【正文】 ii The design of traffic lights based on VHDL Abstract： Most traditional traffic light control system implemented by a singlechip puter or PLC, this article describes the design of a traffic light system is based on EDA technology ideas and using digital methods of signal control intersection traffic signal state transition, mand vehicles and pedestrians safe passage, implementation of intersection traffic management automation. Design and implementation of traffic light controller with VHDL the system for structural analysis, using topdown hierarchical design method, gives a VHDL program modules, and applications using Quartus II simulation, have e to the corresponding simulation design with VHDL language, should be fully aware of the features of VHDL language, from the design, use statement, and description of the superior aspects of optimized circuit optimization design of circuits, programmable logic chip can use smaller, thus reducing system costs. Keywords: traffic light 、 VHDL、 simulation iii 目錄 前言 ................................................................................................................................ 1 第一章 EDA 技術 ........................................................................................................ 3 EDA 技術及其發(fā) 展 ........................................................................................ 3 EDA 與傳統(tǒng)電子設計方法的比較及優(yōu)點 .................................................... 5 第二章 VHDL 語言 ...................................................................................................... 6 VHDL 系統(tǒng)概述 .............................................................................................. 6 VHDL 語句的描述 .......................................................................................... 8 實體 ...................................................................................................... 8 結構體 ................................................................................................ 8 塊、子程序和進程 ............................................................................ 9 庫和程序包 ...................................................................................... 10 默認配置 .......................................................................................... 11 VHDL 最基本的描述方法 ......................................................................... 12 結構體的行為描述法 ...................................................................... 12 結構體的數據流描述法 .................................................................. 12 第三章 交通燈系統(tǒng)的設計 ........................................................................................ 13 紅綠燈交通信號系統(tǒng)功能描述 ................................................................... 13 系統(tǒng)的模塊設計 ........................................................................................... 14 時鐘脈沖發(fā)生電路 ............................................................................ 14 計數秒數選擇電路 ............................................................................ 15 倒計時控制電路 ................................................................................ 16 紅 綠燈信號控制電路 ........................................................................ 18 交通燈系統(tǒng)描述 ................................................................................ 19 致謝 .............................................................................................................................. 22 參考文獻 ...................................................................................................................... 23 附 錄 .......................................................................................................................... 24 1 前言 一、 研究背景 自從 1858 年英國人發(fā)明了原始的機械扳手交通燈之后，隨后的一百多年里，交通燈改變了交通路況，也在人們日常生活中占據了重要地位，隨著人們社會活動日益增加，經濟發(fā)展，汽車數量急劇增加，城市道路日漸擁擠，交通燈更加顯示出了它的功能，使得交通得到有效管制，對于交通疏導，提高道路導通能力，減少交通事故起到了顯著的 效果。 和諧的城市交通具有很重要的現實意義。對交叉口實行科學的管理與控制是交通控制工程的重要研究課題，是保障交叉口的交通安全和充分發(fā)揮交叉口的通行能力的重要措施，是解決城市交通問題的有效途徑。這些系統(tǒng)，大都是在各路口附近安裝磁性環(huán)路監(jiān)控器，由各路口的控制設備、人員將交通控制參數通過通訊網絡輸入微處理器，用小型計算機進 行集中處理 [1]。如，基于時間分布的交通控制系統(tǒng)設計，它將一天分為 N 個不同的時間區(qū)間，應用計算機算出各個交通路口各時間段信號燈的最佳周期，在不同的時間區(qū)間賦予交通信號控制器不同的周期，以對應交通流量隨時間的分布 [2]。 3 第一章 EDA 技術 EDA 技術及其發(fā)展 現代電子設計技術的核心是 EDA（ Electronic Design Automation）技術。在仿真和設計兩方面支持標準硬件描述語言的功能越來越強大，軟硬件技術也進一步得到了融合，在電子行業(yè)的產業(yè)領域、技術領域和設計應用領域得到了進一步的肯定，使得復雜電子系統(tǒng)的設 計和驗證趨于簡單化。不言而喻， EDA 技術將迅速成為電子設計領域中的極其重要的組成部分。盡管目標系統(tǒng)是硬件，但整個設計和修改過程如同完成軟件設計一樣方便和高效。 EDA 技術涉及面很廣，內容豐富，從教學和實用的角度看，主要應掌握如下四個方面的內容 : (1)大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?。其中，大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷抢?EDA 技術進行電子系統(tǒng)設計的載體，硬件描述語言是利用 EDA 技術進行電子系統(tǒng)設計的主要表達手段，軟件開發(fā)工具是利用 EDA 技術進行電子系統(tǒng)設計的智能化的自動設計工具，實驗開發(fā)系統(tǒng)則是利用 EDA 技術進行電子系統(tǒng)設計的下載工具及硬件驗證工具 [8]。在 PCB 完成以后，還可以利用 PLD 的在線修改能力，隨時修改設計而不必改動硬件電路。HDL 是用于設計硬件電子系統(tǒng)的計算機語言，它描述電子系統(tǒng)的邏輯功能、電 5 路結構和連接方式。 與世界各知名高校相比，我國高等院校在 EDA 及微電子方面的教學和科研工作有著明顯的差距，我們的學生現在做的課程實驗普遍 陳舊，動手能力較差。系統(tǒng)可現場編程，在線升級 。強大的現代國防必須建立在自主開發(fā)的基礎上，因此，廣大電子工程技術人員應該盡早掌握這一先進技術，這不僅是提高設計效率和我國電子工業(yè)在世界市場上生存、竟爭與發(fā)展的需要，更是建立強大現代國防的需要 [6]。 VHDL 翻譯成中文就是 超高速集成電路 硬件描述語言，主要是應用在數字電路的設計中。除了含有許多具有硬件特征的語句外， VHDL 的語言形式、描述風格以及語法是十分類似于一般的 計算機高級語言 。 硬件描述語言的主要優(yōu)點： VHDL 是一種全方位的硬件描述語言，包括系統(tǒng)行為級、寄存器傳輸級和邏輯門級多個設計層次，支持結構、數據流、行為 3 種描述形式的混合描述，因此 VHDL 幾乎覆蓋了以往各種硬件描述語言的功能，整個自頂向下或自底向上的電路設計過程都可以用 VHDL 來完成。 VHDL 具有多層次描述系統(tǒng)硬件功能的能力。 7 （ 5） VHDL 是一個標準語言，它的設計描述可以被不同的 EDA 工具所支持，可移植性強，易于共享和復用 [11]。 （ 2） VHDL 豐富的仿真語句和庫函數，使得在任何大系統(tǒng)的設計早期就能查驗設計系統(tǒng)功能的可行性，隨時可對設計進行仿真模擬。 （ 6） 用 VHDL 語言編寫的源程序便于文檔管理，用源代碼描述來進行復雜控制邏輯的設計，既靈活方便，又便于設計結果的交流、保存和重用 [13]。 即使最后綜合出的電路都能實現相同的邏輯功能，其電路的復雜程度和時延特性都會有很大的差別，甚至某些額外的電路還使得系統(tǒng)運行效率達不到要求。而且由于 8 這些結構通常都由大量的觸發(fā)器組成，不僅使電路更復雜，工作速度降低，而且由于時序配合的原因可能導致不好的結果。 實體 設計實體是 VHDL 語言設計的基本單元，簡單的可以是一個與門，復雜的可以是一個微處理器或一個數字系統(tǒng)，其結構基本是一致的，都是由實體說明和結構體兩部分組成。結構體對其基本設計單元的輸入和輸出關系可用以下三