基于EDA的多路口交通控制系统研究

1 软件开发环境介绍Max+plusⅡ设计流程

(1)设计输入：可以采用原理图输入、HDL语言描述、EDIF网表输入及波形输入等几种方式。

(2)编译：先根据设计要求设定编译参数和编译策略，然后根据设定的参数和策略对设计项目进行网表提取、逻辑综合和器件适配，并产生报告文件、延时信息文件及编程文件，供分析仿真和编程使用。

(3)仿真：包括功能仿真、时序仿真和定时分析，可以利用软件的仿真功能来验证设计项目的逻辑功能是否正确。

(4)编程与验证：用经过仿真确认后的编程文件通过编程器将设计下载到实际芯片中，最后测试芯片在系统中的实际运行性能。

在设计过程中，如果出现错误，则需重新回到设计输入阶段，改正错误或调整电路后重复上述过程。

2 智能交通灯的程序设计

2.1 智能交通灯系统设计方案

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。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。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，减少交通拥堵。相反，夜晚交通稀疏，就需要红绿灯变化慢，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。

基准时钟经过分频器之后，得到需要的时钟频率。状态由控制器给出控制信号控制，输出各种灯亮时间，在经过分位后在数码管里显示出来。灯亮时间是由键盘输入模块给定的。

2.2 各个模块的程序设计及仿真

(1)状态机的程序设计及仿真。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。如图1所示。

图1 控制灯控制情况

(2)计数器的程序设计及仿真。计数器的主要功能是给状态机提供时间比较值的输入，根据键盘输入值来决定计数值的大小，程序的端口设计为：

其中ckock为由分频器得到的频率为1Hz的时钟信号，reset为复位清零信号，hold为紧急状态切换信号，当hold为高电平时，计数停止，keyin为键盘是键盘输入值，countnum为计数输出，即输出到状态机。

计数器在始终信号上升沿的驱动下开始计数，计数范围是由键盘输入值keyin给定。计数器在时钟信号clock上升沿开始计数，在reset作用下可以清零，当hold为高电平时，停止计数。当计数值和键盘输入值相等时计数器清零，重新计数。

(3)分位模块的程序设计及仿真。分位模块的主要功能是把计数器得到的时间数据分位后，将时间数据在数码管上显示出来。分位器的范围为0～99s。从程序可以看出，程序把0到99之间的整数分成那个整数的个位数字和十位数字，例如将87分位后，程序输出两个数值，即numa将输出8，为十位，numb将输出7，为个位。当输入一个两位数时，这个两位数据就会被分成十位和个位数值输出。此程序达到了设计要求的功能。

(4)分频模块的程序设计及仿真。分频模块是对系统基准时钟信号进行分频，得到其他模块需要的时钟信号，主要是由一个计数器来实现的。是利用计数器对系统时钟进行1024分频，分频得到占空比为50%的方波。CNT实现计数功能，CNT从0开始计数，当计数到511时，信号CLK1HZ翻转一次，这样就可以得到占空比为50%的方波。

(5)显示译码模块。显示译码模块的功能是将分位后的时间数据进行七段译码，便于和七段数码管相连。在时钟信号的驱动下，进行动态译码，将输入的0～9整数型数据译成七段数码管对应的二进制代码。程序实现了设计要求，将输入的十进制数据转换为七段译码。在CLK每来一个上升沿，就对数据NUM进行七段译码，实现了动态译码。

2.3 顶层系统结构

各个功能模块已经实现，用MAX+PlusⅡ软件的原理图输入法，将所有生成模块按其功能连接起来，进行总体系统功能的测试。

系统时钟信号经过分频器之后，输入到计数器，计数器在时钟信号驱动下开始计数，令时钟信号为1Hz频率的信号，以便计数时间为1s。计数器的计数范围是由键盘输入数据keyin来决定的。计数器将计数得到的数据输出给两个状态机，状态机根据计数器的计数值，实现各个状态之间的转换，在每个状态时，记录各种状态的保持时间，即各种灯被点亮的时间，将时间值输出到分位模块，分位后经过动态译码模块输出到七段数码管，同时将三种紧急状态标志信号输出到发光二极管。系统的功能仿真实现。

3 硬件环境和目标芯片的介绍

(1)GW48型EDA实验开发系统介绍。GW48实验系统是可重置的，有12种电路结构，本设计将采用NO.5电路结构。①普通内部逻辑设计模块。②RAM/ROM接口。③VGA视频接口。④PS/2键盘接口。⑤A/D转换接口。⑥D/A转换接口。⑦LM311接口。⑧单片机接口。⑨RS232通信接口。

(2)引脚配置和下载验证。根据电路结构图，在引脚对照表中查处需要I/O对应引脚号，在MAX+PLUSⅡ中，进行管脚配置，配置完引脚后，在对顶层设计进行一次全编译，连接好硬件电路后即可下载就可以对目标芯片进行下载配置，再测试其功能。

熟悉VHDL硬件语言并熟练的进行编程，体现出MAX+PLUSⅡ功能强大，直观便捷和操作灵活文本输入设计方法，是应用最为广泛、最基本的设计方法。直接清楚的功能仿真和时序仿真，为不同的程序提供仿真需要。