城市交通信號控制系統(tǒng)的設(shè)計

第6章城市交通信號控制系統(tǒng)的設(shè)計6.1設(shè)計任務(wù)6.2設(shè)計方案論證6.3以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字集成電路為核心的實現(xiàn)方案6.4基于雙MCU的交通信號控制系統(tǒng)6.5基于CPLD的交通信號控制系統(tǒng)

6.1設(shè)計任務(wù) 針對城市道路十字交叉路口，設(shè)計一個交通信號燈控制系統(tǒng)，具體要求如下: (1)主干道通車時間1~99s，可任意設(shè)置。 (2)次干道通車時間1~99s，可任意設(shè)置。 (3)黃燈亮?xí)r間1~9s，可任意設(shè)置。 (4)采用倒計時的方式，用兩位十進(jìn)制數(shù)字顯示紅、綠、黃色信號燈亮的倒計時時間。 (5)其他功能。

6.2設(shè)計方案論證

6.2.1十字路口交通信號簡介 十字路口的紅綠燈指揮著行人和各種車輛的安全運行，實現(xiàn)紅綠燈的自動指揮是城市交通管理自動化的重要課題。一般說來，十字路口處的兩條相互交叉的道路是有主次之分的。其中一條道路平時車流量較大，稱為主干道；而另一條道路平時車流量較小，稱為次干道。十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)應(yīng)考慮十字路口主、次干道車流量不同的特點，并且能根據(jù)車流量發(fā)生變化的實際情況，很方便地更改主、次干道的通車時間。 有一條主干道和一條次干道的城市道路交叉路口如圖6.1所示。每邊（共四邊）都設(shè)置紅、綠、黃色信號燈。紅燈亮表示禁止通行；綠燈亮表示可以通行；在綠燈亮轉(zhuǎn)變?yōu)榧t燈亮之前，先要求黃燈亮幾秒鐘，以便讓交叉路口停車線以外的車輛停止運行，而使交叉路口停車線以內(nèi)的車輛快速通過交叉路口。每一邊的紅、綠、黃色信號燈亮的順序是紅→綠→黃→紅→綠→黃……。主干道紅燈亮?xí)r，對應(yīng)次干道的綠燈亮、黃燈亮；主干道綠燈亮、黃燈亮?xí)r，對應(yīng)次干道的紅燈亮。這樣就要求主干道紅燈亮的時間，應(yīng)等于次干道綠燈亮的時間與次干道黃燈亮的時間之和；同理，次干道紅燈亮的時間，應(yīng)等于主干道綠燈亮的時間與主干道黃燈亮的時間之和。

有的時候，紅、綠、黃色信號燈亮的時間要求采用倒計時的方式，并用十進(jìn)制數(shù)字顯示出來，以便機動車司機和行人一目了然、心中有數(shù)。圖6.1交叉路口信號燈示意圖 6.2.2不同設(shè)計方案的簡單介紹 要實現(xiàn)上述城市道路交叉路口信號燈的自動控制，則要求交通信號控制系統(tǒng)由控制器，倒計時器，倒計時時間數(shù)字顯示部分，紅、綠、黃信號燈等幾個部分組成，其構(gòu)成原理方框圖如圖6.2所示。圖中有向線段的箭頭表示信號流向。圖6.2交通信號控制系統(tǒng)構(gòu)成原理方框圖 倒計時器用于對秒脈沖的計數(shù)，完成計時任務(wù)，向控制器發(fā)出相應(yīng)的定時信號，控制主干道和次干道的通車時間、禁止通行時間和黃燈亮的時間。 控制器根據(jù)倒計時器送來的信號，保持或改變系統(tǒng)的狀態(tài)，以實現(xiàn)對主、次干道車輛運行狀態(tài)的控制。同時，控制器對倒計時時間數(shù)字顯示部分進(jìn)行控制，使得數(shù)碼管顯示器能以兩位十進(jìn)制數(shù)字顯示紅、綠、黃色信號燈亮的倒計時時間。 根據(jù)上面的分析，完成設(shè)計任務(wù)的實現(xiàn)方案大致可以歸納為以下三種。 1.以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字集成電路為核心的實現(xiàn)方案 用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字集成電路實現(xiàn)交通信號控制系統(tǒng)的設(shè)計是比較容易的，雖然所設(shè)計的電路比較復(fù)雜，但是人們不難找到已有的設(shè)計方案作為參考。圖6.2中的倒計時器可以用十進(jìn)制減法計數(shù)器構(gòu)成；控制器可以用觸發(fā)器或其他功能的常規(guī)數(shù)字集成電路芯片來進(jìn)行設(shè)計；倒計時時間數(shù)字顯示部分也要用到減法計數(shù)器，還要用到顯示譯碼器等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字集成電路芯片。 2.以MCU為核心的實現(xiàn)方案 用單片機實現(xiàn)交通信號控制系統(tǒng)的設(shè)計相對而言是最容易的。因為交通信號燈控制系統(tǒng)就是要根據(jù)計時的情況，實現(xiàn)對交通信號燈的控制，并要用十進(jìn)制數(shù)字顯示倒計時時間，而單片機最適宜用來對物理對象進(jìn)行控制，通過單片機軟件編程，很容易實現(xiàn)對交通信號燈的控制和對LED數(shù)碼管的顯示控制。但是，單片機應(yīng)用系統(tǒng)具有抗干擾性差的缺點，而對交通信號燈控制系統(tǒng)工作可靠性的要求是很高的，所以，必須采取有效措施，提高單片機應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性。一般應(yīng)該綜合采用軟、硬件抗干擾措施，才能獲得好的抗干擾效果。 3.以CPLD為核心的實現(xiàn)方案 運用EDA技術(shù)實現(xiàn)電子系統(tǒng)的設(shè)計特別是數(shù)字電子系統(tǒng)的設(shè)計，是現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的趨勢。CPLD芯片內(nèi)部的電路功能可以通過標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言進(jìn)行設(shè)計，而且整個設(shè)計過程都是在通用計算機的幫助下完成的，從而使得以CPLD為核心的方案容易實現(xiàn)、容易修改、容易保存，因此，無論是在系統(tǒng)的工作可靠性方面，還是在系統(tǒng)的成本、系統(tǒng)的運行速度、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡易程度等方面，以CPLD為核心的實現(xiàn)方案具有一定的技術(shù)先進(jìn)性，而且最后能得到比較滿意的設(shè)計結(jié)果。 以上三種實現(xiàn)方案各自的特點有所不同，采用的技術(shù)手段也有很大區(qū)別。但是，因為設(shè)計任務(wù)本身不是很難，而這三種實現(xiàn)方案作為學(xué)生學(xué)習(xí)電子系統(tǒng)設(shè)計的簡單實例是比較好的（如作為電子技術(shù)課程設(shè)計題使用），所以，下面我們將對這三種實現(xiàn)方案都作詳細(xì)的介紹。6.3以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字集成電路為核心的實現(xiàn)方案 6.3.1十字路口交通信號控制系統(tǒng)電路的設(shè)計 圖6.3是十字路口交通信號控制系統(tǒng)電路原理圖。為了簡便起見，在圖6.3中沒有畫出“倒計時時間數(shù)字顯示部分”，該部分電路如圖6.4所示，稍后說明之。

在圖6.3中，IC1、IC2組成“主干道通車倒計時器”；IC3組成“主干道黃燈亮倒計時器”；IC4、IC5組成“次干道通車倒計時器”；IC6組成“次干道黃燈亮倒計時器”；IC7、IC8、IC9組成“控制器”；LED1~LED6表示“主、次干道的綠、黃、紅燈”。 上面所述4個“倒計時器”都是由十進(jìn)制可逆計數(shù)器74LS192組成的，現(xiàn)以“主干道通車倒計時器”為例進(jìn)行說明。IC1、IC2級聯(lián)，組成減法計數(shù)器，秒脈沖從IC2的第4腳輸入。當(dāng)LD=0時，由IC1、IC2組成的減法計數(shù)器處于預(yù)置數(shù)功能狀態(tài)，可編程的預(yù)置數(shù)由8421BCD碼撥盤開關(guān)SW1、SW2產(chǎn)生。例如，要求主干道通車時間為89s，則只要將SW1撥到8，將SW2撥到9就可以了。當(dāng)LD=1時，由IC1、IC2組成的減法計數(shù)器處于減法計數(shù)功能狀態(tài)，在秒脈沖的作用下，從89開始每秒鐘減1，當(dāng)減到00時，IC1的第12腳產(chǎn)生借位負(fù)脈沖Qcb=0，此負(fù)脈沖送到由IC7、IC8、IC9組成的“控制器”，使得“控制器”的狀態(tài)發(fā)生改變。 其他“倒計時器”的工作過程與“主干道通車倒計時器”類似。SW3、SW4用來預(yù)置次干道通車時間；SW5用來預(yù)置主、次干道黃燈亮的時間。由圖6.3可知，主、次干道黃燈亮的時間是相同的。 “控制器”主要由IC7組成。“控制器”中的IC7是CMOS數(shù)字集成電路（型號為CD4017），是十進(jìn)制計數(shù)/脈沖分配器。在任何時刻，IC7的輸出Y0~Y4總是有且僅有一個為邏輯1。當(dāng)Y0=1、Y1=Y2=Y3=Y4=0時，“主干道通車倒計時器”進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到00時，“主干道通車倒計時器”產(chǎn)生的借位負(fù)脈沖送到與非門IC8（型號為74LS20），由IC8產(chǎn)生正脈沖送到IC7，使IC7的狀態(tài)改變?yōu)閅1=1、Y0=Y2=Y3=Y4=0。 這時，“主干道通車倒計時器”處于預(yù)置數(shù)功能狀態(tài)，而“主干道黃燈亮倒計時器”IC3開始作減法計數(shù)。當(dāng)“次干道黃燈亮倒計時器”IC6減計數(shù)到0時，IC7的狀態(tài)改變?yōu)閅0=Y1=Y2=Y3=0、Y4=1，因為IC7的輸出端Y4接清零端Cr，所以這時IC7處于清零功能狀態(tài)，則IC7的狀態(tài)立即又變?yōu)閅0=1、Y1=Y2=Y3=Y4=0。由此可知，IC7是循環(huán)工作的。 “控制器”中的或門IC9（型號為74LS32），用來產(chǎn)生紅色信號燈的控制信號。例如，主干道的紅色信號燈LED1的控制信號是X1，在X1=1時LED1亮。而X1=Y2+Y3，由此可知，當(dāng)次干道的綠燈亮或次干道的黃燈亮?xí)r，主干道的紅色信號燈LED1也亮。次干道的紅色信號燈LED6的控制信號是X2，X2=Y0+Y1，這樣，當(dāng)主干道的綠燈亮或主干道的黃燈亮?xí)r，次干道的紅色信號燈LED6也亮。 在圖6.3中，用發(fā)光二極管LED1~LED6模擬交通信號燈，而實際中的交通信號燈可能是交流大功率高亮度燈泡或者是發(fā)光二極管陣列，只要給TTL集成電路（IC9，型號為74LS32）增加相應(yīng)的驅(qū)動電路就可滿足實際要求。 6.3.2倒計時時間數(shù)字顯示電路的設(shè)計要點 圖6.4是倒計時時間數(shù)字顯示部分，其左、右兩半部分分別是主、次干道倒計時時間數(shù)字顯示電路，從電路結(jié)構(gòu)上來看，左、右兩半部分具有對稱性。下面以主干道倒計時時間數(shù)字顯示電路為例，進(jìn)行簡要說明。 在圖6.3的基礎(chǔ)上，倒計時時間數(shù)字顯示電路的設(shè)計主要解決兩個問題:一是用兩個十進(jìn)制數(shù)字分時顯示紅、綠、黃色信號燈亮的時間，即分時顯示的問題；二是對紅色信號燈亮的時間實現(xiàn)倒計時，即紅色信號燈亮的倒計時問題。 分時顯示的問題是用三態(tài)門74LS245、74LS244解決的。圖6.4中IC15、IC16的芯片型號是74LS245，IC17的型號是74LS244。通過三態(tài)控制端的控制作用，在任何時刻，只有紅、綠、黃色信號燈亮的倒計時器中的一個倒計時器的狀態(tài)，被送到七段譯碼/驅(qū)動電路IC20、IC21（型號為74LS48），經(jīng)譯碼后，驅(qū)動共陰極數(shù)碼管LED7、LED8顯示倒計時器的狀態(tài)。圖6.4中的R43～R56是300Ω的限流電阻。該倒計時時間數(shù)字顯示電路還解決了消隱無效數(shù)字0的問題，即當(dāng)LED7要顯示的數(shù)字是0時，該數(shù)字0將消隱而不顯示。 在圖6.3中，通過或門IC9（型號為74LS32），可以很方便地獲得主干道紅色信號燈LED1的控制信號X1和次干道紅色信號燈LED6的控制信號X2。然而，在圖6.3中沒有紅色信號燈LED1、LED6亮的倒計時器。要解決紅色信號燈亮的倒計時問題，必須再設(shè)計紅色信號燈亮的倒計時器。在圖6.4中，IC10、IC11構(gòu)成了主干道紅色信號燈亮的倒計時器，SW6、SW7用來提供可編程的主干道紅色信號燈亮的時間預(yù)置數(shù)。但是，SW6、SW7提供的可編程的預(yù)置數(shù)，必須等于次干道綠燈亮的時間與次干道黃燈亮的時間之和，即等于SW3、SW4的預(yù)置數(shù)與SW5的預(yù)置數(shù)之和。

次干道的倒計時時間數(shù)字顯示電路與主干道的類似，SW8、SW9用來提供可編程的次干道紅色信號燈亮的時間預(yù)置數(shù)。同理，SW8、SW9提供的可編程的預(yù)置數(shù)必須等于主干道綠燈亮的時間與主干道黃燈亮的時間之和，即等于SW1、SW2的預(yù)置數(shù)與SW5的預(yù)置數(shù)之和。 由圖6.3和圖6.4可知，圖6.4所示的倒計時時間數(shù)字顯示部分不影響圖6.3所示控制電路的工作，但是，圖6.4所示的倒計時時間數(shù)字顯示部分受到圖6.3所示控制電路的控制。 因為有些十字路口的交通信號不需要用十進(jìn)制數(shù)字來顯示倒計時時間，所以，圖6.4所示的倒計時時間數(shù)字顯示部分與圖6.3所示的控制電路之間，宜采用積木式結(jié)構(gòu)，分別安裝在兩塊印制板上。這樣，在實際應(yīng)用中，當(dāng)需要“倒計時時間數(shù)字顯示部分”時，才將圖6.4所示的電路接上，與圖6.3所示控制電路配合使用；而在不需要“倒計時時間數(shù)字顯示部分”時，圖6.3所示的控制電路可單獨工作。 這里所介紹的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)主要采用標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)數(shù)字集成電路，只有IC7是CMOS系列數(shù)字集成電路，其他的都是TTL系列數(shù)字集成電路。將圖6.3所示電路與圖6.4所示電路分別制作安裝在兩塊印制板上，相互之間用信號排線及接插件連接。只要按圖正確接線，不需要調(diào)試，電路就能正常工作，并且該電路可完全滿足設(shè)計任務(wù)所提出的各項技術(shù)指標(biāo)要求。 經(jīng)試驗證明，這里所介紹的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了交通信號燈的自動控制，而且電路運行穩(wěn)定可靠，可應(yīng)用于實際場合。在實際應(yīng)用中，根據(jù)主、次干道車流量變化的情況，可通過撥盤開關(guān)SW1～SW9，很方便地更改主、次干道通車的時間。6.4基于雙MCU的交通信號控制系統(tǒng)

6.4.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)硬件電路如圖6.5所示，主要采用了兩片51系列單片機芯片AT89C51（IC1、IC2），電路左、右兩半部分分別負(fù)責(zé)主、次干道交通信號的控制與時間顯示。用發(fā)光二極管LED1~LED6表示交通信號燈，其中，LED1~LED3表示主干道信號燈，LED4~LED6表示次干道信號燈，雖然P0口的輸出級是開路電路，但因為所帶負(fù)載是灌電流負(fù)載，故未接上拉電阻。AT89C51的P0.7~P0.5直接驅(qū)動紅、綠、黃信號燈。AT89C51的P1口作輸出口，P1口輸出的BCD碼經(jīng)CD4511譯碼后，驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管，顯示倒計時時間，并通過IC7解決了消隱無效數(shù)字0的問題。四個共陰極數(shù)碼管LED7和LED8、LED9和LED10分別顯示主、次干道信號燈亮的倒計時時間。

AT89C51的P2口及P0.3~P0.0作輸入口，用于設(shè)置主、次干道的通車時間，通車時間的設(shè)定由8421BCD碼撥盤開關(guān)SW1~SW5完成，其中，SW1、SW2用于設(shè)置主干道通車時間（即主干道綠燈亮的時間），SW4、SW5用于設(shè)置次干道通車時間，SW3用于設(shè)置黃燈亮的時間。兩塊AT89C51芯片的串行口設(shè)置成異步通信方式，可實現(xiàn)相互之間的數(shù)據(jù)交換。該電路具有如下的技術(shù)指標(biāo): （1）主干道通車時間0~99s，可任意設(shè)置。 （2）次干道通車時間0~99s，可任意設(shè)置。 （3）黃燈亮?xí)r間0~9s，可任意設(shè)置。

（4）采用倒計時的方式，用兩位十進(jìn)制數(shù)字顯示紅、綠、黃色信號燈亮的倒計時時間。 正是因為電路中用了兩片AT89C51，從而提高了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性，并簡化了軟件設(shè)計。 6.4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計及單片機源程序 交通信號燈有紅、綠、黃三種。紅燈亮表示禁止通行；綠燈亮表示允許通行；在綠燈亮轉(zhuǎn)變?yōu)榧t燈亮以前，先要求黃燈亮幾秒鐘，以便讓交叉路口停車線以外的車輛停止通行，而讓交叉路口停車線以內(nèi)的車輛快速通過交叉路口。交通信號燈亮的順序是： 主綠、次紅主黃、次紅

主紅、次黃

主紅、次綠

由于主干道紅燈亮的時間=次干道綠燈亮的時間+次干道黃燈亮的時間，次干道紅燈亮的時間=主干道綠燈亮的時間+主干道黃燈亮的時間，主干道黃燈亮的時間=次干道黃燈亮的時間，因此，為了獲得主干道紅燈亮的時間，必須把次干道綠燈亮的時間從IC2的RAM中傳送到IC1，同理，應(yīng)把主干道綠燈亮的時間從IC1的RAM中傳送到IC2，而這些數(shù)據(jù)的相互傳送是通過串行口實現(xiàn)的。程序分為主程序和子程序，采用循環(huán)結(jié)構(gòu)，主、次干道的程序分別存放在IC1、IC2的片內(nèi)程序存儲器（ROM）中。

主干道的程序與次干道的程序幾乎相同，惟一不同之處是:主干道程序初始化后最先點亮的是綠燈，而次干道程序初始化后最先點亮的是紅燈。圖6.6是主干道程序流程框圖。 主干道源程序清單如下:

ORG0000H LJMPSTART ORG003BH START:MOVTMOD，#20H；定時器T1工作于模式2 MOVTL1，#0F3H；T1賦計數(shù)初值，設(shè)置波特率為1200

圖6.6主干道程序流程框圖 MOVTH1，#0F3HSETBTR1；啟動T1MOVSCON，#50H；串行口工作于方式1，允許接收MOVP0，#0FFH；置P0.3～P0.0為輸入且信號燈滅 MOVA，P0；讀P0口狀態(tài)ANLA，#0FHMOV22H，A；黃燈亮的時間存22H單元MOVP2，#0FFH；置P2口為輸入 MOVA，P2；讀P2口狀態(tài)LCALLBCDBIN；將BCD碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)MOV21H，A；綠燈亮的時間存21H單元MOVSBUF，A；發(fā)送數(shù)據(jù)JNBTI，$；等待發(fā)送結(jié)束CLRTI；清發(fā)送標(biāo)志JNBRI，$；等待接收結(jié)束CLRRI；清接收標(biāo)志 MOVA，SBUF；接收數(shù)據(jù)ADDA，22H；計算紅燈亮?xí)r間MOV20H，A；紅燈亮的時間存20H單元 MOVA，21H MOVR0，A；綠燈亮的時間送R0 CLRP0.6；點亮綠燈 LP1:DECR0LCALLBINBCD；將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為BCD碼

MOVP1，A；顯示時間LCALLDELAY；延時1秒CJNER0，#0，LP1；綠燈亮的時間未結(jié)束轉(zhuǎn)LP1MOVA，22H；綠燈亮的時間結(jié)束MOVR0，A；黃燈亮的時間送R0SETBP0.6；關(guān)綠燈CLRP0.5；點亮黃燈 LP2:DECR0LCALLBINBCDMOVP1，ALCALLDELAYCJNER0，#0，LP2MOVA，20HMOVR0，A；紅燈亮的時間送R0SETBP0.5；關(guān)黃燈CLRP0.7；點亮紅燈 LP3:DECR0LCALLBINBCDMOVP1，ALCALLDELAYCJNER0，#0，LP3MOVA，21HMOVR0，A；綠燈亮的時間送R0SETBP0.7；關(guān)紅燈CLRP0.6；點亮綠燈LJMPLP1；循環(huán)運行 BCDBIN:MOVR1，A；BCD碼轉(zhuǎn)二進(jìn)制數(shù)子程序SWAPAANLA，#0FHMOVB，#10MULABXCHA，R1ANLA，#0FHADDA，R1RET

BINBCD:MOVA，R0；二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)BCD碼子程序MOVB，#10DIVABSWAPAADDA，B RET DELAY:MOVR1，#10；延時1秒子程序K1:MOVR2，#100K2:MOVR3，#250K3:DJNZR3，K3DJNZR2，K2DJNZR3，K1 RET

6.5基于CPLD的交通信號控制系統(tǒng)

6.5.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 1.CPLD器件的選擇及CPLD電路的設(shè)計 我們選擇Lattice公司的ispLSI1000系列CPLD器件，芯片型號為ispLSI1032E。 該芯片具有如下特點。 (1)高密度: 可用門為60000個，邏輯單元為128個，寄存器為192個，I/O口為64個。 (2)高性能: 該器件采用E2COMS技術(shù)，70MHz的工作頻率，兼容TTL輸入/輸出，電可擦除和重組。 沒有使用的乘積項自動關(guān)閉而減少功耗。采用PLCC-84封裝，可以使用集成電路插座。 (3)在系統(tǒng)可編程: 5V在系統(tǒng)可編程，可提高設(shè)計效率，減小產(chǎn)品開發(fā)時間，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 ispLSI1032E的內(nèi)部資源能夠滿足本設(shè)計任務(wù)的需要。CPLD電路的設(shè)計我們采用湖南長沙三知公司生產(chǎn)的CPLD適配板來實現(xiàn)，該CPLD適配板自帶下載電路、電源插座、I/O擴展接口，因此，該CPLD適配板只要接入+5V電源，就可以作為用戶的最小系統(tǒng)而正常工作于用戶應(yīng)用系統(tǒng)中（嵌入用戶系統(tǒng)中）。 2.系統(tǒng)的硬件電路圖 在設(shè)計系統(tǒng)硬件電路圖時，只有時間設(shè)置電路、驅(qū)動及顯示電路、時鐘電路放在CPLD的外面，其他所有需要的系統(tǒng)硬件電路都由ispLSI1032E實現(xiàn)。系統(tǒng)硬件電路如圖6.7所示。

圖6.7系統(tǒng)硬件電路圖圖略 在圖6.7中，ispLSI1032E左邊的電路是時間設(shè)置電路和時鐘電路，右邊是驅(qū)動及顯示電路。時間設(shè)置電路由8421撥盤開關(guān)及下拉電阻組成。SW1、SW2用于設(shè)置主干道綠燈亮的時間即主干道通車時間，最大值為100s。SW3用于設(shè)置主干道和次干道的黃燈亮的時間，最大值為10s。SW4、SW5用于設(shè)置次干道綠燈亮的時間即次干道通車時間，最大值為100s。雖然主、次干道紅燈亮的時間可以通過求和運算得到，但是因為擔(dān)心ispLSI1032E的內(nèi)部資源不夠用，而且8421撥盤開關(guān)具有時間顯示功能，所以，主、次干道的紅燈亮的時間也是通過8421撥盤開關(guān)來進(jìn)行設(shè)置的，其中，SW6、SW7用于設(shè)置主干道紅燈亮的時間，SW8、SW9用于設(shè)置次干道紅燈亮的時間。

主、次干道的倒計時顯示器采用雙位共陰極LED數(shù)碼管，且每一個發(fā)光點都是雙色發(fā)光二極管。雙色發(fā)光二極管單獨發(fā)光時可以分別顯示紅色和綠色，當(dāng)紅色和綠色都亮?xí)r，由混色原理可知，這時顯示的是黃色，所以，主、次干道的倒計時顯示器能顯示紅、綠、黃三種顏色，而且LED數(shù)碼管倒計時顯示器的顯示顏色與交通信號燈的顏色是同步的。通過ispLSI1032E的VHDL語言編程實現(xiàn)了LED數(shù)碼管倒計時顯示器的動態(tài)掃描顯示，每一位數(shù)碼管顯示1ms，消隱1ms，數(shù)據(jù)刷新周期為2ms。qout_main、qout_secondary是CPLD發(fā)出的數(shù)碼管的段碼（g、f、e、d、c、b、a共七段），段碼是低電平有效。 led_high_main、led_low_main、led_high_secondary、led_low_secondary是CPLD發(fā)出的4個數(shù)碼管的位選碼，位選碼是高電平有效。 ispLSI1032E芯片共有64根I/O線，在圖6.7所示的系統(tǒng)硬件電路中使用了63根I/O線。

6.5.2系統(tǒng)軟件設(shè)計及VHDL源程序 由系統(tǒng)硬件電路設(shè)計可知，ispLSI1032E實現(xiàn)了除時間設(shè)置電路、驅(qū)動及顯示電路、時鐘電路以外的其他所有需要的系統(tǒng)硬件電路，并且通過VHDL硬件描述語言實現(xiàn)了對ispLSI1032E內(nèi)部硬件電路的設(shè)計。在進(jìn)行ispLSI1032E內(nèi)部邏輯功能的軟件設(shè)計過程中，采用狀態(tài)機的設(shè)計方法實現(xiàn)了圖6.2所示框圖中的控制器設(shè)計。所以，ispLSI1032E內(nèi)部邏輯電路主要由狀態(tài)機、100進(jìn)制減法計數(shù)器、顯示譯碼器、二選一數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)寄存器、分頻器等組成。ispLSI1032E的完整的VHDL源程序如下: DesignedbyOU-Weiming，2005.1.29 libraryieee; useieee.std_logic_1164.all; useieee.std_logic_unsigned.all; useieee.std_logic_arith.all; entitytraffic_real_1is port(clk:instd_logic; 40MHz時鐘輸入

indata_1，indata_3，indata_4，indata_5:instd_logic_vector(7downto0); indata_2:instd_logic_vector(3downto0);qout_main，qout_secondary:outstd_logic_vector(6downto0); 時間顯示段碼 led_high_main，led_low_main，led_high_secondary，led_low_secondary:outstd_logic;

時間顯示位選碼select_rg:outstd_logic_vector(3downto0); 顏色選擇控制 select_r_main，select_g_main，select_r_secondary，select_g_secondary:outstd_logic; jtdout:outstd_logic_vector(3downto0));交通燈信號輸出 endtraffic_real_1; architecturehavoftraffic_real_1is typestatesis(s3，s2，s1，s0);signalstate:states:=s0;signalnextstate:states:=s0;signalcount3，count2:std_logic_vector(3downto0); 主干道計數(shù)器 signalcount1，count0:std_logic_vector(3downto0); 次干道計數(shù)器 signaldata0_main:std_logic_vector(7downto0); 主干道倒計時初值 signaldata0_secondary:std_logic_vector(7downto0); 次干道倒計時初值

signallight:std_logic_vector(3downto0);交通燈輸出信號 signalqout_main_high，qout_main_low:std_logic_vector(6downto0); 主干道段碼 signalqout_secondary_high，qout_secondary_low:std_logic_vector(6downto0);次干道段碼 signalload_main，load_secondary:std_logic;計數(shù)器初值預(yù)置控制信號

signalclkms，clks:std_logic; 毫秒及秒信號signalflag_main，flag_secondary:std_logic;begin U1:process(clk) 時鐘分頻 variablestemp1:integerrange0to39999;variablecarry1:std_logic;beginif(clk’eventandclk=′1′)thenifstemp1=39999then stemp1:=0;carry1:=′1′;

elsestemp1:=stemp1+1;carry1:=′0′;endif;endif;clkms<=carry1;endprocessU1; U2:process(clkms)時鐘1000分頻variablestemp2:integerrange0to999;variablecarry2: