【正文】 ............................................. 12 5 結束語 ........................................................................................................................... 15 參考文 獻 ............................................................................................................................. 16 致謝 ..................................................................................................................................... 17 附錄：交通燈控制器各模塊 VHDL 程序描述和頂層文件 VHDL 程序描述 ............... 18 1 基于 VHDL 的交通燈控制器設計與仿真 機電與信息工程學院 電子信息工程 楊洋（ 20906022071） 指導老師： 官鳴俊 (副教授 ) 摘要： 與傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)設計方案相比較 ， 傳統(tǒng) 的交通燈控制系統(tǒng) 都是基于單片機或者 PLC的設計方案來實現(xiàn) ， 而 對于復雜電路的設計運用 EDA 技術則會使之變得 比較 簡單。 本設計采用 基于 VHDL 語言 的設計方案來設計 交通燈控制器。 關鍵詞： 交通燈 ； EDA； VHDL； MAX+PlusⅡ 2 Traffic light controller based on VHDL design and simulation Yang Yang Director： Guan Mingjun (School of Mechanical Electronic amp。 縱觀世界城市發(fā)展史可知 ， 交通燈的出現(xiàn) 在 很大程度上改善了 城市的道路通行狀況， 使得城市交通更加安全有序 。 隨著社會的不斷進步，經(jīng)濟的高速 發(fā)展， 社會 在 不斷 積累物質(zhì)財富的過程中，也帶來了 汽車數(shù)量 的急劇 增加， 越來越多的車輛讓 本身并 不寬敞的城市道路 日益擁擠 。 在交通日益發(fā)達的當代，交通燈控制器 已經(jīng)成為 最實用的的交通控制工具 之一 。 城市道路的通行能力是一個城市的發(fā)展的命脈 ，也 是衡量一 個城市文明進步的標志 ， 城市交通 的發(fā)展水平影響 著一個 城市經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高 。 因此，設計并使用高效的紅綠燈智能控制系統(tǒng)是當今城市發(fā)展的客觀要求。 EDA 技術它依賴功能強大的計算機，一硬件描述語言VHDL(Hardware Description Language)為系統(tǒng)邏輯描述手段。 一個完整的 EDA 設計流程具體的實施途徑是利用自頂向下的設計方法。采用 EDA 技術來進行電子系統(tǒng)的設計，可大幅度提高電子系統(tǒng)設計的效率和可行性，解放了設計者的思想束縛和為設計者節(jié)約了大量的時間[3]。 圖 21 應用 于 FPGA/CPLD 的 EDA 開發(fā)設計流程框圖 基本步驟如下 ： （ 1） 設計輸入 ：可分為 HDL 文本編輯輸入 和 圖形輸入 [5]。 （ 3） 適配： 將綜合器產(chǎn)生的網(wǎng)表配置到目標器件中，并使之產(chǎn)生下載文件。 （ 5） 編程下載： 向 FPGA 或者 CPLD 下載配置文件。 EDA 技術優(yōu)勢 EDA 技術的優(yōu)勢 主要 主要有以下幾個 方面 ： （ 1） 可在設計的各階段和各層次進行計算機的模擬驗證，提高的設計的正確性，并且也大大縮短了設計的周期和降低了設計者的勞動強度。 （ 3） EDA 設計中的 使用的 文檔型 的 語言。 （ 4） EDA 仿真測試技術 極大的提高了電子設計的自動化程度。 （ 6） EDA 技術的設計語言是標準化的設計語言，這樣的特點使得它的設計成果是通用的。 （ 8） EDA 技術可 使得在整個的設計過程中都可以對設計文件進行模擬仿真，而不受 階段化設計的限制 [6]。 MAX + PLUS II 與 結構無關的設計環(huán)境 的特點 ， 使得從事電子系統(tǒng)設計的開發(fā)人員可以快速入門，快速處理 器件編程設計 [7]。 可 提供圖形 輸入 、文本 輸入 和波形 輸入以及 網(wǎng)表文件 輸入 。 （ 3）設計編譯。 （ 4）優(yōu)化。 （ 5）布局布線。 運用 精確參數(shù) 對電路進行驗證 。 最后 在 布線和后仿真完 都完成之后 即可 開始 對 ASCI 或 PLD 芯片的投產(chǎn) [8]。 它以硬件描述范圍廣 、層次化的設計、語法嚴謹和標準等特點，受到越來越多電子設計者的青睞。 VHDL 硬件描述語言的主要優(yōu)點 VHDL 在電子設計中具有以下優(yōu)點： （ 1） 層次化設計的多種描述方式。 （ 3） VHDL 的設計對特定器件沒有很強的依賴性 ,工藝的轉(zhuǎn)換得以便利。 （ 5） VHDL 可被多種 EDA 軟件工具支持， 具有 可移植性強 的特點 [10]。 （ 2） 對 VHDL 程序 進行編譯 。 （ 4） 對 芯片 進行 時序分析。 （ 6） 下載程序至芯片 FLEX10K20。 3 交通 燈控制器 功能 描述 與組成結構 交通燈控制器功能描述 在今天的城市道路控制中，交通燈已經(jīng)被廣泛的使用。 它可以把一個輸入信號為 時間片 為標準 分為三個獨立的輸出信號，每個 輸出信號 對應 一盞交通燈。本設計中是對十字路口 A 方向和 B 方向的紅綠燈進行設計。 A、 B 兩方向的交通燈工作時的真值表如表 31 所示 。 分頻器：通過使 用一個計數(shù)器 來 實現(xiàn) 對 分頻 處理，當計數(shù)器每 計數(shù)到 5，電平翻轉(zhuǎn)一次實現(xiàn) 10 分頻， 當計數(shù)器 計數(shù)到 4，電平翻轉(zhuǎn)一次實現(xiàn) 8 分頻。 4 交通燈控制器 的 VHDL 設計 交通燈控制器主要模塊設計 與仿真 項目的建立 ： 在 計算機 C 盤 根目錄下創(chuàng)建 設計 總 文件夾 “mydesign”，并在 “mydesign”下創(chuàng)建項目文件夾 “jiaotongdeng”。 分頻器原理圖如 41 所示。 temp1 計數(shù)到 5 temp3 計數(shù)到 4 圖 42 分頻器程序流程圖 （ 1） VHDL 程序 輸入 打開軟件 MAX+plusⅡ 并新建工程。 建立新的 Text Editor file，在程序輸入框內(nèi)輸入分頻器模塊的 VHDL 程序。 分頻器 的 主要 VHDL 程序 如下： …… if(clk’event and clk=’0’)then if temp1=”100”then temp2=not temp2。 else temp1=temp1+1。 end if。 process(temp2) begin if temp2’event and temp2=’0’ then if temp3=”011”then temp4=not temp4。 temp2 電平翻轉(zhuǎn)一次實現(xiàn) 10 分頻 temp4電平翻轉(zhuǎn)一次，實現(xiàn) 8 分頻 時鐘信號 CLK 的輸入 temp4 信號接到 Q2 端口 temp2 信號接到 Q1 端口 9 else temp3=temp3+1。 end if。 q1=temp2。 end beha。 43 分頻器編譯 圖 通過編譯圖 43 可以看出，分頻器的程序是正確的。 建立新的 scf文件，建立完成后，對此文件進行保存 ， 并將此波形文件保存為 ：“”, 完成波形輸入 后即可開始模擬 。 10 圖 44 分頻器波形圖 由 交通燈分頻器 仿真波形 圖 44 可知，波形分析圖的結果 與理論分析結果一致。所以本設計中采用的正是基于 VHDL 并通過狀態(tài)機來描述和實現(xiàn)設計的方案 。 圖 45 狀態(tài)機 原理圖 （ 1） VHDL 程序輸入 打開軟件 MAX+plusⅡ 并新建工程。 建立新的 Text Editor file，在程序輸入框內(nèi)輸入分頻器模塊的 VHDL 程序。 狀態(tài)機 的 主要 VHDL 程序如下 ： …… if clk39。039。039。 end if。039。 11 else state=s1。 when s3=if din=39。 then state=s4。 end if。039。 else state=s3。 when s5=if din=39。 then state =s4。 when others=state=s1。 end if。 process(state) begin case state is when s1= data=011110。 when s3= data=101101。 when s5= data=110011。 end process。 12 46 狀態(tài)機編譯圖 通過編譯圖可以看出，狀態(tài)機 的程序是正確的 。 建立新的 scf文件，建立完成后，對此文件進行保存 ， 并將此波形文件保存為 ：“”, 完成波形輸入 后即可開始模擬 。 圖 47 狀態(tài)機仿真 波形圖 由 交通燈狀態(tài)機 仿真波形 圖 47 可知，波形分析圖的結果 與理論分析結果一致。 由分頻器模塊的設計和狀態(tài)機模塊的設計可知，頂層文件的的原理圖如 48所示。 在 “Directories”區(qū)選擇項目文件夾“jiaotongdeng”，在 “Project Name”區(qū)輸入 該模塊的 項目名 “jiaotongdeng”。然后保存在 C 盤設計總文件夾 “mydesign”下項目文件夾 “jiaotongdeng”里，程序名為“”。 q1,q2:out std_logic)。 ponent moore port(clk,din:in std_logic。 data:out std_logic_vector(5 downto 0))。 signal a1:std_logic。 begin u1:fenpin port map(clk,a1,a2)。 …… （ 2）項目編譯 在 MAX+plusⅡ 菜單中選擇 “Compiler”后 ， 再 選擇 “Start” ，即可 開始 對項目進行編譯， 點擊 Max+plusⅡ 軟件編譯選項得出結果如圖 49 所示 。 （ 3）時序仿真 在編譯過程結束之后點擊 Max+plusⅡ 軟件主菜單中仿真選線進行仿真。 交通燈控制器 頂層 文件 的仿真波形 如圖 410 所示。 15 5 結束語 通過 對 本次 論文 設計 的學習 ，讓我開始慢慢接觸 到 EDA 技術 領域 ，學習并掌握了 使用 EDA 技術 進行設計的一般方法 和 將其運用到 交通燈控制系統(tǒng) 設計里 的具體設計方案 。通過上述三個部分的學習，我基本上掌握了 EDA 技術設計基礎。我想隨著科學技術的不斷發(fā)展， 電子 電路 系統(tǒng)的設計也越來越數(shù)字化、簡約化。 我們相信 在今后的電子產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)中， EDA 技術必將 會承擔起越來越多的期望和使命，我們也相信 EDA 技術將會擁有一個廣闊的前景。h. EDA Positive Change[J] .Communication Methods and Measures, (4), 237250. [4] 曾繁 泰 ,陳美金 .VHDL 程序設計注意事項 [J]. 北京 :清華大學學報 ,2021(20),1580. [5] 劉昌華 ,張希 等 . 數(shù)字邏輯 EDA 設計與實踐 [M]北京 : 國防工業(yè)出版社 ,2021， 4344。 在論文設計過程中， 指導老師對論文的指導 盡心盡力 ， 在 趙老師的耐心指導 下 ， 論文的完成才得以這么順利。在這里，我由衷的感謝趙老師在本次論文設計中對我的幫助。對大學的生活和朝夕相伴的同學都有太多的不舍，太多的依戀，在這火紅的畢業(yè)季，祝愿我們青春不止，奮斗不息。 use 。 entity fenpin is port(clk:in std_logic。 end fenpin。 signal temp2,temp4:std_logic。 temp1=”000”。 end if。 end process。 temp3=”000”。 end if。 end process。 q2=temp4。 （ 2） 狀態(tài)機 VHDL 程序 描述