交通灯控制器论文

EDA技术与VHDL语言设计课程设计题目交通灯控制器姓名院系电子信息工程系专业电子信息工程班级电信学号指导教师成绩指导教师交通灯控制器摘要EDA技术是在先进的计算机工作平台上开发出来的一整套电子系统设计的软硬件工具，并提供了先进的电子系统设计方法，开发人员可以通过自己的电子系统设计来定制其芯片内部的电路功能，使之成为设计者自己的专用集成电路。本次课程设计主要目的是学习如何基于VERILOG的设计技术来设计交通灯控制器并把这些设计与EDA使用开发装置结合起来。关键词交通灯控制器设计技术EDA1、引言1、EDA简介现代电子设计技术的核心已日趋转向基于计算机的电子设计自动化技术，即EDA（ELECTRONICDESIGNAUTOMATION）技术。EDA技术就是依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL（HARDWAREDESCRIPTIONLANGUAGE）为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、布局布线以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。EDA技术使得设计者的工作仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现，这是电子设计技术的一个巨大进步。EDA技术的发展是以计算机科学、微电子技术的发展为基础，并融合了应用电子技术、只能技术以及计算机图形学、拓扑学、计算数学等众多学科的最新成果发展起来的。简单地说EDA就是立足于计算机工作平台而开发出来的一整套先进的设计电子系统的软件工具。EDA主要有三个发展阶段CAD（COMPUTERAIDEDDESIGN）阶段、CAE（COMPUTERAIDEDENGINEERING）阶段、EDA阶段。2、EDA技术的设计方法数字系统的设计可以采用不同的方法，在今天复杂的IC设计环境下，概括起来只有两种设计方法供数字系统设计人员选择一种为由底向上（BOTTOMUP）的设计方法，也称为传统的设计方法；另一种为自顶向下TOPDOWN的设计方法，也称为现代的设计方法。但是由于所设计的数字系统的规模大小不一,且系统内部逻辑关系复杂,如何划分逻辑功能模块便成为设计数字系统的最重要的任务。采用由底向上的设计方法需要设计者首先定义和设计每个基本模块，然后对这些模块进行连线以完成整体设计。在IC设计复杂程度低于10000门时常采用这种设计方法，但是随着设计复杂程度的增加，该方法会产生产品生产周期长、可靠性低、开发费用高等问题。现代的设计方法综合运用各方面的知识，设计者必须从系统的角度来分析每个设计，R2Y2G2L2A方向B方向同时还要对数字电路结构、EDA工具、微电子等有关知识有比较全面的了解，这样才能发挥自顶向下设计的优势，提高电路设计的质量和效率。采用自顶向下技术进行设计可分为三个主要阶段系统设计、系统的综合和优化和系统实现，各个阶段之间并没有绝对的界限。系统设计是整个设计流程中最重要的部所做的工作都是以这一部分为基础的。EDA设计流程为设计输入、时序与功能仿真、综合、适配与下载。图（1）是运用EDA技术进行数字系统设计的流程图。分。它包括系统功能分析、体系结构设计、系统描述与系统功能仿真4个步骤，这一阶段所做的工作基本上决定了所设计电路的性能，后面图1EDA数字系统设计流程图2十字路口交通灯示意图2、交通灯控制器设计1、交通灯控制器设计要求设计一个十字路口交通灯控制器，其示意图如图（2），A方向和B方向各设红（R）、黄（Y）、绿（G）和左拐（L）四盏灯，四种灯按合理的顺序亮、灭，并能将灯光的时间以倒计时的形式显示出来。功能要求两个方向各种灯亮的时间能够进行设置和修改，此外假设A方向是主干路，车流量大，因此A方向通行的时间应比B方向长。交通灯控制器的状态转换入表一所示。表中1表示等亮，0表示灯灭。A方向和B方向的红、黄、绿和左拐等分别用R1、Y1、G1、L1和R2、Y2、G2、L2表示。表二1交通灯控制器状态转换表A方向B方向R1Y1G1L1绿灯（G1）黄灯（Y1）左拐等（L1）红灯（R1）绿灯（G1）黄灯（Y1）左拐等（L1）红灯（R1）10000001010000010010000101000001000100000001100000010010000101002、设计思路根据交通灯控制器要实现的功能，可考虑用两个并行执行的ALWAYS模块来分别控制A和B两个方向的四盏灯，它们使用同一个时钟信号，以进行同步。按绿灯黄灯左拐等黄灯红灯往复循环。每种等亮的时间采用一个减法计数器的摸计数，而且输出采用BCD码，用四个数码管来完成A方向和B方向各用两个数码管。电路控制原理框图如图（4）所示。图4电路控制系统框图3、设计源程序程序中A方向红、绿、黄、左拐灯亮的时间分别为65S、40S、5S、和15S、，B方向红、黄、绿、左拐灯亮的时间分别为55S、30S、5S、和15S、。程序如下MODULETRAFFICCLK,EN,LAMPA,LAMPB,ACOUNT,BCOUNTINPUTCLK,ENOUTPUT30LAMPA,LAMPBOUTPUT70ACOUNT,BCOUNT绿黄左拐红红左拐黄绿主控制器计数器置数器译码器显示器REGTEMPA,TEMPBREG20COUNTA,COUNTBREG30LAMPA,LAMPBREG70ARED,AYELLOW,AGREEN,ALEFT,BRED,BYELLOW,BGREENREG70NUMA,NUMBALWAYSENIFENBEGINARED1IFNUMA300BEGINNUMA301IFNUMB30BEGINNUMB309NUMB74NUMB741ENDELSENUMB30NUMB301IFNUMB2TEMPB0ENDENDELSEBEGINLAMPB4B1000TEMPB0COUNTB0ENDENDENDMODULE建立WAVEFORMEDITOR文件，设置命名为TRAFFICSCF文件，设置相关参数，可得到波形图如图（5）所示图5交通灯控制器仿真波形图三、课程总结相对于其它计算机语言的学习，如C或汇编语言，VHDL具有明显的特点。这不仅仅是由于VHDL作为一种硬件描述语言的学习需要了解较多的数字逻辑方面的硬件电路知识，包括目标芯片基本结构方面的知识更重要的是由于VHDL描述的对象始终是客观的电路系统。传统的软件编程语言只能根据CPU的工作方式，以排队式指令的形式来对特定的事件和信息进行控制或接收。在CPU工作的任一时间段内只能完成一种操作。因此，任何复杂的程序在一个单CPU的计算机中的运行，永远是单向和一维的。因而程序设计者也几乎只需以一维的思维模式就可以编程和工作了。VHDL虽然也含有类似于软件编程语言的顺序描述语句结构，但其工作方式是完全不同的。软件语言的语句是根据CPU的顺序控制信号，按时钟节拍对应的指令周期节拍逐条运行的，每运行一条指令都有确定的执行周期。但VHDL则不同，从表面上看，VHDL的顺序语句与软件语句有相同的行为描述方式，但在标准的仿真执行中有很大的区别。VHDL的语言描述只是综合器赖以构成硬件结构的一种依据，但进程语句结构中的顺序语句的执行方式决非是按时钟节拍运行的。通过本次实验，我认识到理论要与实际结合，培养动手动脑能力的重要性，做事情要抱着一丝不苟的态度，这样才能做好事情。同时也进一