交通灯控制器课程设计报告

目录

引言‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3 第1章 Verilog HDL 硬件描述语言的介绍‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥4 第2章设计任务与要求‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5 2.1 实验目的与任务‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5 2.2 参考设计方案‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥6 第3章设计说明‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7

3.1 设计思路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7

3.2 模块介绍‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥9 第4章 Verilog HDL 源程序‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥11 第5章功能仿真‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18

5.1 功能仿真介绍‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18

5.2 功能仿真结果‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥19

第6章时序仿真‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥20 6.1 时序仿真介绍‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥20 6.2 时序仿真结果‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥21 第7章管脚分配‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥22 第8章设计结果‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥24 第9章总结‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥28 第10章参考文献‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥29

引言

E D A技术是依靠功能强大的电子计算机,在E D A工具软件平台上,对以硬件描述语H D L(H a r d w a r e D e s c r i p t i o n L a n g u a g e) 为系统逻辑描述手段完成的设计文件,自动地完成逻辑编辑、化简、分割、综合、优化和仿真,直至下载到可编程逻辑器件CPLD/ FPGA 或专用集成电路ASIC(Application Specific Integrated C i r c u i t)芯片中,实现既定的电子电路设计功能。E D A技术使得电子电路设计者的工作仅限于利用硬件描述语言和E D A 软件平台来完成对系统硬件功能的实现,极大地提高了设计效率,缩短了设计周期,节省了设计成本。

实现路口交通灯系统的控制方法很多,可以用标准逻辑器件,可编程控制器P L C,单片机等方案来实现。但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持,在一定程度上增加了功能修改及系统调试的困难。因此,在设计中采用E D A技术,应用目前广泛应用的V e r i l o g H D L硬件电路描述语言,实现交通灯系统控制器的设计,利用M A X+P L U SⅡ集成开发环境进行综合、仿真,并下载到C P L D可编程逻辑器件中，完成系统的作用。

第1章Verilog HDL 硬件描述语言的介绍

Verilog HDL 是目前应用最广泛的一种硬件描述语言。

Verilog HDL 是在1983 年由GDA(GateWay Design Automation) 公

司的Phil Moorby 首创的。1986 年,他对Verilog HDL 的发展又作出了另

一个巨大贡献:提出了用于快速门级仿真的XL 算法。Verilog - XL 算法的

成功,使Verilog HDL 语言得到迅速发展。基于Verilog HDL 的优越性,IEEE 于1995 年制定了VerilogHDL 的IEEE 标准,即Verilog HDL1364 - 1995。Verilog HDL 语言具有以下特点:

·基本逻辑门,例如and ,or 和nand 等都内置在语言中。

·用户定义原语(UDP) 创建的灵活性。用户定义的原语

既可以是组合逻辑原语,也可以是时序逻辑原语。

·开关级基本结构模型,例如pmos 和nmos 等也被内置在

语言中。

·提供显示语言结构制定设计中的端口到端口的时延及

路径和设计的时序检查。

·可以用三种不同方式或混和方式对设计建模这些方式

包括:行为描述方式———使用过程化结构建模;数据流方式

———使用连续赋值语句方式建模;结构化方式———使用门和

模块实例语句描述建模。

·能够描述层次设计,可使用模块实例结构描述任何层

次。

·Verilog HDL 的描述能力能够通过使用编程语言接口

(PLI) 机制进一步扩展。PLI 是允许外部函数访问Verilog 模块

内信息,允许设计者与模拟器交互的例程集合。

·设计能够在多个层次相加以描述,从开关级,门级,寄级

器传送级(RTL) 到算法级,包括进程和队列级。

·能够监控拟验证的执行,即模拟验证执行过程这设计的

值能够被监控和显示。

·在行为级描述中,Verilog HDL 不仅能够在RTL 级上进行

设计描述,而且能够在体系结构描述及其算法级行为上进行

第2章设计任务与要求

2.1 实验目的与任务

学习利用计数器和状态机设计十字路口交通灯控制器。设计一个简单十字路口交通灯控制器。该控制器控制甲乙两道的红、黄、绿三色灯，指挥交通和行人安全通行。复杂十字路口交通灯控制器要比简单交通灯控制器增加一些功能，如倒计时时间显示，左转弯（左拐）、指示灯闪烁及特殊紧急情况的处理等。