交通灯控制器的设计

摘 要 分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合城乡交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的硬件电路设计方案。 本设计中选用目前应用较广泛的VHDL硬件电路描述语言，实现对路口交通灯系统的控制器的硬件电路描述我们在教学实践的过程中，结合理论教学的进程，利用计算机的电子设计自动化软件ElectronicsWorkbench(虚拟电子工作台，EWB)在计算机上进行基础验证模拟仿真实验，作为教学的补充。使我们学生增强了对电路的感性认识，掌握各种仪器的基本使用、电路参数的测试方法。我们采用工作在Windows 2000平台上的EWB 5．12(虚拟电子工作台)软件。在众多的电路仿真软件中，EWB的工作 界面非常直观。仿真过程中，用光电检测器来模拟现场的各种情况，结果表明，该系统完全可以达到设计要求。 关键词：交通灯? ??时间发生器??? ?VHDL ???控制器?? EWB?? 七段译码器 1.引言 随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。各模块设计：、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。 随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。 传统的数字系统设计，是从具体的门电路以及中规模逻辑部件入手，通过真值表、状态转换图、状态转换表、状态方程组、时序图、卡诺图等描述来实现数字电路的设计。这种基于通用集成电路进行的数字系统设计称为“积木式”设计，这种方法的设计过程是由器件搭成电路板，由电路板搭成数字系统。随着集成电路技术和EDA技术的发展，传统的数字系统设计方法、设计手段也取得了飞跃性的进步。使用的器件从通用集成电路向专用半定制电路转移；使用的描述方法由真值表、转换图、卡诺图向ASM图、硬件描述语言转移；使用的设计方法由传统的自底而上方法向自顶而下方法转移；使用的设计手段将更加依靠计算机，借助EDA开发工具和EWB(虚拟电子工作台)进行数字系统的设计与实现。 实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器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硬件电路描述语言，实现交通灯系统控制器的设计，完成系统的控制作用。 2设计要求 -?????????????? 有一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，主干道为东西向，支干道为南北向。为确保车辆安全，迅速地通行，在交叉道口的每个入口处设置了红，绿，黄3色信号灯。 -?????????????? 要求： -?????????????? （1）主干道绿灯亮时，支干道红灯亮，反之亦然，两者交替允许通行，主干道每次放行35s，支干道每次放行25s。每次由绿灯变为红灯的过程中，亮光的黄灯作为过渡。 -?????????????? （2）能实现正常的倒计时显示功能。 -?????????????? （3）能实现总体清零功能：计数器由初始状态开始计数，对应状态的指示灯亮。 -?????????????? （4）能实现特殊状态的功能显示：进入特殊状态时，东西、南北路口均显???????? 示红灯状态。 -?????????????? ?交通灯各状态说明： -?????????????? 交通灯在通常工作条件中有五种状态：绿灯＋人行道（ S1）;绿灯＋右转（S2）；黄灯（S3）;红灯＋左转（S4）;红灯（S5）五种状态。 -?????????????? ?(S1)绿灯＋人行道：车辆前行；行人可通过人行道； -?????????????? ?(S2)绿灯＋右转：车辆可向前、向右行驶。 -?????????????? ?(S3)黄灯：过渡状态。 -?????????????? (S4)红灯＋左转：车辆向左行驶；但不能前行。 -?????????????? (S5)红灯：禁止通行与转弯。 -?????????????? 注：红黄绿等均为前行方向的信号指示灯，济南较大路口均为此种设计，只是左转、人行无红灯指示。