基于vhdl状态机设计的智能交通控制灯

基于VHDL状态机设计的智能交通控制灯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。3VHDL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40s，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15s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40s，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。