一種基于CPLD的交通燈控制系統設計

0 引言
隨著(zhù)我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，車(chē)輛擁有量也隨之急劇增加，再加上人口數量的膨脹，城市的交通擁擠問(wèn)題變得日益突出。如何使交通燈的控制更加合理，使現有的交通資源發(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(wèn)題。為此，我們設計開(kāi)發(fā)了一個(gè)交通燈控制系統，由于該系統采用VHDL語(yǔ)言自頂向下的設計方法，利用可編程邏輯器件CPLD來(lái)實(shí)現，通過(guò)外部輸入可方便地設定交通燈的延遲時(shí)間，使交通燈控制數字電路設計得到了優(yōu)化，提高了系統的靈活性、可靠性和可擴展性。該系統可以較好地緩解交通壓力，并可實(shí)現對突發(fā)事件進(jìn)行緊急處理。
在數字系統設計領(lǐng)域，電子設計自動(dòng)化(EDA)工具已經(jīng)成為主要的設計手段，隨著(zhù)硬件描述語(yǔ)言VHDL和可編程邏輯器件CPLD的廣泛應用，使數字電路的設計得到了優(yōu)化，并且具有很強的設計和仿真功能。

1 系統原理及方案
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)際路況較為復雜，不能有效地實(shí)時(shí)對時(shí)間資源的合理調配，達到緩解交通的目的。本文設計的交通燈控制系統的周期可以改變，黃燈和東西方向以及南北方向紅燈時(shí)間由外部輸入設定，綠燈由系統依據設定值自動(dòng)計算。
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，采用倒計時(shí)的方式顯示通行或者禁止通行的剩余時(shí)間。系統設置外部輸入復位信號，復位信號有效時(shí)，控制信號處于東西方向綠燈狀態(tài)，并讀取設定輸入值，再將復位信號返回無(wú)效狀態(tài)后，系統按新讀入的設定值運行，綠燈變至紅燈時(shí)，黃燈亮，以便于車(chē)輛能停在停車(chē)線(xiàn)內。如果能夠與傳感器相結合就具有智能功能，能夠根據當時(shí)的路況的隨時(shí)做出相應的調整。交通燈工作時(shí)序見(jiàn)圖1。

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

2 系統硬件設計
復雜可編程器件(CPLD)采用CMOS EPROM、E2PROM和快閃存儲器等編程技術(shù)，構成了高密度、高速度和低功耗的可編程邏輯器件。本文設計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(xiàn)池。該器件所需的時(shí)鐘脈沖信號由外部電路提供，設為16MHz。
本文設計的交通燈用兩組紅黃綠三色的發(fā)光數碼管LED作為兩方向的紅黃綠燈，用兩組數碼管作為東西和南北方向的倒計時(shí)顯示，用一個(gè)七位的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)作為外部按鍵輸入，還需要741s47譯碼器驅動(dòng)數碼管來(lái)實(shí)現數字的倒計時(shí)顯示。