一種基于CPLD的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，車輛擁有量也隨之急劇增加，再加上人口數(shù)量的膨脹，城市的交通擁擠問題變得日益突出。如何使交通燈的控制更加合理，使現(xiàn)有的交通資源發(fā)揮更大的效益，已經(jīng)成為城市管理者和科技工作者共同關(guān)心的問題。為此，我們設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)交通燈控制系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)采用VHDL語言自頂向下的設(shè)計(jì)方法，利用可編程邏輯器件CPLD來實(shí)現(xiàn)，通過外部輸入可方便地設(shè)定交通燈的延遲時(shí)間，使交通燈控制數(shù)字電路設(shè)計(jì)得到了優(yōu)化，提高了系統(tǒng)的靈活性、可靠性和可擴(kuò)展性。該系統(tǒng)可以較好地緩解交通壓力，并可實(shí)現(xiàn)對突發(fā)事件進(jìn)行緊急處理。
在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)工具已經(jīng)成為主要的設(shè)計(jì)手段，隨著硬件描述語言VHDL和可編程邏輯器件CPLD的廣泛應(yīng)用，使數(shù)字電路的設(shè)計(jì)得到了優(yōu)化，并且具有很強(qiáng)的設(shè)計(jì)和仿真功能。

1 系統(tǒng)原理及方案
交通信號燈是由交通燈控制器控制其紅綠燈周期變化的，現(xiàn)在的大部分十字路口交通燈采用的都是固定周期，由于實(shí)際路況較為復(fù)雜，不能有效地實(shí)時(shí)對時(shí)間資源的合理調(diào)配，達(dá)到緩解交通的目的。本文設(shè)計(jì)的交通燈控制系統(tǒng)的周期可以改變，黃燈和東西方向以及南北方向紅燈時(shí)間由外部輸入設(shè)定，綠燈由系統(tǒng)依據(jù)設(shè)定值自動(dòng)計(jì)算。
交通燈控制器控制兩個(gè)方向交叉路口的交通，以秒為單位，采用倒計(jì)時(shí)的方式顯示通行或者禁止通行的剩余時(shí)間。系統(tǒng)設(shè)置外部輸入復(fù)位信號，復(fù)位信號有效時(shí)，控制信號處于東西方向綠燈狀態(tài)，并讀取設(shè)定輸入值，再將復(fù)位信號返回?zé)o效狀態(tài)后，系統(tǒng)按新讀入的設(shè)定值運(yùn)行，綠燈變至紅燈時(shí)，黃燈亮，以便于車輛能停在停車線內(nèi)。如果能夠與傳感器相結(jié)合就具有智能功能，能夠根據(jù)當(dāng)時(shí)的路況的隨時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整。交通燈工作時(shí)序見圖1。

交通燈在東西南北方向安裝信號燈和數(shù)碼管，兩個(gè)方向共6個(gè)信號燈，4個(gè)數(shù)碼管。下表1是交通燈控制系統(tǒng)紅燈與黃燈可供改變的值。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
復(fù)雜可編程器件(CPLD)采用CMOS EPROM、E2PROM和快閃存儲(chǔ)器等編程技術(shù)，構(gòu)成了高密度、高速度和低功耗的可編程邏輯器件。本文設(shè)計(jì)的交通燈控制器采用的是Lattice公司提供的CPLD產(chǎn)品－ISPLSI 1032，一片ISPLSI1032中共有192個(gè)寄存器，64個(gè)I／O管腳，8個(gè)特定輸入輸出管腳，4個(gè)特定輸入時(shí)鐘管腳和一個(gè)全局布線池。該器件所需的時(shí)鐘脈沖信號由外部電路提供，設(shè)為16MHz。
本文設(shè)計(jì)的交通燈用兩組紅黃綠三色的發(fā)光數(shù)碼管LED作為兩方向的紅黃綠燈，用兩組數(shù)碼管作為東西和南北方向的倒計(jì)時(shí)顯示，用一個(gè)七位的撥動(dòng)開關(guān)作為外部按鍵輸入，還需要741s47譯碼器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)數(shù)字的倒計(jì)時(shí)顯示。