基于EDA的多路口交通控制系統(tǒng)研究

1 軟件開發(fā)環(huán)境介紹Max+plusⅡ設計流程

(1)設計輸入：可以采用原理圖輸入、HDL語言描述、EDIF網表輸入及波形輸入等幾種方式。

(2)編譯：先根據(jù)設計要求設定編譯參數(shù)和編譯策略，然后根據(jù)設定的參數(shù)和策略對設計項目進行網表提取、邏輯綜合和器件適配，并產生報告文件、延時信息文件及編程文件，供分析仿真和編程使用。

(3)仿真：包括功能仿真、時序仿真和定時分析，可以利用軟件的仿真功能來驗證設計項目的邏輯功能是否正確。

(4)編程與驗證：用經過仿真確認后的編程文件通過編程器將設計下載到實際芯片中，最后測試芯片在系統(tǒng)中的實際運行性能。

在設計過程中，如果出現(xiàn)錯誤，則需重新回到設計輸入階段，改正錯誤或調整電路后重復上述過程。

2 智能交通燈的程序設計

2.1 智能交通燈系統(tǒng)設計方案

十字路口設計兩組交通燈分別控制東西和南北兩個方向的交通。當東西方向的紅燈亮時，南北方向對應綠燈亮，過渡階段黃燈亮。交通燈維持變亮的時間取決于鍵盤輸入的控制鍵值。同理，當南北方向的紅燈變亮時，東西方向的交通燈也遵循此邏輯?？傮w上由狀態(tài)機實現(xiàn)控制，本設計中使用兩個狀態(tài)機分別控制東西和南北兩個方向的交通。每個狀態(tài)機中都設有4個狀態(tài)分別對應紅燈亮、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，減少交通擁堵。相反，夜晚交通稀疏，就需要紅綠燈變化慢，因此加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。

基準時鐘經過分頻器之后，得到需要的時鐘頻率。狀態(tài)由控制器給出控制信號控制，輸出各種燈亮時間，在經過分位后在數(shù)碼管里顯示出來。燈亮時間是由鍵盤輸入模塊給定的。

2.2 各個模塊的程序設計及仿真

(1)狀態(tài)機的程序設計及仿真。用兩個狀態(tài)機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3/8，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。當計數(shù)器時間為0時，由紅燈狀態(tài)跳轉到綠燈狀態(tài)，當計數(shù)器時間到達3/8時，由綠燈狀態(tài)跳轉到黃燈狀態(tài)。當?shù)竭_一半時間時，由黃燈狀態(tài)跳轉到紅燈狀態(tài)。當hold為1時，由任意狀態(tài)跳轉到緊急狀態(tài)。如圖1所示。

圖1 控制燈控制情況

(2)計數(shù)器的程序設計及仿真。計數(shù)器的主要功能是給狀態(tài)機提供時間比較值的輸入，根據(jù)鍵盤輸入值來決定計數(shù)值的大小，程序的端口設計為：

其中ckock為由分頻器得到的頻率為1Hz的時鐘信號，reset為復位清零信號，hold為緊急狀態(tài)切換信號，當hold為高電平時，計數(shù)停止，keyin為鍵盤是鍵盤輸入值，countnum為計數(shù)輸出，即輸出到狀態(tài)機。

計數(shù)器在始終信號上升沿的驅動下開始計數(shù)，計數(shù)范圍是由鍵盤輸入值keyin給定。計數(shù)器在時鐘信號clock上升沿開始計數(shù)，在reset作用下可以清零，當hold為高電平時，停止計數(shù)。當計數(shù)值和鍵盤輸入值相等時計數(shù)器清零，重新計數(shù)。

(3)分位模塊的程序設計及仿真。分位模塊的主要功能是把計數(shù)器得到的時間數(shù)據(jù)分位后，將時間數(shù)據(jù)在數(shù)碼管上顯示出來。分位器的范圍為0～99s。從程序可以看出，程序把0到99之間的整數(shù)分成那個整數(shù)的個位數(shù)字和十位數(shù)字，例如將87分位后，程序輸出兩個數(shù)值，即numa將輸出8，為十位，numb將輸出7，為個位。當輸入一個兩位數(shù)時，這個兩位數(shù)據(jù)就會被分成十位和個位數(shù)值輸出。此程序達到了設計要求的功能。

(4)分頻模塊的程序設計及仿真。分頻模塊是對系統(tǒng)基準時鐘信號進行分頻，得到其他模塊需要的時鐘信號，主要是由一個計數(shù)器來實現(xiàn)的。是利用計數(shù)器對系統(tǒng)時鐘進行1024分頻，分頻得到占空比為50%的方波。CNT實現(xiàn)計數(shù)功能，CNT從0開始計數(shù)，當計數(shù)到511時，信號CLK1HZ翻轉一次，這樣就可以得到占空比為50%的方波。

(5)顯示譯碼模塊。顯示譯碼模塊的功能是將分位后的時間數(shù)據(jù)進行七段譯碼，便于和七段數(shù)碼管相連。在時鐘信號的驅動下，進行動態(tài)譯碼，將輸入的0～9整數(shù)型數(shù)據(jù)譯成七段數(shù)碼管對應的二進制代碼。程序實現(xiàn)了設計要求，將輸入的十進制數(shù)據(jù)轉換為七段譯碼。在CLK每來一個上升沿，就對數(shù)據(jù)NUM進行七段譯碼，實現(xiàn)了動態(tài)譯碼。

2.3 頂層系統(tǒng)結構

各個功能模塊已經實現(xiàn)，用MAX+PlusⅡ軟件的原理圖輸入法，將所有生成模塊按其功能連接起來，進行總體系統(tǒng)功能的測試。

系統(tǒng)時鐘信號經過分頻器之后，輸入到計數(shù)器，計數(shù)器在時鐘信號驅動下開始計數(shù)，令時鐘信號為1Hz頻率的信號，以便計數(shù)時間為1s。計數(shù)器的計數(shù)范圍是由鍵盤輸入數(shù)據(jù)keyin來決定的。計數(shù)器將計數(shù)得到的數(shù)據(jù)輸出給兩個狀態(tài)機，狀態(tài)機根據(jù)計數(shù)器的計數(shù)值，實現(xiàn)各個狀態(tài)之間的轉換，在每個狀態(tài)時，記錄各種狀態(tài)的保持時間，即各種燈被點亮的時間，將時間值輸出到分位模塊，分位后經過動態(tài)譯碼模塊輸出到七段數(shù)碼管，同時將三種緊急狀態(tài)標志信號輸出到發(fā)光二極管。系統(tǒng)的功能仿真實現(xiàn)。

3 硬件環(huán)境和目標芯片的介紹

(1)GW48型EDA實驗開發(fā)系統(tǒng)介紹。GW48實驗系統(tǒng)是可重置的，有12種電路結構，本設計將采用NO.5電路結構。①普通內部邏輯設計模塊。②RAM/ROM接口。③VGA視頻接口。④PS/2鍵盤接口。⑤A/D轉換接口。⑥D/A轉換接口。⑦LM311接口。⑧單片機接口。⑨RS232通信接口。

(2)引腳配置和下載驗證。根據(jù)電路結構圖，在引腳對照表中查處需要I/O對應引腳號，在MAX+PLUSⅡ中，進行管腳配置，配置完引腳后，在對頂層設計進行一次全編譯，連接好硬件電路后即可下載就可以對目標芯片進行下載配置，再測試其功能。

熟悉VHDL硬件語言并熟練的進行編程，體現(xiàn)出MAX+PLUSⅡ功能強大，直觀便捷和操作靈活文本輸入設計方法，是應用最為廣泛、最基本的設計方法。直接清楚的功能仿真和時序仿真，為不同的程序提供仿真需要。