基于CPLDFPGA的交通灯控制器设计.doc

摘要: 用Verilog HDL语言设计交通灯控制系统，并在Quartus II系统对FPGA/CPLD芯片

进行下载，由于生成的是集成化的数字电路,没有传统设计中的接线问题,所以故障率低,

可靠性高,而且体积小,体现了EDA技术在数字电路设计中的优越性。

关键词：FPGA/CPLD ；Verilog HDL ；交通灯控制系统

Abstract: Design with the Verilog HDL language traffic light control system,

and the Quartus II system on FPGA / CPLD chip to download, as is the integration

of the generated digital circuits, not the traditional design of the wiring

problem, so failure rate, high reliability, and small, reflects the EDA

technology in digital circuit design advantages.

2 设计方案的论证 .....................................................................................................................5

2.1 设计内容 ...........................................................................................................................5

2.2 方案分析 ...........................................................................................................................5

2.3 方案比较 ...........................................................................................................................5

2.4 方案论证 ...........................................................................................................................6

3 单元模块设计 .........................................................................................................................8

3.1 有源晶振电路 ...................................................................................................................8

3.2 供电电路 ...........................................................................................................................9

3.3 JTAG 下载电路 ..............................................................................................................10

3.4 LED 灯输出电路 ............................................................................................................11

5.2 软件仿真 .......................................................................................................................21

6 硬件设计 ..............................................................................................................................23

7 总结与体会 ..........................................................................................................................25

8 致谢 ......................................................................................................................................26

9 参考文献 ..............................................................................................................................27

附件：最小系统 ......................................................................................................................28

1.1 EDA 技术介绍

EDA(Electronic Design Automation)是电子设计自动化的英文缩写，一般来说 EDA

技术是以计算机为工作平台，以 EDA 软件工具为开发环境，以 PDL 器件或者 ASIC 专用

集成电路为目标器件设计实现电路系统的一种技术。EDA 技术已成为现代电子设计技术

计的复用、交流、保存和修改；设计与工艺无关性，宽范围的描述能力，便于组织大规

模、模块化的设计。目前最常用的硬件描述语言是 Verilog HDL 和 VHDL，它们都已成为

IEEE 标准。

1.2 PLD 的介绍

PLD(Programmble Logic Device)是可编程逻辑器件，主要包括现场可编程门阵列

FPGA(Fied Programmable Gate Array) 和 复 杂 可 编 程 逻 辑 器 件 CPLD （ Complex

Progammable Logic Device）,PLD 是一种半制定的器件，器件内已做好各种逻辑资源，

用户只需要对期间内的资源编程连接就可实现所需要的功能，而且可反复修改，反复编

程，直到满足设计要求。用 PLD 实现设计直接面向用户，具有其他方法无可比拟的方便

性、灵活性和通用性，硬件测试和实现快捷，开发率高、成本低，风险小。现代 FPGA

或”阵列加上触发器的结构就可以实现任意的数字逻辑电路。PLD 器件就是采用这样的

结构，再加上可以灵活配置的互连线，从而实现任意逻辑功能。

图 1-1 表示的是 PDL 器件的基本结构图，此结构图是基于与或阵列的 PLD 器件的基

本结构，它是由输入缓冲电路、与阵列、或阵列和输出缓冲电路四部分组成。“与阵列”

与“或阵列”是主体，主要用来实现各种逻辑函数和逻辑功能；输入缓冲电路主要产生

输入信号的原变量和反变量，并增强输入信号的驱动能力；输出缓冲电路主要用来对将

要输出的信号进行处理，既能输出纯组合逻辑信号，也能输出时序逻辑信号，输出缓冲

电路中一般有三态门、寄存器单元，甚至是宏单元，用户可根据需要灵活配置成各种输

出方式 。

图 1-1 PLD 器件的基本结构

的应变能力较差，在一定程度上造成了交通资源的浪费，加重了道路的交通压力。在本

次设计中是以 EDA 技术为基础，利用 PCLD 设计交通灯控制器，整个设计通过用 Quartus

II 软件进行了模拟仿真。

2 设计方案的论证

2.1 设计内容

设计一个十字路口交通灯控制器，其示意图如图 2-1 所示，A 方向和 B 方向各设

一条支干道的汇合点形成的十字交叉路口。能够做到主、支干道的红绿灯闪亮的时间不

完全相同，在绿灯跳变红灯的过程中能够用黄灯进行过渡，使得行驶过程中的车辆有足

够的时间停下来。还要求在主、支干道各设立一组计时显示器，能够显示相应的红、黄、

绿倒计时。可以利用 Verilog HDL 语言合理设计系统功能，使红黄绿灯的转换有一个准

确的时间间隔和转换顺序。

2.3 方案比较

方案一：利用 8031 和 8255 芯片的 I/O 口引脚，系统采用 MCS51 单片机 INTECL8031

和可编程并行 I/O 接口芯片 8255A 为中心器件来设计交通控制器，实现根据车流量通过

8031 芯片的 P1 口设置红、绿、黄以及左拐灯亮的时间的功能。