EDA课程设计 交通灯_设计报告

课程设计报告

课程EDA课程设计

题目十字路口交通灯设计

系别物理与电子工程学院

年级08级专业电子科学与技术班级三学号04 06 10 11 学生姓名张崇光张浩赵峰章维

指导教师张惠国职称讲师

设计时间2011.6.18-7.8

目录

前言 (2)

第一章题目 (3)

1.1题目名称 (3)

1.2题目内容及要求 (3)

1.3 题目设计意义 (3)

第二章分析与设计 (4)

2.1交通灯硬件电路控制原理 (4)

2.2交通灯程序设计构想 (4)

2.3程序设计论证 (4)

2.4 系统设计框图 (5)

第三章VHDL程序设计 (6)

3.1系统输入输出端口设计 (6)

3.2系统整体设计 (6)

3.2.1系统控制状态机 (6)

3.2.2 VHDL状态机代码设计 (7)

3.3 红、黄、绿灯控制设计 (9)

3.4 数码管显示模块设计 (11)

第四章系统仿真及功能描述 (13)

4.1 QuartusⅡ时序仿真 (13)

4.2 系统功能描述 (13)

4.2.1工作模式选择 (13)

4.2.2 正常工作模式下的运行状况 (13)

4.2.3 其它工作模式介绍 (14)

第五章总结与体会 (15)

参考文献 (16)

附录 (17)

前言

现代电子产品正在以前所未有的革新速度，向着功能多样化、体积最小化、功耗最低化的方向迅速发展。它与传统电子产品在设计上的显著区别之一就是大量使用大规模可编程逻辑器件，以提高产品性能、缩写产品体积、降低产品消耗；区别之二就是广泛运用现代计算机技术，以提高电子设计自动化程度，缩短开发周期，提高产品竞争力。EDA （Electronic Design Automation，电子设计自动化）技术正是为了适应现代电子产品设计的要求，吸收多学科最新成果而形成的一门新技术。

EDA技术伴随着计算机、集成电路、电子系统设计的发展，经历了计算机辅助设计（Computer Assist Design,简称CAD）、计算机辅助工程设计（Computer Assist Engineering Design,简称CAE）和电子设计自动化（Electronic Design Automation，简称EDA）三个发展阶段。

利用EDA技术进行电子系统的设计，具有以下几个特点：○1用软件的方式设计硬件；○2用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的；○3设计过程中可用有关软件进行各种仿真；○4系统可现场编程，在线升级；○5整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。因此，EDA技术是现代电子设计的发展趋势。

EDA技术是一门涉及多学科的综合性技术，内容广泛，所谓EDA技术，就是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。

可编程逻辑器件（简称PLD）是一种由用户编程以实现某种逻辑功能的新型逻辑器件。FPGA和CPLD分别是现场可编程门阵列和复杂可编程逻辑器件的简称。现在，FPGA和CPLD 器件的应用已十分广泛，它们将随着EDA技术的发展而成为电子设计领域的重要角色。国际上生产FPGA/CPLD的主流公司，并且在国内占有市场份额较大的主要是Xilinx,Altera,Lattice三家公司。

FPGA在结构上主要分为三个部分，即可编程逻辑单元，可编程输入/输出单元和可编程连线三个部分。CPLD在结构上主要包括三个部分，即可编程逻辑宏单元，可编程输入/输出单元和可编程内部连线。

高集成度、高速度和高可靠性是FPGA/CPLD最明显的特点，其时钟延时可小至ns级。结合其并行工作方式，在超高速应用领域和实时测控方面有着非常广阔的应用前景。在高可靠应用领域，如果设计得当，将不会存在类似于MCU的复位不可靠和PC机可能跑飞等问题。FPGA/CPLD的高可靠性还表现在几乎可将整个系统下载于同一芯片中，实现所谓片上系统，从而大大缩小了体积，易于管理和屏蔽。

由于FPGA/CPLD的集成规模非常大，因此可利用先进的EDA工具进行电子系统设计和产品开发。由于开发工具的通用性、设计语言的标准化以及设计过程几乎与所用器件的硬件结构无关，因而设计开发成功的各类逻辑功能块软件有很好的兼容性和可移植性。它几乎可用于任何型号和规模的FPGA/CPLD中，从而使得产品设计效率大幅度提高，可以在很短时间内完成十分复杂的系统设计，这正是产品快速进入市场最宝贵的特征。

第一章题目

1.1题目名称

十字路口交通灯设计

1.2题目内容及要求

针对现实生活中的十字路口交通灯，实现基于FPGA的控制设计，并实现以下基本功能：

1.显示十字路口东西、南北两个方向的红、黄、绿灯的指示状态。

2.用两组红、黄、绿三色灯作为两个方向的红、黄、绿灯。

3.用两组数码管作为东西和南北方向的倒计时显示。

1.3 题目设计意义

通过“十字路口交通灯设计”，可训练我们综合运用学过的数字电路的基本知识，独立设计比较复杂的数字电路的能力。使我们在设计中熟练掌握VHDL语言的编程，并熟练掌握相关编程、仿真软件的操作等。

第二章分析与设计

2.1交通灯硬件电路控制原理

一般我们生活中的十字路口在硬件电路设计上，采用“对面镜像”的方法设计。即一个通行道两边的指示灯及倒计时时间相同的。这是因为道路两边路口需要通行的人、车是相向而行的，这样的设计既降低了软件设计架构要求，在硬件上又容易实现且正确可靠。

2.2交通灯程序设计构想

初步构思设想，整个程序架构可以分为以下几个部分来进行设计：

1.时钟分频模块，对输入的时钟进行需要的分频，使系统正确工作；

2.数码管倒计时时间显示，分别显示主干道和支道通行的倒计时时间；

3.红、绿、黄色交通灯的两灭控制设计；

4.外部输入控制部分，即调模式、检修模式的控制等。

2.3程序设计论证

整个硬件电路以总线输入时钟做为同步信号进行工作，那么针对题目所要求的经过30秒红灯（绿灯）和5秒黄灯的定时时间间隔。我们必须通过对系统时钟进行分频得到一个较低频率的信号作为计时时间的基准信号。

那么主干道和支道的计时时间主要以数码管的形式进行显示。每个通道设有两位数码管，共有四位数码管显示当前交通状态的倒计时时间。使用扫描驱动设计，即分时对位码使能操作，利用人眼睛的成像延时来达到“静态”显示的效果。

在交通灯的每个状态的控制显示可以使用简单的“米里”型状态机实现。以系统当前状态和系统外部输入的控制信号决定系统的下一个状态。在程序代码设计上也可简单实现。

2.4 系统设计框图