交通燈通常指由紅、黃、綠三種顏色燈組成用來指揮交通的信號燈。綠燈亮時，準許車輛通行，黃燈亮時，已越過停止線的車輛可以繼續(xù)通行；紅燈亮時，禁止車輛通行。

十字路口車輛穿梳，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實現這井然秩序呢？靠的是交通信號燈的自動指揮系統。交通信號燈控制方式很多，本文設計一個十字路口交通燈控制電路，要求東西、南北兩條干道的紅、綠、黃交通燈按要求循環(huán)變化，并以倒計時方式指示干道通行或禁止的維持時間。并在FPGA實驗板上實現所設計電路的功能。

1、系統概述

1．1、設計思想

基于FPGA的交通燈系統控制設計包括4大模塊，分別為脈沖發(fā)生、狀態(tài)定時、交通燈閃爍的控制、閃爍時間的控制，基本原理如圖1所示。

　　圖1 交通燈控制電路參考原理圖

1．2、總體工作情況

交通燈控制要求如表1所示。

該設計的交通燈控制分為6個狀態(tài)。由于各狀態(tài)持續(xù)時間不同，所以電路的核心控制部分是狀態(tài)機和定時器，狀態(tài)機在定時器觸發(fā)下周期性循環(huán)，狀態(tài)碼控制6個燈以一定的規(guī)律變化。變化情況如圖2所示。

表１交通燈控制要求

圖２電路狀態(tài)轉換圖

系統脈沖由FPGA開發(fā)板晶振經過分頻電路實現。狀態(tài)定時由74190可逆十進制計數器和T’觸發(fā)器實現，只要置數合理，翻轉信號到位，就可以使電路在東西（I）、南北（J）兩個控制狀態(tài)間翻轉。紅、黃、綠燈的閃爍由7485數字比較器和組合邏輯控制，其中7485數字比較器用于比較計數器當前持續(xù)狀態(tài)和所需要的狀態(tài)全部時間，并做出相應的變化。組合邏輯控制由AHDL文件編寫真值表實現。時間顯示由AHDL文件編寫真值表實現，輸入正確的邏輯，七段譯碼電路即能得到正確的時間顯示。

1．3、各功能的組成

整個電路可以分為4大部分，包括脈沖發(fā)生、狀態(tài)定時、時間顯示和數字比較一組合邏輯控制。

1．3．1、脈沖發(fā)生

脈沖發(fā)生器為整個系統提供驅動，將輸入端分配給FPGA實驗板的PIN55引腳，則會由實驗板上產生頻率為10MHz的輸入脈沖，用7片7490，每一級都構成10分頻電路，使頻率從10MHz降低為1Hz。

1．3．2、狀態(tài)定時

狀態(tài)定時可由預置BCD碼初值的74190級聯實現，構成減計數器。級聯原則是：低位計數器從全0狀態(tài)變?yōu)樽畲蟠a值狀態(tài)時可使高位計數器減1。級聯方式分為異步和同步兩種，本文采取的是異步級聯方式，即低位計數器溢出信號控制高位計數器的記數脈沖輸入端?？筛鶕嫈灯鞯?a href="http://m.hljzzgx.com/tags/時鐘/" target="_blank">時鐘觸發(fā)方式，在低位計數器狀態(tài)碼從全“0”變?yōu)樽畲蟠a值的瞬間，為高位計數器提供有效的計數脈沖邊沿。具體做法是將低片位的溢出信號RCON端口接到高片位的計數脈沖CLK，實現兩位BCD碼的置數、翻轉和借位，使系統表示的數字能在22～16之間循環(huán)。

74190功能說明：

（1）GN為計數器使能控制端，低電平有效。當GN為高電平時，禁止計數。

（2）DNUP為計數方式控制，接高電平為減計數，接低電平為加計數。

（3）LDN為異步預置數控制。當LDN為低電平時，計數器狀態(tài)QD，QC，QB，QA分別等于D，C，B，A。

（4）計數器位序由高至低順序為QD，QC，QB，QA。QD為最高位MSB，QA為最低位LSB。

（5）計數脈沖CLK上升沿有效。

（6）當計數器輸出QDQCQBQA為十進制加計數的最大狀態(tài)碼“1001”或為減計數的最小狀態(tài)碼全“0”時，極值狀態(tài)碼指示MAX／MIN輸出為高電平。

（7）當極值狀態(tài)碼指示MAX／MIN為高電平且CLK為低電平時，溢出信號RCON為低電平，即RCON與計數脈沖同步。

系統記數脈沖為1Hz時，如表2所示，當I狀態(tài)（東西控制狀態(tài)）的定時時間為22s，計數器應該先預置22的BCD碼；同理，J狀態(tài)（南北控制狀態(tài)）之前應該預置16的BCD碼。

表２定時計數器各狀態(tài)預置數

圖3 ? 7490十分頻電路

狀態(tài)計時電路由兩片74190級聯而成，構成22和16自翻轉的電路。其要解決的核心問題包括置數，翻轉和借位。根據74190芯片的特點，可分析其實現原理如圖4所示，通過溢出信號RCON的上升沿實現借位，使得數字能夠從20到19，個位向十位借位，順利過渡。

圖4 ?74190借位原理