基于CPLD的交通灯设计.doc

第一章 绪论 1.1 交通灯的介绍 1918年诞生的第一盏交通灯只有红绿两色，它是圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，它的诞生，使城市交通大为改善。 1925年，留学美国的中国电机专家胡汝鼎提出在绿灯之后加个黄灯的设想被采纳，于是诞生了真正意义上的三色交通灯。 传统的交通灯主要由单片机来控制，它主要由红黄绿三色灯组成。工作原理是设置好南北向和东西向的各色灯的亮灭顺序和持续时间来指挥车辆通行。 交通灯的发明和使用极大地保障了人民的生命安全，但因此引起的交通事故却还是时有发生。究其原因有以下两点： （1）单片机稳定性不够高，长年累月的运行容易引起故障，使得交通信号混乱； （2）单片机控制的交通灯不利于扩展，当交通灯功能扩充或更改的时候只能全部更换，不但浪费了资源，而带来了不便。 因此，传统的交通灯能基本满足一般交通状况的需求。然而，对于交通繁忙、路况复杂的大都市来说就显得力不从心了。 1.2 ?基于CPLD的交通灯的优点 基于CPLD的交通灯改变了基于单片机的传统交通灯不稳定和不利于扩展的缺点。 本文设计的基于CPLD的交通信号控制电路，突破了单片机的种种限制，对传统的交通灯做了如下改进： （1）用三色箭头指示灯来替代传统的红黄绿三色灯，分别指示左转、直行和右转，改变了传统交通灯一灯三向的状态，使交通更趋规则。 （2）增加了左弯待转指示灯，缓解了转弯时的拥堵状况。 （3）增加了直行绿灯倒计时功能，以便让司机控制过十字路口的车速，使交通更加安全有序。 （4）增加了全红灯的紧急状态。尽管警车、救护车等公务车可以在绿灯的状态下任意前行，可繁忙的交通还是使得公务车“有路难行”。紧急状态彻底改变了这一状况，让十字路口各方向的车都让路给公务车，真正做到畅通无阻。 本文设计的交通信号控制电路更趋于理性化和智能化，交通部门可以依据各路段各个时间点交通的繁忙状态和路况的复杂程度，利用CPLD的可擦除性，根据时段或路段进行不同的设置，避免了资源浪费。而且，CPLD的可扩展性也有利于交通部门在新的交通功能发明之后，在原有交通灯的基础上进行扩展，而不必重新设计，全部更换。 1.3 EDA简介 EDA技术是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的必威体育精装版成果，进行电子产品的自动设计。 利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。 现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。本文所指的EDA技术，主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。 EDA设计可分为系统级、电路级和物理实现级。 1.4 QuartusⅡ简介 Quartus II 是Altera公司的综合性PLD开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。 　　Quartus II可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl脚本完成设计流程外，提供了完善的用户图形界面设计方式。具有运行速度快，界面统一，功能集中，易学易用等特点。 　　Quartus II支持Altera的IP核，包含了LPM/MegaFunction宏功能模块库，使用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性、加快了设计速度。对第三方EDA工具的良好支持也使用户可以在设计流程的各个阶段使用熟悉的第三方EDA工具。 　　此外，Quartus II 通过和DSP Builder工具与Matlab/Simulink相结合，可以方便地实现各种DSP应用系统；支持Altera的片上可编程系统（SOPC）开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。 　　Maxplus II 作为Altera的上一代PLD设计软件，由于其出色的易用性而得到了广泛的应用。目前Altera已经停止了对Maxplus II 的更新支持，Quartus II 与之相比不仅仅是支持器件类型的丰富和图形界面的改变。Altera在Quartus II 中包含了许多诸如SignalTap II、Chip Editor和RTL Viewer的设计辅助工具，集成了SOPC和HardCopy设计流程，并且继承了Ma