交通信號燈畢業(yè)論文(設計)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄1</b></p><p><b>　　第一章 引言3</b></p><p>　　1.1 城市交通現(xiàn)狀3</p><p>　　1.2 智能交通的國內(nèi)外發(fā)展狀況3</p><

2、p>　　1.3 交通信號燈控制的研究現(xiàn)狀5</p><p>　　1.4 本文的主要工作6</p><p>　　第二章 十字路口信號控制的基本理論和方法7</p><p>　　2.1 交通信號燈7</p><p>　　2.2 信號燈的設置7</p><p>　　2.3 交通信號的控制方式8</p&

3、gt;<p>　　2.4 城市道路智能交通信號控制系統(tǒng)9</p><p>　　2.4.1 智能交通信號控制系統(tǒng)的基本組成9</p><p>　　2.4.2 交通信號控制系統(tǒng)的主要術語和參數(shù)9</p><p>　　2.4.3 智能交通信號控制的核心11</p><p>　　2.4.4 智能交通信號控制系統(tǒng)的基本設計步驟

4、12</p><p>　　第3章 信號燈控制系統(tǒng)的設計13</p><p>　　3.1 信號燈結構設計13</p><p>　　3.1.2 可編程控制器I/O端口分配15</p><p>　　3.1.3 程序梯形圖17</p><p>　　3.1.4 信號燈的PLC外部連線圖22</p>&l

5、t;p>　　3.2 倒計時數(shù)碼管的設計23</p><p>　　3.2.1程序梯形圖23</p><p>　　3.2.2 數(shù)碼管的PLC外部連線圖26</p><p>　　3.3 本章小結28</p><p>　　第四章 交通燈系統(tǒng)的設計29</p><p>　　4.1 交通系統(tǒng)的發(fā)展趨勢29<

6、/p><p>　　4.2 選擇VHDL硬件描述語言設計的優(yōu)勢29</p><p>　　4.3 紅綠燈交通信號系統(tǒng)功能描述29</p><p>　　4.4 紅綠燈交通信號系統(tǒng)的VHDL模塊31</p><p>　　4.4.1 時鐘脈沖發(fā)生電路31</p><p>　　4.4.2 計數(shù)秒數(shù)選擇電路32</p&g

7、t;<p>　　4.4.3 倒計時控制電路35</p><p>　　4.4.4 紅綠燈信號控制電路37</p><p>　　4.4.5 建立程序包39</p><p>　　4.4.6 連接各個模塊39</p><p>　　圖14 連接各個模塊后的管腳分配圖40</p><p>　　4.5本章小

8、結40</p><p><b>　　參考文獻41</b></p><p><b>　　致謝42</b></p><p><b>　　附件43</b></p><p>　　附錄一 信號燈程序指令表43</p><p>　　附錄二 數(shù)碼管顯示程序指

9、令表45</p><p>　　附錄三：紅綠燈交通信號系統(tǒng)的VHDL程序代碼46</p><p><b>　　第一章 引言</b></p><p>　　1.1 城市交通現(xiàn)狀</p><p>　　據(jù)一項對美國主要城市交通狀況的調(diào)查顯示：1982年至2000年，美國城市在上下班高峰期間的交通堵塞狀況不斷加劇，由交通堵塞造成

10、的時間和汽油浪費而帶來的經(jīng)濟損失每年高達680億美元。以廣州為例來講，現(xiàn)在市區(qū)平均車速只有每小時12公里。用這個目標速度代入歐美標準計算，廣州人為交通堵塞所付出的經(jīng)濟代價總值:每年耗費1.5億小時，減少生產(chǎn)總值117億元。相當于該市整個生產(chǎn)總值的7%!</p><p>　　在北美、澳大利亞等大城市，道路面積率高達35%--40%，而北京只有20%。緩解交通擁堵，加快道路建設是當務之急。據(jù)悉，到2010年，北京將投

11、資500億元用于城市道路建設，到2005年，北京僅高速公路通車里程就達到600公里。但一味發(fā)展城市道路，也會刺激私家車超常規(guī)發(fā)展，兩者發(fā)展速度的失衡，最終還是逃不出“擁堵—修路—再擁堵”的怪圈。</p><p>　　中國各大城市的交通系統(tǒng)都存在著不同程度的問題，北京、上海、廣州三大城市的公共交通出行比例都比國外大城市小，尤其是高峰時段的公共交通分擔率更小。從我國目前各大城市的交通結構看，普遍存在常規(guī)公共交通系統(tǒng)發(fā)

12、展不足，快速軌道交通系統(tǒng)發(fā)展滯后、自行車交通分擔率過高、小汽車發(fā)展勢頭強勁的不協(xié)調(diào)現(xiàn)象。因此，要準確認識各種交通工具各自的使用條件和服務范圍，充分發(fā)揮各種交通方式的優(yōu)點，使其合理分工，才能發(fā)揮整個交通系統(tǒng)的效率。</p><p>　　1.2 智能交通的國內(nèi)外發(fā)展狀況</p><p>　　城市交通矛盾的日益突出，已開始影響城市的發(fā)展，解決這個問題最行之有效的良方或許就是大力發(fā)展智能化交通。智

13、能化交通管理體系在國外已經(jīng)有了40多年的發(fā)展歷史，是目前發(fā)達國家普遍采用的交通管理方式，這種方式是在發(fā)達的交通網(wǎng)絡基礎上，應用衛(wèi)星定位系統(tǒng)，對所轄區(qū)域的交通流量實施有效控制，使有限的交通網(wǎng)絡功能得到充分合理的利用，極大發(fā)揮城市的載體功能。智能交通系統(tǒng)將大大提高交通效率而節(jié)省大量的燃料和時間;除此之外，智能交通系統(tǒng)能夠減少交通事故，減少因事故造成部分經(jīng)濟損失。在與世界發(fā)達國家機動車人均擁有量差距還很大的情況下，我國一些特大城市的交通擁堵已

14、排在世界前列。</p><p>　　在北京召開的“第二屆國際智能交通系統(tǒng)技術研討暨技術與產(chǎn)品展覽會”上透露。我國將投資20億元對北京、上海、天津、重慶、廣州、深圳、濟南、青島、杭州、中山10個城市進行交通智能化改造，到2010年，這10個城市將全部實現(xiàn)交通的智能化。目前國內(nèi)外對智能交通系統(tǒng)的理解不盡相同，但不論從何種角度出發(fā)，有一點是共同的:智能交通系統(tǒng)是用各種高新技術，特別是電子信息技術提高交通效率，增加交通安

15、全性和改善環(huán)境的技術經(jīng)濟系統(tǒng)。日本、歐洲等眾多國家和地區(qū)在智能交通系統(tǒng)方面都取得了相當大的進展，對當?shù)亟煌ㄟ\輸效率的提高起了關鍵性的作用。從各國的發(fā)展來看，智能交通系統(tǒng)能使交通基礎設施發(fā)揮出最大的效能，提高服務質(zhì)量;同時使社會能夠高效地使用交通設施和能源，從而獲得巨大的社會及經(jīng)濟效益。它不但有可能解決交通的擁堵，而且對交通安全、交通事故的處理與救援、客貨運輸管理、道路收費系統(tǒng)等方面都會產(chǎn)生巨大的影響。</p><p&

16、gt;　　表1-1 美國 歐洲 日本同我國在智能交通系統(tǒng)發(fā)展方面的對比表</p><p>　　1.3 交通信號燈控制的研究現(xiàn)狀</p><p>　　城市交通系統(tǒng)是一種非線性的、時變的、滯后的大系統(tǒng)，以往的交通控制研究多是基于啟發(fā)式的考慮，而不是基于控制理論的方法。近多年來，隨著眾多研究控制理論出身的學者的加盟，使得城市交通自動控制領域的研究出現(xiàn)了新的思路、新的方法。本小節(jié)就近年來交通信號

17、控制理論的研究進展作一簡述。</p><p>　　1. 靜態(tài)多段配時控制</p><p>　　靜態(tài)多段配時控制是利用歷史數(shù)據(jù)實現(xiàn)的一種開環(huán)控制，其基本設計思想源于線性規(guī)劃。它沒有考慮交通需求的隨機波動，沒有考慮城市道路交通流的實時進化過程，其控制能力和抗干擾能力非常有限。但就城市某一區(qū)域而言，每日的交通狀況畢竟表現(xiàn)出相當程度的重復性，車流的運動變化仍有一定的規(guī)律可循。因此研究靜態(tài)多段配時控

18、制，將其作為其他控制策略的“參照系”，或為它們提供“初值系統(tǒng)”還是很有意義的。這種方法簡便易行，尤其適用于穩(wěn)態(tài)交通環(huán)境，頗受交通工程人員歡迎。</p><p>　　2. 準動態(tài)多段配時控制</p><p>　　準動態(tài)多段配時控制與靜態(tài)多段配時控制相類似，只不過多段的劃分不是以時間為依據(jù)，而是以檢測到的實時交通狀態(tài)為依據(jù)。交通狀態(tài)可以用交通量、占有率、車速等交通數(shù)據(jù)的特征值來表達。被劃分成的

19、若干個交通狀況分別配以不同的優(yōu)化配時。準動態(tài)多段配時控制是一閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于反饋的引入，所以系統(tǒng)的動態(tài)性能比靜態(tài)多時段控制有明顯改善，但是又由于它的控制方式仍屬于方案選擇式，所以系統(tǒng)動態(tài)性能的改善又十分有限，故稱之為準動態(tài)系統(tǒng)。</p><p><b>　　3. 最優(yōu)控制</b></p><p>　　城市交通控制的最優(yōu)問題可表述如下:</p><

20、p><b>　　對于滿足約束條件：</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　的系統(tǒng)</b></p><p><b>　?。?-3） </b&g

21、t;</p><p><b>　　給定初始狀態(tài)</b></p><p><b>　　, </b></p><p>　　確定一個控制序列r(k)，使得以下性能指標最優(yōu)</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　其中:(1-l)式

22、表示各方向排隊長度不能超過允許的上限，否則會影響上游相鄰路口的放行。(1-2)式表示控制變量r(也即綠信比)受到最大綠燈時間和最小綠燈時間的約束。(1-3)式中的表示路網(wǎng)中所有支路上排隊長度組成的向量;r表示各支路放行流量組成的向量，它與各路口的綠信比相對應，是一控制向量;B是控制矩陣(i=0，1，…，m);a是一個時變的車輛到達向量。(1-3)式表示:此步排隊長度是上步剩余排隊長度減去此步放行長度，再加上此步到達車輛數(shù)。(1-4)式表

23、示性能指標，己經(jīng)寫成了二次型函數(shù)形式;rN為期望的控制向量，R，Q為加權矩陣。在(1-4)式中引入了控制偏差的二次函數(shù)，目的是使最優(yōu)控制問題易于求解。</p><p>　　如果控制系統(tǒng)的規(guī)模較小，控制模型維數(shù)較低，就可用極小值原理或動態(tài)規(guī)劃法對上述最優(yōu)問題求解。</p><p>　　1.4 本文的主要工作</p><p>　　近年來，國內(nèi)外許多專家致力于開發(fā)新的交通

24、信號控制方法，人工智能是新的研究方向之一，這是因為人工智能在復雜系統(tǒng)的定性建模和控制上卓有成效。由于交通流量是時變的、非線性的，具有較大的隨機性，并且很難建立精確的數(shù)學模型，所以本文設計了一種根據(jù)前后相流量來決定信號燈配時的模糊控制系統(tǒng)，其主要內(nèi)容如下:</p><p>　　(l)對十字路口交通信號燈控制問題、控制系統(tǒng)組成等進行描述</p><p>　　(2)設計兩級模糊控制系統(tǒng)</

25、p><p>　　(3)在PLC上編程實現(xiàn)此模糊控制系統(tǒng)</p><p>　　第二章 十字路口信號控制的基本理論和方法</p><p><b>　　2.1 交通信號燈</b></p><p>　　在道路上用來傳遞具有法定意義指揮交通流通行或停止的光、聲、手勢等，都是交通信號。交通信號是在空間上無法實現(xiàn)分離原則的地方，主要在平面

26、交叉口上，用來在時間上給交通流分配通行權的一種交通指揮措施。交通信號燈用輪流顯示不同燈色來指揮交通的通行或停止。</p><p>　　隨著信號燈的發(fā)展，各國使用的信號燈存在不同的差別，各自給信號燈賦予不同的含義。我國目前使用的信號燈基本上與國際規(guī)定一致，具體含義如下:</p><p>　　(l)綠燈亮時，允許車輛、行人通行，但轉(zhuǎn)彎的車輛不準妨礙直行的車輛和被放行的行人通行。</p&g

27、t;<p>　　(2)黃燈亮時，不準車輛、行人通行，但已越過停止線的車輛和已進入人行通道的行人，可以繼續(xù)通行。</p><p>　　(3)紅燈亮時，不準車輛、行人通行。</p><p>　　(4)綠色箭頭燈亮時，準許車輛按箭頭所示方向通行。</p><p>　　(5)黃燈閃爍時，車輛、行人須在確保安全的原則下通行。</p><p&g

28、t;　　(6)右轉(zhuǎn)彎車輛和T形交叉口右邊無人行橫道的直行車輛，遇黃燈或紅燈時，在不妨礙被放行的車輛和行人通行的情況下可以通行。</p><p>　　2.2 信號燈的設置</p><p>　　當交叉路口的交通量接近路口的通行能力時，考慮在交叉路口設置交通信號控制。信號燈設得合理、正確，能較充分地發(fā)揮道路的交通效益，如設置不當，非但浪費了設備和資金，并且會對交通造成不良后果。如有些不合理信號控

29、制的路口，由于主要道路上駕駛員遇紅燈而停車，但他在相當長的時間內(nèi)并未看到次要道路上有車通行，往往會引起有意或無意的闖紅燈。因此，信號控制交叉口的交通事故，多發(fā)生在交通量較低的交叉口上或交通量較低的時間內(nèi)。</p><p>　　在吸取國外信號燈設置經(jīng)驗的基礎上，結合我國目前具體的交通狀況，路口信號燈的設置與改進要運用交通工程學理論作指導，根據(jù)路口的地形特點、車流狀況，作好車輛與行人交通流量的調(diào)查，進口道上車輛行駛速

30、度的調(diào)查，交通事故及違章調(diào)查，車輛可穿越的空當及延誤調(diào)查等，具體問題具體分析，制定優(yōu)化的信號配時，保證現(xiàn)代交通高效、節(jié)能、低公害運行。</p><p>　　交叉路口交通信號燈安裝方式有兩種，一種是安裝在伸向交叉路口中央上空型臂上;一種是安裝在路口邊或中央的燈柱上。</p><p>　　信號燈的排列方式通常分為兩種:</p><p><b>　　1、水平排列

31、式</b></p><p>　　從道路的中心線一側(cè)起以紅、黃、綠的順序向路邊排列。常用于路面較寬的道路。</p><p><b>　　2、垂直排列式</b></p><p>　　從上往下依次是紅、黃、綠燈。這種方式常用于路面較窄的道路。按固定方式排列信號燈有兩個好處:一是把紅燈信號放在最醒目的位置;二是可使患有色盲的人憑借位置來判斷

32、信號的含義。在交叉路口中央上空安裝信號燈時應符合車輛通行凈空高度界限的要求。信號燈的亮度應保證人們在1O0m以外能看清。</p><p>　　2.3 交通信號的控制方式</p><p>　　根據(jù)所采用的控制裝置的不同，交通信號一般有三種控制方式：</p><p>　　1、周期式信號。這種信號的周期長、相位、綠燈時間、轉(zhuǎn)換時間等都是事先確定的。信號通過規(guī)定的周期運行，

33、每個周期的周期長和相位都恒定不變。依靠所提供的設備，可用幾種預定配時方案，每一種都在一天規(guī)定的時間中交替使用。</p><p>　　2、半感應式信號。這種信號保證主干路總保持綠燈直到設在次干路上的檢測器探到有車輛到達。這時信號經(jīng)過一個適當?shù)霓D(zhuǎn)換間隔后，立刻為次干路顯示綠燈，該綠燈就維持到次干路上的車輛全部通過路口或持續(xù)到預定的最大綠燈時間為止。在綠波信號系統(tǒng)中，分配給次干路的綠燈時間必須限制在預定的時間內(nèi)。該系統(tǒng)

34、的周期長和綠燈時間可根據(jù)需要隨時進行調(diào)整。當次干路沒有車輛時，主干路總是保持綠燈，事實上分配到次干路的綠燈時間可充分利用，所有“多余的”綠燈時間則都分配給主干路。</p><p>　　3、全感應式信號。該信號的所有相位全由傳動檢測器來控制。一般每個相位都要規(guī)定最小與最大綠燈時間。這種控制方式的周期長度和綠燈時間可根據(jù)需要作很大的變動。周期中的某些相位是可以任意選擇使用的，當檢測器未測出交通量時，該時刻的相位可自動

35、取消。</p><p>　　目前，許多信號系統(tǒng)都實現(xiàn)了計算機控制，使用計算機系統(tǒng)控制的地理交叉口，其信號一般采用預定周期式控制。有些城市還部分地實現(xiàn)了交替信號的線或面的聯(lián)動控制，在這樣的系統(tǒng)中，計算機充當了主控機和監(jiān)視器的角色。此時，信號的聯(lián)動不僅對提高單個信號交叉口的通行能力和服務水平有很大作用，而且還對提高整條道路或整個路網(wǎng)的通行能力發(fā)揮著極其重要的作用。</p><p>　　2.4

36、城市道路智能交通信號控制系統(tǒng)</p><p>　　智能交通信號控制系統(tǒng)是城市道路交通管理系統(tǒng)中對交叉路口、行人過街，以及環(huán)路出入口采用信號控制的子系統(tǒng)。主要包括交通工程設計、車輛信息采集、數(shù)據(jù)傳輸與處理、控制模型算法與仿真分析、優(yōu)化控制信號調(diào)整交通流等。國內(nèi)外各大中城市己有的交通信號控制系統(tǒng)就是根據(jù)不同環(huán)境條件，基于各自城市道路的規(guī)劃和發(fā)展水平建立起來的。</p><p>　　2.4.1

37、智能交通信號控制系統(tǒng)的基本組成</p><p>　　智能交通信號控制系統(tǒng)的基本組成是：主控中心、路口交通信號控制機以及數(shù)據(jù)傳輸設備。其中主控中心包括操作平臺、交互式數(shù)據(jù)庫、效益指標優(yōu)化模型、數(shù)據(jù)(圖像)分析處理等。</p><p>　　圖2-1 城市道路智能交通信號控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　2.4.2 交通信號控制系統(tǒng)的主要術語和參數(shù)</p>

38、<p><b>　　周期</b></p><p>　　周期是指信號燈色發(fā)生變化，顯示一個循環(huán)所需的時間，也稱周期長，即紅、黃、綠燈時間之和。它是決定點控制定時信號交通效益的關鍵控制參數(shù)，用C表示。一般信號燈的最短周期長度不少于36秒，否則就不能保證幾個方向的車輛順利通過交叉口。最長周期長度一般不超過120秒。</p><p>　　從疏散交通的角度講，顯然當交

39、通需求越大時，周期應越長，否則一個周期內(nèi)到達的車輛不能在該周期的綠燈時間內(nèi)通過交叉口，就會發(fā)生堵塞現(xiàn)象。</p><p>　　正確的周期時長應該是，每一個相位的綠燈時間剛好使該相位各入口處等待車隊放行完畢。如一個具有兩相位(東西向和南北向)交通流的交叉口，設兩個相位的交通到達率(到達率)分別是dl、d2，相應相位的通行能力分別為s1，s2，周期時長為C，綠燈時間分別為g1、g2，其中損失時間分別為L1、L2(損失

40、時間是指燈色切換過程中的損失時間和不能被充分利用的綠燈時間，原因是綠燈出現(xiàn)之初車隊有個反應和加速的過程)，則：</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　將上兩式相加，并將代入g1+g2=C，得</p><p><b&g

41、t;　　(2-3)</b></p><p>　　若s1=s2=s，則有</p><p>　　(2-4)由式(2-4)可計算出保證路口不堵塞的一個最小周期值。然而，若交通流的需求過高，堵塞現(xiàn)象將成為不可避免的，信號周期長度的選取應根據(jù)某種優(yōu)化性能指標選擇。</p><p><b>　　2、相位</b></p><p

42、>　　相位：即信號相位，是指在周期時間內(nèi)按需求人為設定的，同時取得通行權的一個或幾個交通流的序列組。</p><p><b>　　3、相位差</b></p><p>　　相位差:具有相同周期長的相關路口，在同方向上的兩個相關相位的啟動時間差，稱為相位差。從某一車流方向來看，為使車輛在交叉口處不受阻而流暢通過，與其使相關聯(lián)信號同時顯示同一燈色(特別是綠燈開始時間)

43、，不如使綠燈開始時間錯開一些。這里稱時間對“錯開”為相位差。把干線上某一路口作為基準路口，其他各路口的協(xié)調(diào)相位起始時刻滯后于基準路口的協(xié)調(diào)相位起始時刻的最小時間差，稱為絕對相位差;車輛行使方向任意相鄰路口的協(xié)調(diào)相位起始時刻的最小時間差，稱為相對相位差。通常用時距圖表示信號配時與距離的關系。</p><p><b>　　圖2-4 時距圖</b></p><p>　　以

44、第1個交叉口的信號為基準，則圖中的Al、A2、A3分別為交叉口2、3、4的信號的絕對相位差。要確定路口信號間的相對相位差，則需要先確定車輛的行駛方向。當車輛由路口1沿道路駛向路口4時，Bl是路口2信號和路口1信號的相對相位差;B2是路口3信號和路口2信號的相對相位差;當車輛由路口4沿道路駛向路口1時，B3是路口3信號和路口4信號當相對相位差;B4是路口2信號和路口3信號的相對相位差。由時距圖可以看出，BZ和B4均表示路口2信號和路口3信

45、號之間的相對相位差，只是因選定行車方向不同而具有不同的數(shù)值。兩者之和等于一個周期的長度。</p><p>　　4、飽和流量:是衡量路口交通流施放能力的重要參數(shù)，通常是指一個綠燈時間內(nèi)的連續(xù)通過路口的最大車流量。</p><p>　　5、綠燈間隔時間:是指從失去通行權的相位的綠燈結束，到下一個得到通行權的相位綠燈開始所用的時間。</p><p>　　6、有效綠燈時間:

46、是指被有效利用的實際車輛通行時間。它等于綠燈時間與黃燈時間之和減去頭車啟動的損失時間。</p><p>　　2.4.3 智能交通信號控制的核心</p><p>　　智能交通信號控制系統(tǒng)的核心是控制模型算法軟件，是貫穿規(guī)劃設計在內(nèi)的信號控制策略的管理平臺，體現(xiàn)著交通管理者的控制思想，它包括信號控制系統(tǒng)將起到的作用和地位。目前，國內(nèi)外已應用的信號控制系統(tǒng)大多是以優(yōu)化定周期方案、優(yōu)化路口綠信號

47、配比以及協(xié)調(diào)相關路口通行能力為基礎的，是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和自動檢測到的車流量信息，通過設置的控制模型算法選取適當?shù)男盘柵浔瓤刂品桨?，是被動的控制策略。隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，交互式控制策略使信號控制由感控到誘導實現(xiàn)了真正的智能，交通信號控制系統(tǒng)不僅可以檢測到車流量等交通信息參數(shù)，調(diào)控路口綠信號配比，變化交通限行、禁行等指路標志，還可以根據(jù)系統(tǒng)聯(lián)接的數(shù)據(jù)庫完成與交通參與者之間的信息交換，向交通參與者顯示道路交通信息、停車場信息，提供給交通參與者合

48、理的行駛線路，以達到均衡道路交通負荷的主動的控制策略。尤其重要的是計算機網(wǎng)絡技術和數(shù)字化使數(shù)據(jù)傳輸和信息利用得到了可靠保證?？梢哉f，城市道路智能交通信號控制系統(tǒng)是城市道路交通管理隨著信息產(chǎn)業(yè)技術迅猛發(fā)展的綜合產(chǎn)物。</p><p>　　2.4.4 智能交通信號控制系統(tǒng)的基本設計步驟</p><p>　　根據(jù)路口交通現(xiàn)狀和預測進行交通渠化設計分析原始交通流數(shù)據(jù)，通過仿真模型效驗，確定控制模式

49、，進行交通參數(shù)設定根據(jù)交通渠化設計及控制模式的設計要求完成交通工程設計(包括車輛檢測器的檢測區(qū)定位)根據(jù)各個路口配備設備的相關性，完成協(xié)調(diào)設計確定系統(tǒng)和單點控制的優(yōu)化目標函數(shù)，得出最優(yōu)信號控制方案配置路口信號控制機的固化基礎參量，配置主控中心數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)傳輸設置。</p><p>　　第3章 信號燈控制系統(tǒng)的設計</p><p>　　3.1 信號燈結構設計</p><p

50、>　　本文以十字路口信號燈的PLC控制為主進行研究。該十字路口信號燈包括南北方向左轉(zhuǎn)和直行紅黃綠燈和人行道紅綠燈各兩組，東西方向左轉(zhuǎn)紅黃綠燈用人行道紅綠燈各兩組，本節(jié)設計主要圍繞各個信號燈的工作時序圖和具體的PLC控制程序來做介紹。</p><p>　　3.1.1 工作時序圖</p><p><b>　　1．南北方向</b></p><p&

51、gt;　　對于該方向，信號燈配置為左轉(zhuǎn)紅黃綠燈和直行紅黃綠燈以及人行道紅綠燈各兩組。直行紅黃綠燈控制直行車輛，同時左轉(zhuǎn)紅黃綠燈控制左轉(zhuǎn)車輛，兩組信號燈狀態(tài)相反，分別在不同時段放行直行以及左轉(zhuǎn)的車輛。本文采用的是以120s為周期，其信號燈工作時序如圖3.1所示。</p><p>　　對于直行紅黃綠燈，該組信號燈的3個燈以綠燈（35s） 黃燈(5s) 紅燈（80s）依次循環(huán)。</p>&

52、lt;p>　　對于左轉(zhuǎn)紅黃綠燈，該組信號燈的3個燈以紅燈（40s） 綠燈（15s） 黃燈(5s) 紅燈（60s）依次循環(huán)。</p><p>　　對于人行道紅綠燈，本設計配置了紅燈和綠燈兩種狀態(tài)，且該紅、綠燈各自均以紅燈（60s） 綠燈（60s）依次循環(huán)，并且與直行方向與左轉(zhuǎn)方向綠燈狀態(tài)相反。即對于某一車道，當直行及左轉(zhuǎn)紅燈均亮時該側(cè)的人行道綠燈才亮，當任一直行或左轉(zhuǎn)綠燈亮時該

53、人行道都顯示為紅燈亮。</p><p>　　圖3.1 南北方向信號燈工作時序圖</p><p><b>　　2．東西方向</b></p><p>　　東西方向的信號燈工作與南北方向呈對稱方式，行車與南北方向道路交替進行，其工作時序如圖3.2所示。</p><p>　　對于東西直行紅黃綠燈，該組信號燈的3個燈以紅燈（60s

54、） 綠燈(35s) </p><p>　　黃燈（5s） 紅燈（20s）依次循環(huán)。</p><p>　　對于東西左轉(zhuǎn)紅黃綠燈，該組信號燈的3個燈以紅燈（100s） 綠燈(15s) </p><p>　　黃燈（5s）依次循環(huán)。</p><p>　　對于東西側(cè)人行道紅綠燈，各自以綠燈（60

55、s） 紅燈（60s）依次循環(huán)，并且與直行方向與左轉(zhuǎn)方向綠燈狀態(tài)相反。</p><p>　　圖3.2 東西方向信號燈工作時序圖</p><p>　　3.1.2 可編程控制器I/O端口分配</p><p>　　由于本設計所選用的PLC為輸入點：64，輸出點：64，晶體管輸出。而本設計中的輸入輸出點數(shù)共為52點，均在PLC的基本輸入輸出點數(shù)范圍之內(nèi)，所以無需進行

56、I/O擴展，在設計時只需賦與其不同的端口地址即可。</p><p>　　1.外部輸入控制按鈕</p><p>　　本設計當中的6個外部控制按鈕的具體I/O端口分配方式如表3.3所示。PLC上的外部輸入控制按鈕總共分為6個，分別是系統(tǒng)啟動按鈕、系統(tǒng)停止按鈕、南北無線</p><p>　　手動強通啟動按鈕、南北無線手動強通停止按鈕、東西手動強通啟動按鈕、東西手動強通停止

57、按鈕。</p><p>　　表3.3 外部輸入控制按鈕I/O端口分配</p><p><b>　　2.信號燈輸出</b></p><p>　　PLC系統(tǒng)的信號燈輸出量主要是由各個方向的紅、黃、綠燈所構成的。對于南北方向上某一行車方向的信號燈輸出，本設計共設置了三組信號燈，其中兩組車輛信號燈，分為直行紅、黃、綠燈和左轉(zhuǎn)紅、黃、綠燈，另外一組是人

58、行道上的紅綠燈。另一方行車方向上信號燈的設置與該方向完全相同；對于東西方向，由于其行車與南北方向?qū)ΨQ，所以其信號燈的設置也與南北向相同。信號燈輸出的I/O端口分配方式如表3.4所示：</p><p>　　表3.4 信號燈輸出的I/O端口分配</p><p><b>　　3.數(shù)碼管輸出</b></p><p>　　本設計中四個方向數(shù)碼管共設置了

59、四組，南北方向和東西方向各兩組，每一方向的兩組數(shù)碼管顯示均相同。對于某一組數(shù)碼管，又分為了個位數(shù)字顯示和十位顯示，所以本設計當中的四組數(shù)碼管共占用28點輸出。數(shù)碼管輸出的I/O端口分配如表3.5所示：</p><p>　　表3.5 數(shù)碼管輸出的I/O端口分配</p><p>　　3.1.3 程序梯形圖</p><p>　　本設計的梯形圖設計力求簡單、高效，在完成

60、設計要求的同時，盡量簡化系統(tǒng)，充分利用系統(tǒng)資源。</p><p><b>　　1.南北方向</b></p><p>　　在南北直行方向，當開始按鈕啟動后，首先啟動直行綠燈輸出，并設置定時器T0在35s后動作，接通直行黃燈，斷開直行綠燈的通路，同時啟動定時器T1。5s后T1動作，接通直行紅燈，斷開直行黃燈通路，同時啟動定時器T2。南北方向的程序梯形圖如圖3.6所示：&l

61、t;/p><p>　　對于南北左轉(zhuǎn)方向，當開始按鈕啟動后，在直行黃燈啟動5s后左轉(zhuǎn)綠燈啟動，同時啟動定時器T3。15s后啟動左轉(zhuǎn)黃燈并斷開左轉(zhuǎn)綠燈通路，同時啟動定時器T4。5s后斷開自身通路。對于左轉(zhuǎn)紅燈，本設計采用左轉(zhuǎn)紅燈通路上串入左轉(zhuǎn)綠燈和左轉(zhuǎn)黃燈的常閉開關控制的方法，既可以簡單地對左轉(zhuǎn)紅燈進行控制，同時還保證了紅燈和綠燈不會同時亮，提高了系統(tǒng)安全性。</p><p>　　對于無線強通控制

62、，當強通開關X002按下后，通過X002的常開及常閉開關強行接通直行方向綠燈，同時強行斷開其它方向通路。</p><p>　　對于人行道信號燈，本設計能過采用直行及左轉(zhuǎn)紅、黃、綠燈的常開及常閉開關直接控制其紅燈和綠燈的通路，也大大簡化了系統(tǒng)，符合設計的可靠性和經(jīng)濟性等要求。</p><p>　　圖3.6 南北方向程序梯形圖（a） </p><p><b>

63、;　　續(xù)圖（b）</b></p><p><b>　　(b) </b></p><p><b>　　續(xù)圖（c）</b></p><p><b>　　(c)</b></p><p><b>　　2.東西方向</b></p><

64、p>　　東西方向的梯形圖構成與南北方向相同，但啟動次序不同，本文不加以詳細論述。具體梯形圖程序如圖3.7所示：</p><p>　　圖3.7 南北方向程序梯形圖(a) </p><p><b>　　續(xù)圖（b）</b></p><p>　　(b) </p><p>　　3

65、.1.4 信號燈的PLC外部連線圖</p><p>　　信號燈的PLC外部連線較為簡便，信號燈輸出一端直接接PLC的輸出端，另一端在并上一個24V的直流電源后接入PLC的接地端COM1。連線圖如圖3.8所示：</p><p>　　圖3.8 信號燈的PLC外部連線圖</p><p>　　3.2 倒計時數(shù)碼管的設計</p><p>　　在實際的

66、交通控制中，僅有信號燈是遠遠不夠的，還需要系統(tǒng)將各個時序階段的具體運行時間顯示出來。本節(jié)將就如何實現(xiàn)數(shù)碼顯示及數(shù)碼管的外部接線作詳細介紹。</p><p>　　3.2.1程序梯形圖</p><p>　　本設計中四個方向數(shù)碼管共設置了四組，南北方向和東西方向各兩組，每一方向的兩組數(shù)碼管顯示均相同。對于某一組數(shù)碼管，又分為了個位數(shù)字顯示和十位顯示，對于該組數(shù)碼管，又分別顯示直行、左轉(zhuǎn)時兩個燈切

67、換之間的時間。</p><p>　　該段程序的設計，主要是通過D0-D4數(shù)據(jù)寄存器來實現(xiàn)。開始時，南北直行綠、南北直行黃、南北直行紅、東西直行綠、東西直行黃、東西直行紅分別在其電路接通時發(fā)送給顯示電路一個脈沖信號，同時中間繼電器M8013每隔1s發(fā)送一個脈沖信號。當顯示電路收到信號后首先將D0清零， 并且每秒加1，然后用要顯示的數(shù)依次減去D0中的數(shù)字并發(fā)送到寄存器D1；將D1中的數(shù)字分別取個位和十位發(fā)送到寄存器D

68、2和D4，最后用SEGD命令將D2和D4中的數(shù)字顯示到數(shù)碼管上。</p><p><b>　　1.南北方向</b></p><p>　　該方向程序的梯形圖設計如圖3.9所示：</p><p>　　圖3.9 南北方向程序梯形圖(a) </p><p><b>　　續(xù)圖（b）</b></p>

69、;<p>　　(b) </p><p><b>　　2.東西方向</b></p><p>　　該方向程序的梯形圖設計如圖3.10所示：</p><p>　　圖3.10 東西方向程序梯形圖(a) </p><p><b>　　續(xù)圖（b）</b&g

70、t;</p><p>　　(b) </p><p>　　3.2.2 數(shù)碼管的PLC外部連線圖</p><p>　　對于數(shù)碼管的連線，南北向、東西向的兩組數(shù)碼管的各接頭依次接在PLC輸出端的Y020-Y056口上，另一端再并上一個24V的直流電源后接入PLC的接地端COM1，連線圖如圖3.11所示：</p>

71、<p>　　圖3.11 數(shù)碼管的PLC外部連線</p><p><b>　　3.3 本章小結</b></p><p>　　本章研究了信號燈的具體配置、時序要求、端口分配、梯形圖程序的設計以及PLC外部連線；對于數(shù)碼管顯示，主要研究了數(shù)碼管的顯示原理、控制程序和外部連線等問題，己完成了交通信號燈控制系統(tǒng)設計的大部分。對于系統(tǒng)的仿真，本設計選用三菱公司的GX.

72、Developer程序開發(fā)工具進行仿真模擬。</p><p>　　第四章 交通燈系統(tǒng)的設計</p><p>　　4.1 交通系統(tǒng)的發(fā)展趨勢</p><p>　　交通系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢就是要提高通行能力，加強環(huán)境保護，開展智能化運輸和環(huán)保專項技術的研究，并且要做到以人為本，重點開展交通安全技術的研究，在這個過程中要確定經(jīng)濟合理的目標，促進新材料的廣泛應用和開發(fā)。<

73、;/p><p>　　4.2 選擇VHDL硬件描述語言設計的優(yōu)勢</p><p>　　首先，簡單地介紹一下什么是VHDL硬件描述語言。VHDL的英文全稱是VHSIC（Very High Speed Integrated Circuit）Hardware Description Language。是EDA設計中使用最多的語言之一，它具有很強的電路描述和建模能力，能從多個層次對數(shù)字系統(tǒng)進行建模和描述

74、，從而大大地簡化了硬件設計任務，提高了設計效率和可靠性。</p><p>　　其次，這次設計選用VHDL硬件描述語言的優(yōu)勢就在于傳統(tǒng)的用原理圖設計電路的方法具有直觀形象的優(yōu)點，但如果所設計系統(tǒng)的規(guī)模比較大，或者設計軟件不能提供設計者所需的庫單元時，這種方法就顯得很受限制了。而且用原理圖表示的設計，通用性、可移植性也比較弱，所以在現(xiàn)代的設計中，越來越多地采用了基于硬件描述語言的設計方式。利用硬件描述語言來設計電路，

75、使探測各種設計方案變成一件很容易的事，因為只需要對描述語言進行修改，這比更改電路原理圖要容易實現(xiàn)得多。</p><p>　　4.3 紅綠燈交通信號系統(tǒng)功能描述</p><p>　　在交通信號燈的設計中，外部硬件電路方面主要包括：兩組紅綠燈、兩組LED顯示器（見圖1）。軟件方面包括：（1）電路合成模塊的概念：將交通燈信號系統(tǒng)劃分成若干個小電路，編寫每一個模塊的VHDL程序代碼，并將各個小電路

76、相連接。這樣可以增加程序的調(diào)試速度，同時也能夠?qū)⒐ぷ骷毞?，以提高編程速度（見圖2、圖3）。（2）參數(shù)化的概念：針對不同時段的交通流量，可以調(diào)整紅綠燈電路（增加或者減少電路的計數(shù)時間），以增加程序的靈活性。</p><p>　　圖1 十字路口示意圖</p><p>　　圖2 交通信號燈系統(tǒng)結構圖</p><p>　　由交通信號燈系統(tǒng)結構圖(見圖2)可知，該系統(tǒng)由4個

77、子電路組成。其中包括：</p><p><b>　　時鐘發(fā)生電路；</b></p><p><b>　　計數(shù)秒數(shù)選擇電路；</b></p><p><b>　　倒計時控制電路；</b></p><p>　　紅綠燈信號控制電路。</p><p>　　圖3

78、 交通信號燈系統(tǒng)模塊圖</p><p>　　由圖3可以看出系統(tǒng)大體的工作程序是：首先由時鐘發(fā)生電路產(chǎn)生穩(wěn)定的時鐘信號，為下面三個子電路提供同步工作信號。接收到時鐘信號的紅綠燈信號控制電路開始工作，并將產(chǎn)生的重新計數(shù)的輸出使能控制信號發(fā)送給計數(shù)秒數(shù)選擇電路和倒計時控制電路，同時還會將目前電路產(chǎn)生的狀態(tài)信號發(fā)送給前者。接收到重新計數(shù)的信號后計數(shù)秒數(shù)選擇電路就會負責產(chǎn)生計數(shù)器所需要的計數(shù)值，并將這一數(shù)值發(fā)送給倒計時控制

79、電路，由它利用發(fā)光二極管顯示倒計時的狀態(tài)。當計數(shù)器計時完畢，倒計時控制器就會負責產(chǎn)生一個脈沖信號發(fā)送給紅綠燈信號控制電路進入下一個狀態(tài)，之后循環(huán)這一過程。</p><p>　　4.4 紅綠燈交通信號系統(tǒng)的VHDL模塊</p><p>　　4.4.1 時鐘脈沖發(fā)生電路</p><p>　　在紅綠燈交通信號系統(tǒng)中，大多數(shù)的情況是通過自動控制的方式指揮交通的。因此，為了避

80、免意外事件的發(fā)生，電路必須給出一個穩(wěn)定的時鐘（clock）才能讓系統(tǒng)正常的工作。因此，hld1時鐘發(fā)生電路（見圖4）最主要的功能就是產(chǎn)生一些穩(wěn)定的輸出信號，并將其用做后面幾個電路的使能控制與同步信號。</p><p>　　圖4 時鐘發(fā)生電路模塊圖</p><p><b>　　系統(tǒng)輸入信號：</b></p><p>　　clk：由外部信號發(fā)生器

81、提供1kHZ的時鐘信號；</p><p>　　reset：系統(tǒng)內(nèi)部自復位信號。</p><p><b>　　系統(tǒng)輸出信號：</b></p><p>　　ena_scan：將外部的時鐘信號進行分頻處理；</p><p>　　ena_1hz：產(chǎn)生每秒一個的脈沖信號；</p><p>　　flash_1

82、hz：產(chǎn)生每秒一個脈沖的時鐘信號。</p><p>　　經(jīng)仿真后得到的時序圖(見圖5、圖6)：</p><p>　　圖5 將clk經(jīng)分頻處理后得到的ena_scan信號</p><p>　　圖6 時鐘發(fā)生電路時序圖</p><p>　　從圖5中可以看出，當外部信號發(fā)生器提供了1kHZ的時鐘信號后，系統(tǒng)輸出信號ena_scan就將時鐘信號進行

83、了4分頻。從圖6又可以看出，當加入1kHZ的時鐘信號后，ena_1hz產(chǎn)生了周期為一秒的脈沖信號，flash_1hz產(chǎn)生了周期為一秒的脈沖時鐘信號。</p><p>　　在這段程序的設計過程中最大的特點就是引用了參數(shù)化的概念，即使用了常數(shù)(constant)。常數(shù)的定義和設置主要是為了使程序更容易閱讀和修改，只要改變了常量的數(shù)值，使用到該常數(shù)的地方都會隨著更新而使用新的常數(shù)值。這就使設計的靈活性增強了。例如程序中

84、用到的：constant scan_bit:positive:=2;</p><p>　　signal clk_scan_ff:std_logic_vector(scan_bit-1 downto 0);第一句就是將scan_bit設為常數(shù)‘2’，這個數(shù)值是可以根據(jù)設計的需要任意設定的。第二句是定義一個信號，它的位數(shù)就是(scan_bit-1),因為之前scan_bit設定的值為2，所以信號的位數(shù)就是2位。如果想

85、增減信號的位數(shù)，只需要改動常數(shù)的賦值就可以了。</p><p>　　4.4.2 計數(shù)秒數(shù)選擇電路</p><p>　　當通過交通路口時，如果能在一個方向增添一個倒計時顯示器對車輛、行人加以提示，可能會有更好的效果。因此,hld2計數(shù)秒數(shù)選擇電路(見圖7)最主要的功能就是負責輸出顯示器需要的數(shù)值（即倒數(shù)的秒數(shù)值），作為倒計時顯示器電路的計數(shù)秒數(shù)。</p><p>　　

86、圖7 計數(shù)秒數(shù)選擇電路模塊圖</p><p><b>　　系統(tǒng)輸入信號：</b></p><p>　　clk：由外部信號發(fā)生器提供1kHZ的時鐘信號；</p><p>　　reset：系統(tǒng)內(nèi)部自復位信號；</p><p>　　ena_scan：接收由時鐘發(fā)生電路提供的250Hz的時鐘脈沖信號；</p>&

87、lt;p>　　recount：接收由交通燈信號控制電路產(chǎn)生的重新計數(shù)的使能控制信號；</p><p>　　sign_state：接收由交通燈信號控制電路產(chǎn)生的狀態(tài)信號。</p><p><b>　　系統(tǒng)輸出信號：</b></p><p>　　load：負責產(chǎn)生計數(shù)器所需要的計數(shù)數(shù)值。</p><p>　　經(jīng)仿真后得

88、到的時序圖(見圖8)：</p><p>　　圖8 計數(shù)秒數(shù)選擇電路時序圖</p><p>　　由計數(shù)描述選擇電路的時序圖(見圖8)可以看出這段程序中定義了在正常車流量情況下，東西及南北方向紅燈、黃燈和綠燈需要維持的秒數(shù)分別是15s、5s和25s。</p><p>　　architecture bhv of hld2 is</p><p>　

89、　constant redew_time:integer:=15;---東西方向紅燈設定為15s。</p><p>　　constant yellowew_time:integer:=5;--東西方向黃燈設定為5s。</p><p>　　constant greenew_time:integer:=25;--東西方向綠燈設定為25s。</p><p>　　const

90、ant redsn_time:integer:=15;--南北方向紅燈設定為15s。</p><p>　　constant yellowsn_time:integer:=5;--南北方向黃燈設定為5s。</p><p>　　constant greensn_time:integer:=25;--南北方向綠燈設定為25s。</p><p><b>　　beg

91、in</b></p><p>　　process(reset,clk)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if reset='1' then</p><p>　　load<="00000000";</p><p&g

92、t;　　elsif (clk'event and clk='1') then</p><p>　　if (ena_scan='1' and recount='1') then</p><p>　　case sign_state is</p><p>　　when "000"=>load

93、<=conv_std_logic_vector(greensn_time,8);</p><p>　　--sign_state=“000”時，南北方向綠燈亮25s。</p><p>　　when "001"=>load<=conv_std_logic_vector(yellowsn_time,8);</p><p>　　--si

94、gn_state=“001”時，南北方向黃燈亮5s。</p><p>　　when "010"=>load<=conv_std_logic_vector(redsn_time,8);</p><p>　　--sign_state=“010”時，南北方向紅燈亮15s。</p><p>　　when "011"=>

95、;load<=conv_std_logic_vector(redew_time,8);</p><p>　　--sign_state=“011”時，東西方向紅燈亮15s。</p><p>　　when "100"=>load<=conv_std_logic_vector(yellowew_time,8);</p><p>　　-

96、-sign_state=“100”時，東西方向黃燈亮5s。</p><p>　　when "101"=>load<=conv_std_logic_vector(greenew_time,8);</p><p>　　--sign_state=“101”時，東西方向綠燈亮25s。</p><p>　　when others=>loa

97、d<=conv_std_logic_vector(yellowsn_time,8);</p><p><b>　　end case;</b></p><p>　　當外部信號發(fā)生器提供了1kHZ的時鐘信號，并且重新計數(shù)信號(recount)為“1”時,load信號就會按照預先設置的數(shù)值逐1遞減,直至減到零為止,當下一個重新計數(shù)信號(recount)再次為“1”時，

98、會重復此過程。</p><p>　　在這段程序的設計中用到了conv_std_logic_vector(value,n)語句，它的用法就是將已經(jīng)定義的數(shù)值 (value)轉(zhuǎn)換成n位(bit)的表示方法。例如程序中：when "000"=>load<=conv_std_logic_vector(greenew_time,8);就是將十進制的25轉(zhuǎn)換成二進制的19，這就使設計減少了很多

99、不必要的麻煩。</p><p>　　4.4.3 倒計時控制電路</p><p>　　通過日常生活中的觀察，我發(fā)現(xiàn)在一些交通路口已經(jīng)開始使用倒計時顯示器，它們的作用就是用來提示車輛行人目前還有多長時間信號燈會發(fā)生變化，這樣車輛行人就可以提前判斷是否有足夠的時間通過路口，進而就可以避免很多意外事故的發(fā)生。例如：南北方向綠燈，車輛處于正常行駛中，東西方向紅燈，車輛處于等待中，若南北方向行駛的車輛

100、看到倒計時顯示器上可以通行的時間很短，可能就會放慢速度等待下一次通行，這樣在東西方向綠燈時，車輛就能夠正常行駛，不會為等待南北方向強行的車輛而耽誤更多的時間。如此循環(huán)下去，道路就會暢通無阻了。考慮到有些路口的交通擁堵現(xiàn)象較為嚴重，車輛會在道路上排成很長的一隊，這樣排在較遠距離的司機就很難看清楚倒計時顯示器上變化的數(shù)字，有可能會影響到車輛之間的正常行駛。因此，如果采用發(fā)光二極管作為倒計時的顯示裝置就會使司機和行人一目了然，同樣也能夠起到很

101、好的提示作用。所以，hld3倒計時控制電路(見圖9)最主要的功能就是負責接收hld2電路輸出的值，然后將其轉(zhuǎn)換成BCD碼，并利用發(fā)光二極管顯示出來，讓車輛行人能夠清楚地知道再過多久信號燈就會發(fā)生變化。</p><p>　　圖9 倒計時控制電路</p><p><b>　　系統(tǒng)輸入信號：</b></p><p>　　clk：由外部信號發(fā)生器提供

102、1kHz的時鐘信號；</p><p>　　reset：系統(tǒng)內(nèi)部自復位信號；</p><p>　　ena_1hz：接收由時鐘發(fā)生電路提供的1Hz的脈沖信號；</p><p>　　recount：重新計數(shù)的使能控制信號；</p><p>　　load：負責接收計數(shù)器所需要的計數(shù)數(shù)值。</p><p><b>　　

103、系統(tǒng)輸出信號：</b></p><p>　　led：負責將計數(shù)數(shù)值轉(zhuǎn)換成BCD碼，并利用發(fā)光二極管顯示倒計時狀態(tài)；</p><p>　　next_state：當計數(shù)器計時完畢后，負責產(chǎn)生一個脈沖信號，作為下一個狀態(tài)的觸發(fā)信號。</p><p>　　經(jīng)仿真后得到的時序圖(見圖10)：</p><p>　　圖10 倒計時控制電路時序

104、圖</p><p>　　由倒計時控制電路的時序圖(見圖10)可以看出，當clk時鐘信號來臨后，在ena_1hz脈沖信號的同時激勵下，led會按照預先設置好的時間開始逐1遞減，進行倒計時顯示。</p><p>　　process(clk,reset)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if

105、 (reset='1') then </p><p>　　cnt_ff<="00000000";</p><p>　　led<="0000000000000000000000000";--當reset=1，則將cnt_ff與led清零。</p><p>　　elsif (clk'event

106、and clk='1') then</p><p>　　if ena_1hz='1' then </p><p>　　if (recount='1') then</p><p>　　cnt_ff<=load-1;--當reset=0,clk為上升沿觸發(fā)，且ena_1hz與recount為1時，load將

107、減1的數(shù)值賦給cnt_ff。</p><p>　　else cnt_ff<=cnt_ff-1;-- 當reset=0,clk為上升沿觸發(fā)，且ena_1hz為1時，recount為0時，cnt_ff減1。</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p

108、><p>　　case conv_integer(cnt_ff) is</p><p>　　when 0=>led(24 downto 0)<="1000000000000000000000000";</p><p>　　when 1=>led(24 downto 0)<="110000000000000000000

109、0000";</p><p>　　when 2=>led(24 downto 0)<="1110000000000000000000000";</p><p>　　when 3=>led(24 downto 0)<="1111000000000000000000000";</p><p>&l

110、t;b>　　……</b></p><p>　　when 23=>led(24 downto 0)<="1111111111111111111111110";</p><p>　　when 24=>led(24 downto 0)<="1111111111111111111111111";</p>

111、<p>　　when others=>led(24 downto 0)<="0000000000000000000000000";</p><p><b>　　end case;</b></p><p>　　這段程序是采用的就是查表的方法并且利用發(fā)光二極管進行倒計時顯示,如圖10所示:當綠燈點亮開始計數(shù)后，load就會將減1

112、后的值賦給cnt_ff，之后cnt_ff又會從case語句中查找到相對應的值再賦給led顯示所剩余的時間。在程序編寫過程中運用到了conv_integer()語句，它可以將cnt_ff所賦的值轉(zhuǎn)換成整數(shù)。由圖可知led是25位的系統(tǒng)輸出信號，負責控制發(fā)光二極管的輸出，所以25位的輸出信號可以分成七組控制發(fā)光二極管的顯示，其中“1”為點亮，“0”為熄滅。其對應方式如下表所示：</p><p>　　4.4.4 紅綠燈

113、信號控制電路</p><p>　　在紅綠燈交通信號系統(tǒng)中，大多數(shù)的情況是通過自動控制的方式指揮交通。但為了配合高峰時段，防止交通擁擠，有時還必須使用手動控制，即讓交通警察自行指揮交通。因此，hld4紅綠燈信號控制電路(見圖11)除了負責監(jiān)控路口紅綠燈之外，最主要的功能就是能夠利用開關來切換手動與自動的模式，讓交通警察能夠通過外部輸入的方式來控制紅綠燈交通信號系統(tǒng)的運做。

114、 </p><p>　　圖11 紅綠燈信號控制電路</p><p><b>　　系統(tǒng)輸入信號：</b></p><p>　　clk：由外部信號發(fā)生器提供1kHZ的時鐘信號；</p><

115、p>　　reset：系統(tǒng)內(nèi)部自復位信號；</p><p>　　ena_scan：接收由時鐘發(fā)生電路提供的250Hz的時鐘脈沖信號；</p><p>　　ena_1hz：接收由時鐘發(fā)生電路提供的1Hz的脈沖信號；</p><p>　　flash_1hz：接收由時鐘發(fā)生電路提供的1Hz的脈沖時鐘信號；</p><p>　　a_m：手動、自動

116、切換按鈕（1：自動、0：手動）；</p><p>　　st_butt： 紅綠燈狀態(tài)切換按鈕（在手動操作下，每按一次按鈕就變換一個狀態(tài)）；</p><p>　　next_state：接收由倒計時控制電路提供的下一個狀態(tài)的觸發(fā)信號。</p><p>　　系統(tǒng)輸出信號： recount：產(chǎn)生重新計數(shù)的輸出使能控制信號；</p><p>