看出,getin是從鍵盤獲得的鍵值,這里輸入的是40s,初始狀態(tài)為S0狀態(tài)紅燈亮。從S0狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到S1狀態(tài)即由紅燈狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到綠燈狀態(tài)時,數(shù)碼管顯示的倒計時從15s開始;當(dāng)由S1狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到S2狀態(tài)即由綠燈狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到黃燈狀態(tài)時,GREENA由高電平變?yōu)榈碗娖?,YELLOWA由低電平變?yōu)楦唠娖健5褂嫊r時間從5s開始。南北方向仿真圖與東西方向類似,這里不再贅述。計數(shù)器從鍵盤上得到的鍵值為40 s,從仿真圖(圖6所示)上可以看出,計數(shù)器能正常計數(shù)。從仿真結(jié)果可以看出,計數(shù)器能夠正常計數(shù),狀態(tài)機(jī)狀態(tài)能夠正確狀態(tài)變換。東西方向初始狀態(tài)為綠燈,從15開始倒計時,南北方向初始狀態(tài)為紅燈,從20開始倒計時。該系統(tǒng)硬件電路包含了1個CPLD,6個7段LED數(shù)碼顯示器,分別表示各個方向上的紅、黃、綠燈,以及相應(yīng)的限流電阻。與其他控制方法相比,所用器件可以說是比較簡單經(jīng)濟(jì)的。經(jīng)過實驗,實現(xiàn)了預(yù)定的交通燈系統(tǒng)的控制功能。數(shù)碼顯示器采用動態(tài)掃描方式,大大節(jié)約了資源。5 結(jié)束語該交通燈控制邏輯可以實現(xiàn)3種顏色燈的交替點亮以及時間的倒計時,指揮車輛和行人安全通行。本文介紹的是一種最基本和簡單的交通燈設(shè)計情況,并且提供了一些模塊的源程序代
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