基于CPLD的交通灯系统.pdf

31基于CPLD的交通灯系统CPLDRealizesTraffic-lampofControl方磊马善农FangLeiMaShannong（东华理工学院电子工程与自动化系，抚州344000）(EastChinaInstituteofTechnology,Fuzhou344000)摘要：本文主要介绍以CPLD芯片进行十字路口的交通灯的设计，用CPLD作为交通灯控制器的主控芯片，采用VHDL语言编写控制程序，利用CPLD的可重复编程和在动态系统重构的特性，大大地提高了数字系统设计的灵活性和通用性。关键词：CPLD；VHDL；交通灯控制器中图分类号：TP39Abstract：Thispaperintroducestheelectronic-trafficlamp,whichisbasedontheVHDLandiscompletedbyCPLD.TheVHDLlanguageisusedastheIEEEstandardhardwaredescribesthelanguagetoconstitutethepartwiththeEDAimportance,describingtheabilitywithitsmightysystem,thematuredesignconstructionofthenorm.Originallydesignthetraffic-lampwhichimitatesthecrossroad.Writethecontrollerofthiskindoftraffic-lampwithVHDLlanguage.Keywords：Traffic-lamp；VHDL；CPLD0前言可编程逻辑设计是近年来在电子设计领域中出现的一门新技术，它把复杂的数字系统转化为用一两个可编程逻辑器件即可实现的“片上”系统；把系统的更新换代转化为简单的在系统编程设计；把后期进行的系统调试转移到设计实现之前在计算机上进行的功能仿真和时序仿真。这种新的技术将使硬件设计向软件化方向发展，它将大大简化数字系统的开发设计过程，使数字系统设计不再需要大量不同种类的芯片及芯片之间的复杂连线，不再需要一次又一次地调试硬件电路并反复修改、制作电路。这将有效地减少系统的体积，增加系统的可靠性，而且缩短开发周期，降低研制成本。复杂可编程逻辑器件CPLD是当今应用最广泛的可编程逻辑器件之一，后者也称为可编程专用集成电路（ASIC）。CPLD的静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改，这样就大大地提高了数字系统设计的灵活性和通用性。硬件描述语言是一种用形式化方法来描述数字电路和设计数字逻辑系统的语言，它的发展至今已有几十年的历史，并已成功地应用到系统的仿真、验证和设计综合等方面，其中应用最为普及的是VHDL。有专家认为，在新的世纪中，VHDL语言将承担起大部分的数字系统设计任务，使用VHDL语言来设计数字系统是电子设计技术的大势所趋。1基本原理运用VHDL语言进行系统设计，一般采用自上至下的设计方法。所谓自上至下的设计方法，就是从系统的总体要求出发，自上至下地逐步将设计内容细化，最后完成系统硬件的整体设计。采用自上至下设计方法的时候可以先建立设计的行为描述，建立设计的行为描述之后，可以在设计的早期阶段对设计的行为描述进行仿真，通过对仿真结果进行分析，进而调整、修改设计。本次设计中使用的CPLD芯片是Altera公司的MAX7000系列的EPM7128SLC8415，它有84个引脚，可用的门电路达到2500个，内含128个宏单元，引脚到引脚速度最快支持到5ns；I/O口接口有68个，工作电压5V，系统原理框图如图一所示。基于CPLD的交通灯系统32科技广场2004.10K图一交通灯控制系统原理图2VHDL设计流程CPLD具有用户可编程、时序可预测、速度高和容易使用等优点。上至高性能CPU,下至简单的74电路，都可以用CPLD来实现。而且CPLD的可编程性，使修改和产品升级变得十分方便。用户可以根据原理图或硬件描述语言自由地设计一个数字系统，然后通过软件仿真，事先验证设计的正确性。采用VHDL语言进行软件编程，利用MAX+PLUSII软件平台进行设计输入、项目处理、项目校验及器件编程等。设计输入可采用原理图输入、文本输入、波形输入或第三方EDA工具生成的设计网表文件等输入方法；设计校验包括功能仿真、时序仿真和定时分析；器件编程是用经过仿真确认的配置文件配置CPLD器件；在线校验是对编程后的CPLD器件加入实际的激励信号进行测试，检查是否可完成预定功能；最后完成整个系统设计。具体的设计流程图如图二所示。图二系统软件设计流程图3结束语本系统是利用Altera公司的CPLD芯片EPM7128SLC8415在MAX+PLUSII软件平台上设计的交通灯控制系统。它的优点是CPLD具有用户可在线编程、时序可预测、速度高和容易使用，电路变的简单明了；其缺点是目前CPLD芯片价格比单片机芯片要高。参考文献1语言例详解，北京理工大学ASIC研究所，清华大学出版社2的开发与应用，徐志军、徐光辉编著，电子工业出版社3技术与数字系统设计，包明、赵明富、陈渝光编著4可编