【文章內(nèi)容簡介】 面友好，使用便捷。在 QuartusII 上可以完成設計輸入、 HDL 綜合、布線布局（適配）、仿真和下載和硬件測試等流程，它提供了一種與結(jié)構無關的設計環(huán)境，使設計者能方便地進行設計輸入、快速處理和器件編 程。 QuartusII 提供了完整的多平臺設計環(huán)境，能滿足各種特定設計的需要，也是單芯片可編程系統(tǒng)（ SOPC）設計的綜合性環(huán)境和 SOPC 開發(fā)的基本設計工具，并為 AlteraDSP開發(fā)包進行系統(tǒng)模型設計提供了集成綜合環(huán)境。 QuartusII 設計工具內(nèi)部嵌有 VHDL、 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 8 頁 Verilog 邏輯綜合器。 QuartusII 也可以利用第三方的綜合工具，如 Leonardo Spectrum、SynplifyPro、 FPGA Complier II，并能直接調(diào)用這些工具。同樣， QuartusII 具備仿真功能，同時也支持第三方的 仿真工具，如 ModelSim。此外， QuartusII 與 MATLAB 和DSP Builder 結(jié)合，可以進行基于 FPGA 的 DSP 系統(tǒng)開發(fā)，是 DSP 硬件系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵EDA工具。 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 9 頁 第 2 章 設計方案的優(yōu)化選擇 交通節(jié)點控制系統(tǒng)的設計是數(shù)字電路設計中的經(jīng)典案例，其設計方案有基于單片機的設計、 基于小規(guī)模集成電路的設計 、基于 VHDL 的設計等。下面我主要對這 3 種設計方案進行分析及論證，最后優(yōu)化選擇實現(xiàn)設計。 方案 基于單片機的交通節(jié)點控制系統(tǒng)的設計。 圖 系統(tǒng)框圖 由上圖可以看出基于單片機的交通節(jié)點控制系統(tǒng)的設計中 ，其設計主要以 AT89C52單片機為核心器件，設計中考慮到各模塊的穩(wěn)定工作，就采用單片機控制模塊提供電源，這主要可以節(jié)約成本，但輸出功率不高。關于復位電路的部分，為了使程序更加簡潔，避免冗長，就采用按鍵復位，另外還需在芯片的復位端口外接一個復位電路，通過按鍵對單片機輸入一個高電平的脈沖，以便達到復位目的。關于輸入信號部分，直接在 I/O口接上按鍵開關，達到精簡和優(yōu)化電路的目的，本控制系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制只用單片機本身的 I/O口就能夠?qū)崿F(xiàn)，顯示 電路部分采用共陽數(shù)碼管顯示。 本方案分析：該設計主要以 AT89C52 單片機為核心器件，電路部分較為簡單，擴展性也較為良好，調(diào)試難度一般， 但是該方案不滿足本次畢業(yè)設計基于 VHDL 語言的要求，故不能采用。 AT89C52 單片機 數(shù)碼管倒計時顯示 晶振電路 復位電路 各車道信號燈 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 10 頁 方案 基于小規(guī)模集成電路的設計。 圖 由上系統(tǒng)框圖可以看出，基于小規(guī)模集成電路的交通控制系統(tǒng)設計，其 主要由時鐘產(chǎn)生電路、主控制電路、計時控制電路、交通信號顯示電路四部分組成。時鐘產(chǎn)生電路是系統(tǒng)中定時器和控制器的標準時鐘信號源。譯碼器 輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路驅(qū)動信號燈工作。時鐘脈沖產(chǎn)生電路利用晶振，它可以發(fā)出連續(xù)脈沖從而控制兩片 74LS161 組成的計時電路的 CLK 端。主控制器是系統(tǒng)的最主要部分，由它控制其他電路之間的協(xié)調(diào)工作。 本方案分析：本套方案采用的是以集成硬件電路進行搭建連接，各個小模塊之間的接口不一定有保證，其連接過程中采用大量芯片來搭建各個模塊，這樣就使得電路系統(tǒng)體積相對較大，相對來說就增加了系統(tǒng)的調(diào)試難度，以基本不能滿足現(xiàn)代電路的設計要求。故該方案舍棄。 方案 基于 VHDL 的設計。 圖 VHDL的設計框圖 A 車道信號 燈 B 車道信號燈 倒計時顯示器 邏輯控制電路模塊 主控制器 計時控制電路模塊 預置數(shù)產(chǎn)生電路 時鐘產(chǎn)生電路 標準信號模塊 定時電路模塊 顯示控制電路模塊 7 段譯碼顯示電路模塊 信號燈控制電路模塊 信號燈顯示模塊 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 11 頁 上圖 3為基于 VHDL 交通節(jié)點控制系統(tǒng)設計框圖， 該方案主要以 CPLD 器件為核心，并用 VHDL 編程實現(xiàn)各模塊單元以及控制電路的功能，用 QuartusII 軟件仿真調(diào)試，最后顯示電路采用 7段共陰極數(shù)碼管。 本方案分析：該方案主要 CPLD 器件為核心，以 VHDL 硬件描述語言為基礎，編程具有很大的靈活性，在設計過程中采用自頂向下，分小模塊進行設計，調(diào)試和修改都比較容易，設計方法及技術更加先進，滿足畢業(yè)設計的要求，故我最終選擇本方案。 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 12 頁 第 3 章 交通燈控制系統(tǒng)的具體設計 總體設計及思路分析 總體設計的思路主要圍繞任務書提供要求進行擴展，現(xiàn)將任務書的主要設計要求展現(xiàn)如下： 用 VHDL 硬件描述語言設計一個交通節(jié)點（以十字路口為例）的交通燈控制系統(tǒng) ，該系統(tǒng)包括基本的紅、綠、黃燈的顯示、車的左轉(zhuǎn)以及基本的交通燈功能。另外，該系統(tǒng)應還具有時間顯示、倒計時設置以及顯示等基本功能。 設東西方向和南北方向的車流量大致相同，因此紅、黃、綠燈的時常也相同，則定為紅燈 58 秒，黃燈 3 秒，綠燈 45秒；另設置左轉(zhuǎn)燈為藍色箭頭指示燈，時間為 10秒。 同時用 7 段數(shù)碼管顯示當前紅燈、黃燈、綠燈的時間狀態(tài)。 選用 Quatusц軟件設計及仿真分析。 由上面任務書的主要設計要求，再結(jié)合上一章選擇的論證方案，基于 VHDL 的交通節(jié)點控制系統(tǒng)的設計，我的總體設計將采取自頂向下的思路，分小模塊進行設計、編程、仿真。由上章的圖 3可以知道，本設計共可以分為 6 個基本的小模塊：標準信號電路模塊、定時單元電路模塊、信號燈控制電路模塊、顯示控制電路模塊、信號燈顯示模塊、譯碼顯示電路模塊。其中每個模塊有不同的功能，標準信號電路模塊的作用為整個電路提供 1Hz 信號；信號燈控制電路模塊的作用控制 8路燈的亮滅；定時單元電路模塊的作用為綠燈 45s、左轉(zhuǎn) 燈 10s、黃燈 3s、紅燈 58s 定時單元，分別控制 8路燈的亮滅時間；信號燈顯示模塊的作用為 LED 紅、綠、黃燈及左轉(zhuǎn)藍色指示燈顯示；顯示控制電路模塊的作用為控制每一路燈的倒計時顯示時間，譯碼顯示電路模塊的作用為將倒計時時間譯碼后通過 7段數(shù)碼管顯示。然后得出基于 VHDL 的交通控制系統(tǒng)總體設計框圖見上頁（圖 VHDL 的設計框圖）。 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 13 頁 紅、綠、黃燈及左轉(zhuǎn)藍色指示燈的工作規(guī)律 圖 由圖 ，計劃在十字 交叉路口的東西方向和南北方向分別安裝紅、綠、黃 交通信 號燈及 左轉(zhuǎn)藍色指示燈。一般交通規(guī)則情況下， 當車行駛路線綠燈亮時，行進中的車右轉(zhuǎn)將不受其他限制，故本設計不考慮車右轉(zhuǎn)的情況。根據(jù)交通規(guī)則，為了避免交通事故，行駛路線上的車必須嚴格按照交通指示燈來執(zhí)行，尤其是交通節(jié)點交叉路口處車的左拐，只有在左拐燈亮的時候才可以左拐。 現(xiàn)將各交通燈的亮滅工作規(guī)律設定為：南北方向車道的綠燈和東西方向車道的紅燈(紅燈亮 58s）同時亮，然后南北方向車道的車可以通行，東西方向車道禁止通行，經(jīng)45s后，南北方向車道綠燈滅，同時南北方向的左拐藍色指示燈亮，南北方向車 可以左轉(zhuǎn)東西方向通行，經(jīng) 10s 后左轉(zhuǎn)指示燈熄滅，南北方向車道黃燈開始閃爍，閃爍 3s 后，南北方向 東西 方向 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 14 頁 南北方向車道紅燈亮（亮 58s），與此同時東西方向紅燈熄滅，綠燈亮，南北方向車道車禁止通行，東西方向車道開始通車，經(jīng) 45s 后，東西方向車道綠燈熄滅，同時東西方向車道的左拐指示燈亮，東西方向 車左轉(zhuǎn)南北方向通行，經(jīng) 10s 后東西方向左轉(zhuǎn)指示燈熄滅，禁止東西方向車左轉(zhuǎn)， 緊接著東西方向車道黃燈開始閃爍，閃爍 3s 后，東西方向紅燈亮（亮 58s），再切換到南北方向車道，同時南北綠燈亮，重復上述過程。在開始時表示南北方向車道的綠色發(fā)光二極管亮 45s，然后依次是表示左拐的藍色二極管亮10s和黃色二極管亮 3s，同時此過程東西方向車道的紅色二極管亮 58s；此后東西方向車道的綠色發(fā)光二極管亮 45s，藍色發(fā)光二極管亮 10s，黃色發(fā)光二極管亮 3s，同時此過程南北方向車道紅色發(fā)光二極管亮 58s。重復以上過程。在這循環(huán)過程中的四個數(shù)碼管，分兩個為一組，前一組表示南北方向車道的倒計時時間，后一組表示東西方向車道的倒計時時間。 四組交通燈的亮滅設定 ，“ 1 ”代表亮，“ 0 ”代表滅（不亮）。 四組交通燈： 紅燈 黃燈 綠燈 左轉(zhuǎn)燈 南北方向 ： 0 0 1 0 東西方向 ： 1 0 0 0 南北方向 ： 0 0 0 1 東西方向 ： 1 0 0 0 南北方向 ： 0 1 0 0 東西方向 ： 1 0 0 0 南北方向 ： 1 0 0 0 東西方向 ： 0 0 1 0 南北方向 ： 1 0 0 0 東西方向 ： 0 0 0 1 南北方向 ： 1 0 0 0 東西方向 ： 0 1 0 0 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 15 頁 由上真值表可以看出 ，南北方向和東西方向的燈可以分為上面六種 狀態(tài)，現(xiàn)在將其按照紅燈、黃燈、綠燈、左轉(zhuǎn)燈依次排列可以得出其狀態(tài)圖如下： 圖 由上面的圖 5 可以看出，其主要控制部分分別列出了四種顏色交通燈燈的亮滅狀態(tài)，可以分為六種狀態(tài) A、 B、 C、 D、 E、 F，其中每種狀態(tài)的持續(xù)時間即是對應控制每一路的四種不同交通燈亮的時間。如下為交通燈控制模塊生成的器件，在此處設定 CLK是輸入標準時鐘信號， ar（ a 代表南北方向車道， r 為 red 開頭字母， ar為南北方向車道紅燈） ay（ a 代表南北方向車道， y 為 yellow 開頭字母， ay 為南北方向車道黃燈）、ag（ a 代表南北方向車道， g 為 green 開頭字母， ag 為南北方向車道綠燈）、 al(left 左轉(zhuǎn)燈 )為輸出信號控制南北方向車道的四盞交通指示燈， br（ b代表東西方向車道， r 為red開頭字母，故 br 為東西方向車道紅燈 )、 by(yellow 黃燈 )、 bg(green 綠燈 )、 bl(left左轉(zhuǎn)燈 )為輸出信號控制東西方向車道的四盞交通指示燈，現(xiàn)在將 部分程序展示如下： library ieee。 use 。 use 。 entity jtd is port(clk:in std_logic。 ar,ay,ag,al,br,by,bg,bl:out std_logic)。 開始定義各路交通信號燈 end entity jtd。 architecture a of jtd is 00101000 00011000 01001000 10000100 10000001 10000010 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計）