交通灯毕业设计.doc

引言随着电子技术的发展,特别是专用集成电路( ASIC )设计技术的日趋进步和完善,推动了数字系统设计的迅猛发展。电子设计自动化( E lectronic Design Automatic,EDA )工具给电子设计带来了巨大的变革,尤其是硬件描述语言的出现和发展,解决了传统用电路原理图设计大系统工程时的诸多不便,成为电子电路设计人员的最得力的助手。 EDA 技术是依靠功能强大的电子计算机,在 EDA 工具软件平台上,对以硬件描述语言 HDL (Ha rdware Description Language )为系统逻辑描述手段完成的设计文件,自动地完成逻辑编辑、化简、分割、综合、优化和仿真,直至下载到可编程逻辑器件 CPLD/FPGA 或专用集成电路 ASIC ( Application Specific Integrated Circuit )芯片中,实现既定的电子电路设计功能。 EDA 技术使得电子电路设计者的工作仅限于利用硬件描述语言和 EDA 软件平台来完成对系统硬件功能的实现,极大提高了设计效率,缩短了设计周期,节省了成本。实现路口交通灯系统得控制方法很多,可以用标准逻辑器件,可编程控制器 PLC ,单片机等方案来实现。但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持,在一定程度上增加了功能修改及系统调试的困难,因此,在设计中采用 EDA 技术,应用目前广泛应用的 VHDL 硬件描述语言, 实现交通灯系统控制器的设计, 利用 Max+PlusII 集成开发环境进行综合设计、仿真, 完成系统的控制作用。随着经济和社会的发展,汽车的数量近几年迅速增长,而道路的建设一时很难跟上,舍得交通拥塞现象在许多城市普遍存在。因此,如何充分利用现有的交通资源,保证安全畅通成为迫切需要解决的问题。目前, 城市道路交叉路口的红绿灯基本上都是实行定时控制, 即不管车流量情况如何, 每个方向的亮灯的时间是不变(预先设定)的。这样,就造成了道路资源的浪费,加重了道路交通的压力。为了有效的利用现有的交通资源,针对道路车流量的不同,本文提出了根据车流量来决定亮灯时间, 并采用 VHDL 硬件描述语言和有限状态机的设计方法, 设计了交叉路口交通信号灯无人自动管理的控制系统。该系统可充分利用现有交通资源,缓解城市交通压力。 1设计方案 设计方案选择论证方案一: 利用单片机实现交通灯控制系统, 系统可采用 MSC-51 系列单片机 Intel8031 和可编程并行 I/O 接口芯片为中心器件来设计交通灯控制器,实现能根据实际车流量, 通过 8031 芯片的 P1 口设置红、绿灯燃亮时间的功能; 系统能根据实际车流量情况进行东西和南北方向的切换, 通过数码管显示其对应的时间, 采用点亮发光二极管模拟交通灯的实际情况。方案二:利用一种基于可编程技术的交通信号灯系统, 在 MAX + Plus Ⅱ开发环境下采用了 VHD L 语言来实现自动交通控制系统。本设计采用自顶向下的设计方法,即从系统总体要求出发,从整体上规划整个系统的功能和性能,自顶向下地逐步将设计内容细化,然后对系统进行划分,以将其分解为规模较小、功能较为简单的局部模块, 并确定他们之间的相互关系。最后完成系统的整体设计. 设计方案的确定在单片机设计方法中,本系统的硬件控制电路图简单, 可降低生产成本。采用单片机可提高系统的可靠性和稳定性, 缩小系统的体积, 调试和维护方便。但软件设计方面需采用汇编语言编程, 位操作指令用得较多。若要修改车辆通行的时间,就必须根据具体情况修改程序中的各种参数,。本设计的开发环境采用 Altera 公司的 MAX + Plus Ⅱ软件工具。 MAX + PLUS Ⅱ是一种集设计输入、编译、仿真、综合、器件编程等功能于一体的完全集成化、易学易用的可编程逻辑设计软件。该软件允许设计人员自由选择设计输入的方法和工具,设计人员无需详细了解器件内部的复杂结构,只需选择自己熟悉的设计方法和工具就可进行设计输入。该软件提供了一种真正与结构无关的可编程逻辑设计环境,它支持不同结构的器件,如 FLEX 、 MAX 及 CLASSIC 系列器件等。这样,根据算法流程图就可很容易地设计出 VHDL 源文件, 然后输入到 MAX + PlusII 软件中进行调试、仿真。通过仿真波形和时序分析等功能可以验证设计的正确性,并能迅速地在不改变硬件电路的情况下修改设计, 因而可大大缩短设计周期,提高效率。通过对两种方案的对比,采用方案二进行对交通灯的整体设计。 2系统设计语言、软件简介 硬件描述语言 VHDL VHDL 的英文全名是 Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Descripti