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認(rèn)證類型：機(jī)構(gòu)認(rèn)證

認(rèn)證主體：寧夏凱米世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)科技有限公司

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統(tǒng)一社會信用代碼/組織機(jī)構(gòu)代碼

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IP屬地：寧夏 上傳時(shí)間：2021-11-09 格式：DOC 頁數(shù)：12 大小：345.64KB 積分：11 舉報(bào) 版權(quán)申訴

1、畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）論文（設(shè)計(jì)）題目：基于vhdl狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)的智能交通控?zé)?所屬系別 信息工程系 專業(yè)班級 電子信息工程技術(shù) 姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 撰寫日期 2010 年 4 月摘 要實(shí)現(xiàn)路口交通燈系統(tǒng)控制的方法很多，可以用標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件、可編程序控制器plc、單片機(jī)等方案來實(shí)現(xiàn)。但是這些控制方法的功能修改及調(diào)試都需要硬件電路的支持，在一定程度上增加了設(shè)計(jì)難度。采用eda技術(shù)，應(yīng)用vhdl硬件電路描述語言實(shí)現(xiàn)交通燈系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)，電子設(shè)計(jì)自動化(eda)的關(guān)鍵技術(shù)之一。它采用一種自上而下(topdown)的設(shè)計(jì)方法，即從系統(tǒng)總體要求出發(fā)，自上至下地逐步將設(shè)計(jì)內(nèi)容細(xì)化，如劃分為若干子模塊，最

2、后完成系統(tǒng)硬件的整體設(shè)計(jì)它支持設(shè)計(jì)庫和可重復(fù)使用的元件生成，支持階層設(shè)計(jì)，提供模塊設(shè)計(jì)的刨建，vhdl設(shè)計(jì)技術(shù)對可編程專用集成電路(asic)的發(fā)展起著極為重要的作用。利用max+plus集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行綜合、仿真，并下載到cpld可編程邏輯器件中，完成系統(tǒng)的控制作用。該燈控制邏輯可實(shí)現(xiàn)3種顏色燈的交替點(diǎn)亮、時(shí)間的倒計(jì)時(shí)，指揮車輛和行人安全通行。關(guān)鍵詞：智能交通燈，vhdl，狀態(tài)機(jī)，cpldabstracta lot of devices, such as standard logic device, plc(programmable logic controller), single chi

3、p microcomputer etc can be used in the design of traffic light system.however，debugging and adjusting the circuits based on these devices require hardware supports.in some sense it complicates the design procedure. in this article, vhdl is applied in designing the system and the logic functions are

4、achieved by cpld. electronic design automation (eda) one of the key technologies. it uses one kind of top-down (top-down) design method, starting from the general requirements of the system, since the content will be designed to gradually refine shimoji, as divided into several sub-modules, and fina

5、lly to complete the overall design of the system hardware it supports design libraries and reusable components that generate, support groups designed to provide modular design of the plane built, vhdl design of the programmable application specific integrated circuit (asic) development plays a very

6、important role.the code is synthesized simulated and then downloaded into the cpld by max+plus .the control logic of the system can change the color of traffic lights alternately and has the function of countdown,thus it can command vehicles and people on the road.key words： intelligent traffic ligh

7、t，vhdl，state machine ，cpld目 錄1 引言12設(shè)計(jì)方案12.1狀態(tài)機(jī)簡介12.2主體設(shè)計(jì)23 總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖24 仿真結(jié)果44.1狀態(tài)機(jī)仿真44.2計(jì)數(shù)器仿真55總結(jié)5參考文獻(xiàn)：6致 謝71 引言可編程器件的廣泛應(yīng)用，為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了極大的靈活性。由于可編程器件可以通過軟件編程對硬件的結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，使得硬件的設(shè)計(jì)可以如同軟件設(shè)計(jì)那樣快捷方便。由于高速發(fā)展的fpga/cpld兼有串、并行工作方式和高速、高可靠性的特點(diǎn)1，在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。通常使用硬件描述語言（hardware description language，hdl）進(jìn)行數(shù)字電子系

8、統(tǒng)設(shè)計(jì)。目前應(yīng)用廣泛的硬件描述語言有：vhdl語言， verilog hdl語言，ahdl語言。vhdl語言由于具有強(qiáng)大的行為描述能力和豐富的仿真語句從而成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域最佳的硬件描述語言。2設(shè)計(jì)方案2.1狀態(tài)機(jī)簡介關(guān)于狀態(tài)機(jī)的一個(gè)極度確切的描述是它是一個(gè)有向圖形，由一組節(jié)點(diǎn)和一組相應(yīng)的轉(zhuǎn)移函數(shù)組成2。狀態(tài)機(jī)通過響應(yīng)一系列事件而“運(yùn)行”。每個(gè)事件都在屬于“當(dāng)前” 節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)移函數(shù)的控制范圍內(nèi)，其中函數(shù)的范圍是節(jié)點(diǎn)的一個(gè)子集。函數(shù)返回“下一個(gè)”（也可以是同一個(gè)）節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)中至少有一個(gè)必須是終態(tài)。當(dāng)?shù)竭_(dá)終態(tài)， 狀態(tài)機(jī)停止。包含一組狀態(tài)集（states）、一個(gè)起始狀態(tài)（start state）、一

9、組輸入符號集（alphabet）、一個(gè)映射輸入符號和當(dāng)前狀態(tài)到下一狀態(tài)的轉(zhuǎn)換函數(shù)（transition function）的計(jì)算模型3。當(dāng)輸入符號串，模型隨即進(jìn)入起始狀態(tài)。它要改變到新的狀態(tài)，依賴于轉(zhuǎn)換函數(shù)4。在有限狀態(tài)機(jī)中，會有有許多變量，例如，狀態(tài) 機(jī)有很多與動作（actions）轉(zhuǎn)換或狀態(tài)關(guān)聯(lián)的動作，多重起始狀態(tài)，基于沒有輸入符號的轉(zhuǎn)換，或者指定符號和狀態(tài)（非定有 限狀態(tài)機(jī)）的多個(gè)轉(zhuǎn)換，指派給接收狀態(tài)（識別者）的一個(gè)或多個(gè)狀態(tài)5，等等。 有限狀態(tài)機(jī)克服了純硬件數(shù)字系統(tǒng)順序方式控制不靈活的缺點(diǎn)6。狀態(tài)機(jī)的工作方式是根據(jù)控制信號按照預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)進(jìn)行順序運(yùn)行的，狀態(tài)機(jī)是純硬件數(shù)字系統(tǒng)中的順序

10、控制電路，因此狀態(tài)機(jī)在其運(yùn)行方式上類似于控制靈活和方便的cpu，而在運(yùn)行速度和工作可靠性方面都優(yōu)于cpu7。2.2主體設(shè)計(jì)十字路口設(shè)計(jì)兩組交通燈分別控制東西和南北兩個(gè)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(shí)間等于南北方向綠燈和黃燈亮的時(shí)間之和。交通燈維持變亮的時(shí)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(shí)現(xiàn)控制,本設(shè)計(jì)中使用兩個(gè)狀態(tài)機(jī)分別控制東西和南北兩個(gè)方向的交通。每個(gè)狀態(tài)機(jī)中都設(shè)有4個(gè)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(shí)兩個(gè)方向上的紅燈同時(shí)變亮

11、,停止倒計(jì)時(shí)的同時(shí)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(shí)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(shí)間; 相反, 夜晚交通稀疏, 就需要紅綠燈變化慢一些。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(shí)間。綠燈亮紅燈亮黃燈亮紅燈亮yx00綠燈亮黃燈亮南北向東西向nmgetingetin計(jì)數(shù)值（時(shí)間）圖2-1 控制燈控制情況3 總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示，共有11個(gè)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(jì)數(shù)器模塊、鍵盤掃描模塊、數(shù)字合成模塊、三個(gè)分位模塊、數(shù)碼管顯示模塊、動態(tài)顯示掃描模塊。 ke

12、yclk kboresetkeyin keyout鍵盤模塊clkkeyvalue countumgetnum 數(shù)字合成模塊 clockresetkeyin countnumhold 計(jì)數(shù)器模塊clock numarrset redahold greenagetin yellowacountnum 狀態(tài)機(jī)（東西方向）clock numbreset redbhold greenbgetin yellowbcountnum 狀態(tài)機(jī)（南北方向）numin numa numb分位模塊nunmanumbnumcnumdnumenumf selclk d-outreset動態(tài)顯示掃描模塊abce fg顯示模

13、塊clockkeyinnumin numa numb分位模塊numin numa numb分位模塊1024hz8hz1hz圖3-1 總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖用vhdl語言對各個(gè)模塊進(jìn)行編程，在max+plus環(huán)境下進(jìn)行編譯與仿真，檢查所編程序是否運(yùn)行正確。如果出現(xiàn)錯(cuò)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(shí)，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8。4 仿真結(jié)果4.1狀態(tài)機(jī)仿真東西方向和南北方向狀態(tài)機(jī)仿真結(jié)果如圖4-1和圖4-2所示，從圖4-1可以看出，getin是從鍵盤獲得的鍵值，這里輸入的是40 s，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)

14、即由紅燈狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到綠燈狀態(tài)時(shí)，數(shù)碼管顯示的倒計(jì)時(shí)從15 s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(shí)，greena由高電平變?yōu)榈碗娖?，yellowa由低電平變?yōu)楦唠娖?。倒?jì)時(shí)時(shí)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。圖4-1 東西方向狀態(tài)機(jī)仿真結(jié)果圖4-2 南北方向狀態(tài)機(jī)仿真結(jié)果4.2計(jì)數(shù)器仿真計(jì)數(shù)器從鍵盤上得到的鍵值為40s，從仿真結(jié)果圖4-3所示上可以看出，計(jì)數(shù)器能正常計(jì)數(shù)。圖4-3 計(jì)數(shù)器仿真結(jié)果 從仿真結(jié)果可以看出，計(jì)數(shù)器能夠正常計(jì)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(jì)時(shí)，南北方向初始狀態(tài)為紅燈，從20開始倒計(jì)時(shí)。該系

15、統(tǒng)硬件電路包含了1個(gè)cpld，6個(gè)7段led數(shù)碼顯示器，分別表示各個(gè)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(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的交通燈系統(tǒng)的控制功能9。數(shù)碼顯示器采用動態(tài)掃描方式，大大節(jié)約了資源。5總結(jié)該交通燈控制邏輯可以實(shí)現(xiàn)3種顏色燈的交替點(diǎn)亮以及時(shí)間的倒計(jì)時(shí)，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(jì)情況。在此基礎(chǔ)上能夠舉一反三，從而用vhdl語言實(shí)現(xiàn)其它交通燈的控制設(shè)計(jì)10。隨著eda技術(shù)的發(fā)展，在今后的電子產(chǎn)品研究開發(fā)中，eda技術(shù)具有更好的開發(fā)手段和性價(jià)比，擁有廣泛的市場應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)：1 徐春嬌. 基

16、于vhdl狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)的智能交通控制燈j.國外電子元器件，2007 第02期2 程云長.可編程邏輯器件與vhdl 語言m:北京:科學(xué)出版社，20053 黃任.vhdl入門解惑經(jīng)典實(shí)例,經(jīng)驗(yàn)總結(jié)m.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2005 4 張亮.數(shù)字電路設(shè)計(jì)與verllog hdlm.張亮.人民郵電出版社，20005 褚振勇，翁木云.fpga設(shè)計(jì)及應(yīng)用m.西安電子科技大學(xué)出版社，2002.76 林明權(quán).vhdl數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)范例m.電子工業(yè)出版社，2003.17 趙曙光、郭萬有、楊頌華.可編程邏輯器件原理、開發(fā)與應(yīng)用m.西安電子科技大學(xué)出版社，2000年8月8 jun hao. electro

17、nic technology practice jpetroleum industry press，20069 郝宏安.實(shí)際電路應(yīng)用集錦m.上海科技文獻(xiàn)出版社，200710 王小軍.vhdl簡明教程m.清華大學(xué)出版社，19976致 謝衷心的感謝能在百忙之中參加本人論文答辯的各位老師，謝謝你們的批評和指正！本文是在老師的悉心指導(dǎo)和幫助下完成的。在論文的寫作過程中，老師對論文主題的確立、結(jié)構(gòu)的搭建、寫作方法、寫作規(guī)范等方方面面提出了詳盡、中肯的意見和指導(dǎo)，這些對于論文的完成是不可或缺的。通過老師的指導(dǎo)，本人對所學(xué)知識，特別是軟件工程和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用及開發(fā)方面有了更加系統(tǒng)、深刻的認(rèn)識，在這個(gè)過程中，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、誨人不倦的師表風(fēng)范深深地感染了我，對