一種基于CPLD的交通燈控制系統設計

0 引言
隨著我國經濟的快速發展，車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揮更大的效益，已經成為城市管理者和科技工作者共同關心的問題。為此，我們設計開發了一個交通燈控制系統，由于該系統采用VHDL語言自頂向下的設計方法，利用可編程邏輯器件CPLD來實現，通過外部輸入可方便地設定交通燈的延遲時間，使交通燈控制數字電路設計得到了優化，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，并可實現對突發事件進行緊急處理。
在數字系統設計領域，電子設計自動化(EDA)工具已經成為主要的設計手段，隨著硬件描述語言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，由于實際路況較為復雜，不能有效地實時對時間資源的合理調配，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間由外部輸入設定，綠燈由系統依據設定值自動計算。
交通燈控制器控制兩個方向交叉路口的交通，以秒為單位，采用倒計時的方式顯示通行或者禁止通行的剩余時間。系統設置外部輸入復位信號，復位信號有效時，控制信號處于東西方向綠燈狀態，并讀取設定輸入值，再將復位信號返回無效狀態后，系統按新讀入的設定值運行，綠燈變至紅燈時，黃燈亮，以便于車輛能停在停車線內。如果能夠與傳感器相結合就具有智能功能，能夠根據當時的路況的隨時做出相應的調整。交通燈工作時序見圖1。

交通燈在東西南北方向安裝信號燈和數碼管，兩個方向共6個信號燈，4個數碼管。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，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產品－ISPLSI 1032，一片ISPLSI1032中共有192個寄存器，64個I／O管腳，8個特定輸入輸出管腳，4個特定輸入時鐘管腳和一個全局布線池。該器件所需的時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顯示，用一個七位的撥動開關作為外部按鍵輸入，還需要741s47譯碼器驅動數碼管來實現數字的倒計時顯示。