一种基于CPLD的交通灯控制系统设计

0 引言
随着我国经济的快速发展，车辆拥有量也随之急剧增加，再加上人口数量的膨胀，城市的交通拥挤问题变得日益突出。如何使交通灯的控制更加合理，使现有的交通资源发挥更大的效益，已经成为城市管理者和科技工作者共同关心的问题。为此，我们设计开发了一个交通灯控制系统，由于该系统采用VHDL语言自顶向下的设计方法，利用可编程逻辑器件CPLD来实现，通过外部输入可方便地设定交通灯的延迟时间，使交通灯控制数字电路设计得到了优化，提高了系统的灵活性、可靠性和可扩展性。该系统可以较好地缓解交通压力，并可实现对突发事件进行紧急处理。
在数字系统设计领域，电子设计自动化(EDA)工具已经成为主要的设计手段，随着硬件描述语言VHDL和可编程逻辑器件CPLD的广泛应用，使数字电路的设计得到了优化，并且具有很强的设计和仿真功能。

1 系统原理及方案
交通信号灯是由交通灯控制器控制其红绿灯周期变化的，现在的大部分十字路口交通灯采用的都是固定周期，由于实际路况较为复杂，不能有效地实时对时间资源的合理调配，达到缓解交通的目的。本文设计的交通灯控制系统的周期可以改变，黄灯和东西方向以及南北方向红灯时间由外部输入设定，绿灯由系统依据设定值自动计算。
交通灯控制器控制两个方向交叉路口的交通，以秒为单位，采用倒计时的方式显示通行或者禁止通行的剩余时间。系统设置外部输入复位信号，复位信号有效时，控制信号处于东西方向绿灯状态，并读取设定输入值，再将复位信号返回无效状态后，系统按新读入的设定值运行，绿灯变至红灯时，黄灯亮，以便于车辆能停在停车线内。如果能够与传感器相结合就具有智能功能，能够根据当时的路况的随时做出相应的调整。交通灯工作时序见图1。

交通灯在东西南北方向安装信号灯和数码管，两个方向共6个信号灯，4个数码管。下表1是交通灯控制系统红灯与黄灯可供改变的值。

2 系统硬件设计
复杂可编程器件(CPLD)采用CMOS EPROM、E2PROM和快闪存储器等编程技术，构成了高密度、高速度和低功耗的可编程逻辑器件。本文设计的交通灯控制器采用的是Lattice公司提供的CPLD产品－ISPLSI 1032，一片ISPLSI1032中共有192个寄存器，64个I／O管脚，8个特定输入输出管脚，4个特定输入时钟管脚和一个全局布线池。该器件所需的时钟脉冲信号由外部电路提供，设为16MHz。
本文设计的交通灯用两组红黄绿三色的发光数码管LED作为两方向的红黄绿灯，用两组数码管作为东西和南北方向的倒计时显示，用一个七位的拨动开关作为外部按键输入，还需要741s47译码器驱动数码管来实现数字的倒计时显示。