隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程邏輯器件從20世紀(jì)70年代發(fā)展至今，其結(jié)構(gòu)、工藝、集成度、功能、速度、性能等方面都在不斷的改進(jìn)和提高；另外，電子設(shè)計自動化EDA技術(shù)的發(fā)展又為可編程邏輯器件的廣泛應(yīng)用提供了有力的工具。目前，在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中，已經(jīng)可以借助EDA工具通過軟件編程對可編程邏輯器件的硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，從而使得硬件設(shè)計兼有軟件設(shè)計的靈活性和便捷性。本文介紹一種用Altera公司的可編程邏輯器件EPM7032，在MAX＋PlusⅡ開發(fā)環(huán)境下采用VHDL語言以及ByteBlaster在線可編程技術(shù)來實(shí)現(xiàn)自動交通控制系統(tǒng)的方法。該設(shè)計中采用的自頂向下的設(shè)計方法同樣適用于復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計。
1 EPM7032器件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1．1 EPM7032器件的結(jié)構(gòu)
可編程邏輯器件EPM7032是基于Altera公司第二代多陣列矩陣（MAX）結(jié)構(gòu)，并采用先進(jìn)的CMOSEEPROM技術(shù)制造的。該器件由邏輯陣列塊（LAB）、可編程連線陣列（PIA）和I／O控制塊等部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

 
EPM7032中的每個邏輯陣列塊由16個宏單元陣列組成，其中多個邏輯陣列塊通過可編程連線陣列連接在一起。PIA全局總線可由所有的專用輸入、I／O引腳以及宏單元饋入信號之中。EPM7032的宏單元可以單獨(dú)地配置成時序邏輯或組合邏輯工作方式。每個宏單元又由邏輯陣列、乘積項(xiàng)選擇矩陣和可編程寄存器等三個功能塊組成。
通過可編程連線陣列可把各個LAB相互連接起來以構(gòu)成所需的邏輯。同時，通過在PIA上布線，也可把器件中任一信號源連接到其目的地。
I／O控制塊允許每個I／O引腳單獨(dú)地配置為輸入、輸出和雙向工作方式。所有I／O引腳都有一個三態(tài)緩沖器。它們由兩個專用的低電平有效的輸出使能引腳OE1和OE2來控制。
1．2 EPM7032器件的性能特點(diǎn)
可編程邏輯器件EPM7032的主要特點(diǎn)如下：
●邏輯密度為600個可用門；
●EPM7032器件可100％模仿TTL，并可將SSI、MSI和LSI的邏輯功能高密度的集成，它也可以集成從PAL、GAL、22V10到MACH和PLSI器件的多種可編程邏輯器件；
●引腳到引腳的邏輯延遲為5．0ns，計數(shù)器工作頻率達(dá)178．6MHz；
●可編程宏單元觸發(fā)器具有專用清除、置位、時鐘和時鐘使能控制；
●可編程的擴(kuò)展乘積項(xiàng)分配允許向每個宏單元提供多達(dá)32個乘積項(xiàng)；
●電源電壓為3．3V或5．0V；
●遵守PCI規(guī)定；
●采用CMOSEEPROM單元實(shí)現(xiàn)邏輯功能，可實(shí)現(xiàn)各種各樣的、獨(dú)立的組合邏輯和時序邏輯功能，在設(shè)計開發(fā)和調(diào)試階段，可快速而有效地對該器件反復(fù)編程；
●可通過JTAG接口實(shí)現(xiàn)在線編程，并能保證可編程擦除100次以上；
●帶有可編程保密位，可全面保護(hù)專利設(shè)計；
●Altera公司的MAX＋PLUSⅡ（Multiple ArrayMatrix and Programmable Logic User System）開發(fā)系統(tǒng)可對該器件提供軟件設(shè)計支持。
2自動交通控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)
2．1自動交通控制系統(tǒng)的設(shè)計
本設(shè)計采用自頂向下（TOP－TO－DOWN）的設(shè)計方法。該方法是一種從抽象到具體，從高層次到低層次逐步求精的分層次、分模塊的設(shè)計方法，它是數(shù)字系統(tǒng)中最常用的一種設(shè)計方法，也是基于復(fù)雜可編程器件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計的主要方法。該方法首先從整體上規(guī)劃了整個系統(tǒng)的功能和性能，然后對系統(tǒng)進(jìn)行劃分，以將其分解為規(guī)模較小、功能較為簡單的局部模塊，并確定他們之間的相互關(guān)系。這種劃分過程可以不斷地進(jìn)行下去，直到劃分所得到的單元可以映射到物理層為止。
本文通過自動交通控制系統(tǒng)的具體設(shè)計介紹了如何用該方法進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計，此設(shè)計方法同樣適用于復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計。
十字路口的交通燈指揮著行人和各種車輛的安全運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)交通燈的自動指揮是城市交通管理自動化的重要課題。本設(shè)計的自動交通控制系統(tǒng)的工作過程是：一般情況下，如果主干道和支干道均無車輛要求通行，應(yīng)該保證主干道綠燈亮，支干道紅燈亮。此時，若支干道有車輛要求通行，則應(yīng)允許支干道車輛通行；若主干道和支干道均有車輛要求通行，則應(yīng)先保證主干道通行30秒鐘后，才允許支干道通行。在允許支干道車輛通行前，應(yīng)先使主干道黃燈亮5秒鐘，支干道紅燈保持5秒鐘后，才變成主干道紅燈亮，同時使支干道綠燈亮。在支干道保持暢通時，若主干道無車輛要求通行，則支干道始終保持暢通；如果此時支干道無車輛要求通行，則應(yīng)立刻準(zhǔn)備使主干道通車，支干道禁止通行；若此時主干道有車輛要求通行，并且支干道通行時間已超過20秒，則應(yīng)準(zhǔn)備使主干道通行。在允許主干道通行前，應(yīng)先使支干道的黃燈亮5秒，主干道紅燈保持5秒鐘后，變成主干道綠燈亮，同時使支干道紅燈亮。據(jù)此工作過程得出的系統(tǒng)框圖如圖2所示。其中傳感器部分的作用是通過在主干道和支干道上所設(shè)的傳感器來檢測主、支干道上是否有車輛要求通過十字路口。主、支干道上的傳感器發(fā)出的信號分別用Sa和Sb表示，Sa和Sb為‘1’，表示有車輛要求通行，否則無車輛通行要求。時鐘電路用來為系統(tǒng)提供一個穩(wěn)定的clk秒