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基于CPLD的智能多功能交通灯设计

摘要:基于altera公司的复杂可编程逻样器件

cpld(complexprogrammablelogicdevice),采用硬件描述语言vhdl,

外围电路以光电传感器为核心,在quartusii7.2开发环境中设计了

一种兼有数字钟功能的智能多功能交通灯,能实时检刚道路车辆的

排队情况,并进行流量统计。

关键词:复杂可编程逻辑器件智能多功能交通灯光电传感器

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、模块设计

在输人方式的选择方面,本设计采用硬件描述语言输人法设计各

底层模块,采用原理图输入法进行顶层模块的设计。整个软件系统

在quartusii7.2环境中分析综合、仿真,最后下载到cpld开发套

件平台进行测试。该开发平台基于altera公司的maxii系列cpld

芯片epm1270t144c5(144pin,tqfp封装),同时集成了50m晶振、

16x2字符型lcd、双七段数码管、jtag下载接口、40针并行扩展

口等,功能丰富。

2.1交通灯控制模块

clk为基准时钟脉冲。主道和支道的传感器检测到车流后,产生信

号输人到此模块的端口(主:mi,m2;支:bi,b2)后,使主道红(mr)、黄

(my)绿(mg)灯,以及支道红(br),黄(by)、绿(bg)灯交替工作。开发

板led上显示等候时间倒计时,lcd屏上显示此时主次干道上的路况,

并进行流量统计。而且主道具有优先权,即当支道无车时,总保持主

道畅通。

2.2数字钟模块

为方便路人,本系统还设计了液晶显示的数字钟。主要分为秒钟

模块、分钟模块,时钟模块、日钟模块、月钟模块和年钟模块。分

别对应进制为60,24,31(30,29和28),12以及10000的计数

器。输人时钟clk为周期is的脉冲信号,reset为时钟清零按

键,setmin,sethour,setday,setmonth以及setyear为手动调时

按钮,当按下按键0.25s时,对应位加1,为调时方便,长按时会连续

加1。

以秒钟和分钟模块为例介绍数字钟模块的设计,输人的clk为

is(即输人到数字钟模块的clk),当计数到60时,enmin脚产生延时

100ns的高电平,为分钟模块提供。ik信号,daout输出信号是当前

计数器所计的数字(即秒数)。clk来源于秒钟模块的enmin进位信

号,输出enhour端为时钟模块提供clk信号

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