城市交通信号控制系统的设计(3)

(1) 高密度:
可用门为60 000个，逻辑单元为128个，寄存器为 192个，I/O口为64个。 

第6章城市交通信号控制系统的设计 (2) 高性能: 该器件采用 E2COMS 技术， 70 MHz 的工作频率，

兼容TTL输入/输出，电可擦除和重组。
没有使用的乘积项自动关闭而减少功耗。采用 PLCC-84封装，可以使用集成电路插座。 (3) 在系统可编程: 5 V在系统可编程，可提高设计效率，减小产品开

发时间，提高产品质量。

第6章城市交通信号控制系统的设计 ispLSI1032E的内部资源能够满足本设计任务的需要。 CPLD 电路的设计我们采用湖南长沙三知公司生产的 CPLD 适配板来实现，该 CPLD 适配板自带下载电路、电源插座、I/O扩展接口，因此，该CPLD适配板只要接入 +5 V 电源，就可以作为用户的最小系统而正常工作于用户应用系统中（嵌入用户系统中）。 2. 系统的硬件电路图 在设计系统硬件电路图时，只有时间设置电路、驱动及显示电路、时钟电路放在 CPLD 的外面，其他所有需要的系统硬件电路都由ispLSI1032E实现。系统硬件电路如图6.7所示。

第6章城市交通信号控制系统的设计

图略

图6.7 系统硬件电路图

第6章城市交通信号控制系统的设计 在图6.7中，ispLSI1032E左边的电路是时间设置电路和时钟电路，右边是驱动及显示电路。时间设置电路由 8421拨盘开关及下拉电阻组成。SW1、SW2用于设置主干道绿灯亮的时间即主干道通车时间，最大值为100 s。SW3用于设置主干道和次干道的黄灯亮的时间，最大值为10 s。

SW4、SW5用于设置次干道绿灯亮的时间即次干道通车时间，
最大值为 100 s 。虽然主、次干道红灯亮的时间可以通过求和运算得到，但是因为担心 ispLSI1032E 的  内部资源

不够用，而且8421拨盘开关具有时间显示功能，所以，主、
次干道的红灯亮的时间也是通过8421拨盘开关来进行设置的，其中，SW6、SW7用于设置主干道红灯亮的时间，SW8、

SW9用于设置次干道红灯亮的时间。

第6章城市交通信号控制系统的设计 主、次干道的倒计时显示器采用双位共阴极LED数码管，且每一个发光点都是双色发光

二极管。双色发光二极管单独发光时可以分别显示红色和绿色，当红色和绿色都亮时，由混色原理可知，这时显示的是黄色，所以，主、次干道的倒计时显示器能显示红、绿、黄三种颜色，而且LED数码管倒计时显示器的显示颜色与交通信号灯的颜色是同步的。通过 ispLSI1032E的VHDL 语言编程实现了 LED数码管倒计时显示器的动态扫描显示，每一位数码管显示1 ms，消隐1 ms，数据刷新周期为2 ms。qout_main、qout_secondary是CPLD发出的数码管的段码（g、f、e、d、c、b、a共七段），段码是低电平有效。 led_high_main 、led_low_main 、 led_high_secondary 、 led_low_secondary 是 CPLD发出的 4 个数码管的位选码，位选码是高电平有效。 ispLSI1032E芯片共有64根I/O线，在图6.7所示的系统硬件电路中使用了63根I/O线。

第6章城市交通信号控制系统的设计 6.5.2 系统软件设计及VHDL源程序 由系统硬件电路设计可知，ispLSI1032E实现了除

时间设置电路、驱动及显示电路、时钟电路以外的其
他所有需要的系统硬件电路，并且通过 VHDL 硬件描述语言实现了对ispLSI1032E内部硬件电路的设计。在进

行ispLSI1032E内部逻辑功能的软件设计过程中，采用
状态机的设计方法实现了图6.2所示框图中的控制器设计。所以，ispLSI1032E内部逻辑电路主要由状态机、

100进制减法计数器、显示译码器、二选一数据选择器、
数据寄存器、分频器等组成。 ispLSI1032E 的完整的 VHDL源程序如下:

第6章城市交通信号控制系统的设计  Designed by OU-Weiming， 2005.1.29  library ieee; use ieee.std_logic_1164.all;  use ieee.std_logic_unsigned.all; use ieee.std_logic_arith.all; entity traffic_real_1 is port(clk : in std_logic; 

 40MHz时钟输入

第6章城市交通信号控制系统的设计 indata_1 ， indata_3 ， indata_4 ， indata_5: in std_logic_vector(7 downto 0);

indata_2: in std_logic_vector(3 downto 0);
qout_main 时间显示段码 led_high_main ， led_low_main ，， qout_secondary:out  std_logic_vector(6 downto 0);

led_high_secondary
std_logic;

，

led_low_secondary:out

第6章城市交通信号控制系统的设计 时间显示位选码 select_rg: out std_logic_vector(3 downto 0); ，， select_g_main ，

 颜色选择控制
select_r_main select_r_secondary std_logic;  jtdout: out std_logic_vector(3 downto 0)); select_g_secondary:out

交通灯信号输出

第6章城市交通信号控制系统的设计 end traffic_real_1; architecture hav of traffic_real_1 is

type states is (s3，s2，s1，s0);
signal state: states:=s0; signal nextstate: states:=s0; signal count3 ， count2: std_logic_vector(3 downto 0); 

主干道计数器

第6章城市交通信号控制

系统的设计 signal count1 ， count0: std_logic_vector(3 downto 0); downto 0); signal    次干道计数器 std_logic_vector(7 主干道倒计时初值  : signal data0_main :

data0_secondary

std_logic_vector(7 downto 0);
次干道倒计时初值 



第6章城市交通信号控制系统的设计 signal light : std_logic_vector(3 downto 0);  交通灯输出信号 signal qout_main_high ， qout_main_low std_logic_vector(6 downto 0);  主干道段码 :

signal qout_secondary_high ， qout_secondary_low : std_logic_vector(6 downto 0); 次干道段码
signal load_main ， load_secondary: std_logic; 计数器初值预置控制信号

第6章城市交通信号控制系统的设计 signal clkms，clks: std_logic;  毫秒及秒信号 signal flag_main，flag_secondary: std_logic; begin U1:process(clk) 时钟分频 variable stemp1: integer range 0 to 39999; variable carry1: std_logic; begin if( clk’event and clk=′1′) then if stemp1=39999 then stemp1:=0; carry1:=′1′;

第6章城市交通信号控制系统的设计 else  stemp1:=stemp1+1; carry1:=′0′; end if; end if; clkms<=carry1; end process U1; U2: process(clkms)  时钟1000分频 variable stemp2: integer range 0 to 999; variable carry2: std_logic; begin if( clkms’event and clkms=′1′) then

if stemp2=999 then

第6章城市交通信号控制系统的设计 stemp2:=0; carry2:=′1′; else  stemp2:=stemp2+1; carry2:=′0′; end if; end if; clks<=carry2; end process U2;

U3: process(clks，load_main) 主干道倒计时器，
完成同步预置时间初值或减1

第6章城市交通信号控制系统的设计 begin if rising_edge(clks) then if load_main=′1′ then count3<=data0_main(7 downto 4); count2<=data0_main(3 downto 0);

elsif count2="0000" then
count3<=count3-1; count2<="1001"; else count2<=count2-1; end if; end if;

第6章城市交通信号控制系统的设计 end process U3; U4: process(clks，load_secondary)  次干道倒计时器，完成同步预置时间初值或减1  begin if rising_edge(clks) then if load_secondary=′1′ then count1<=data0_secondary(7 downto 4); count0<=data0_secondary(3 downto 0); elsif count0="0000" then count1<=count1-1; count0<="1001"; else

第6章城市交通信号控制系统的设计 else count0<=count0-1; end if; end if; end process U4; U5:process(clks) 产生预置时间初值控制信号 begin 并且改变当前状态 if falling_edge(clks) then if (count3="0000" and count2="0000" and count1="0000" and count0="0000" )then load_main<=′1′;

第6章城市交通信号控制系统的设计

load_secondary<=′1′;
state<=nextstate; elsif (count3="0000" and coun

t2="0000") then load_main<=′1′; load_secondary<=′0′;

state<=nextstate;
elsif (count1="0000" and count0="0000") then  load_main<=′0′; load_secondary<=′1′;

state<=nextstate;

第6章城市交通信号控制系统的设计 else load_main<=′0′; load_secondary<=′0′; end if; end if; end process U5; U6: process(state) 状态机 不妨设主干道是南北道，次干道是东西道 begin case state is when s0=> light<="0110";  s0状态，南北道绿灯亮，东西道红灯亮

第6章城市交通信号控制系统的设计 nextstate<=s1; data0_main<=indata_1; data0_secondary<=indata_5; select_rg<="1001"; when   s1状态，南北道黄灯亮，东西道红灯亮 nextstate<=s2; s1=> light<="0010";