EDA技術(shù)與VHDL語言設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目交通燈控制器姓名院系電子信息工程系專業(yè)電子信息工程班級(jí)電信學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師成績(jī)指導(dǎo)教師交通燈控制器摘要EDA技術(shù)是在先進(jìn)的計(jì)算機(jī)工作平臺(tái)上開發(fā)出來的一整套電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟硬件工具，并提供了先進(jìn)的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，開發(fā)人員可以通過自己的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)來定制其芯片內(nèi)部的電路功能，使之成為設(shè)計(jì)者自己的專用集成電路。本次課程設(shè)計(jì)主要目的是學(xué)習(xí)如何基于VERILOG的設(shè)計(jì)技術(shù)來設(shè)計(jì)交通燈控制器并把這些設(shè)計(jì)與EDA使用開發(fā)裝置結(jié)合起來。關(guān)鍵詞交通燈控制器設(shè)計(jì)技術(shù)EDA1、引言1、EDA簡(jiǎn)介現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的核心已日趨轉(zhuǎn)向基于計(jì)算機(jī)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)，即EDA（ELECTRONICDESIGNAUTOMATION）技術(shù)。EDA技術(shù)就是依賴功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，在EDA工具軟件平臺(tái)上，對(duì)以硬件描述語言HDL（HARDWAREDESCRIPTIONLANGUAGE）為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計(jì)文件，自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、布局布線以及邏輯優(yōu)化和仿真測(cè)試，直至實(shí)現(xiàn)既定的電子線路系統(tǒng)功能。EDA技術(shù)使得設(shè)計(jì)者的工作僅限于利用軟件的方式，即利用硬件描述語言和EDA軟件來完成對(duì)系統(tǒng)硬件功能的實(shí)現(xiàn)，這是電子設(shè)計(jì)技術(shù)的一個(gè)巨大進(jìn)步。EDA技術(shù)的發(fā)展是以計(jì)算機(jī)科學(xué)、微電子技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)，并融合了應(yīng)用電子技術(shù)、只能技術(shù)以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、拓?fù)鋵W(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)等眾多學(xué)科的最新成果發(fā)展起來的。簡(jiǎn)單地說EDA就是立足于計(jì)算機(jī)工作平臺(tái)而開發(fā)出來的一整套先進(jìn)的設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)的軟件工具。EDA主要有三個(gè)發(fā)展階段CAD（COMPUTERAIDEDDESIGN）階段、CAE（COMPUTERAIDEDENGINEERING）階段、EDA階段。2、EDA技術(shù)的設(shè)計(jì)方法數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以采用不同的方法，在今天復(fù)雜的IC設(shè)計(jì)環(huán)境下，概括起來只有兩種設(shè)計(jì)方法供數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員選擇一種為由底向上（BOTTOMUP）的設(shè)計(jì)方法，也稱為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；另一種為自頂向下TOPDOWN的設(shè)計(jì)方法，也稱為現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法。但是由于所設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)的規(guī)模大小不一,且系統(tǒng)內(nèi)部邏輯關(guān)系復(fù)雜,如何劃分邏輯功能模塊便成為設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)的最重要的任務(wù)。采用由底向上的設(shè)計(jì)方法需要設(shè)計(jì)者首先定義和設(shè)計(jì)每個(gè)基本模塊，然后對(duì)這些模塊進(jìn)行連線以完成整體設(shè)計(jì)。在IC設(shè)計(jì)復(fù)雜程度低于10000門時(shí)常采用這種設(shè)計(jì)方法，但是隨著設(shè)計(jì)復(fù)雜程度的增加，該方法會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)品生產(chǎn)周期長(zhǎng)、可靠性低、開發(fā)費(fèi)用高等問題?，F(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法綜合運(yùn)用各方面的知識(shí)，設(shè)計(jì)者必須從系統(tǒng)的角度來分析每個(gè)設(shè)計(jì)，R2Y2G2L2A方向B方向同時(shí)還要對(duì)數(shù)字電路結(jié)構(gòu)、EDA工具、微電子等有關(guān)知識(shí)有比較全面的了解，這樣才能發(fā)揮自頂向下設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，提高電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。采用自頂向下技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)可分為三個(gè)主要階段系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的綜合和優(yōu)化和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，各個(gè)階段之間并沒有絕對(duì)的界限。系統(tǒng)設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)流程中最重要的部所做的工作都是以這一部分為基礎(chǔ)的。EDA設(shè)計(jì)流程為設(shè)計(jì)輸入、時(shí)序與功能仿真、綜合、適配與下載。圖（1）是運(yùn)用EDA技術(shù)進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程圖。分。它包括系統(tǒng)功能分析、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)描述與系統(tǒng)功能仿真4個(gè)步驟，這一階段所做的工作基本上決定了所設(shè)計(jì)電路的性能，后面圖1EDA數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖2十字路口交通燈示意圖2、交通燈控制器設(shè)計(jì)1、交通燈控制器設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通燈控制器，其示意圖如圖（2），A方向和B方向各設(shè)紅（R）、黃（Y）、綠（G）和左拐（L）四盞燈，四種燈按合理的順序亮、滅，并能將燈光的時(shí)間以倒計(jì)時(shí)的形式顯示出來。功能要求兩個(gè)方向各種燈亮的時(shí)間能夠進(jìn)行設(shè)置和修改，此外假設(shè)A方向是主干路，車流量大，因此A方向通行的時(shí)間應(yīng)比B方向長(zhǎng)。交通燈控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換入表一所示。表中1表示等亮，0表示燈滅。A方向和B方向的紅、黃、綠和左拐等分別用R1、Y1、G1、L1和R2、Y2、G2、L2表示。表二1交通燈控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表A方向B方向R1Y1G1L1綠燈（G1）黃燈（Y1）左拐等（L1）紅燈（R1）綠燈（G1）黃燈（Y1）左拐等（L1）紅燈（R1）10000001010000010010000101000001000100000001100000010010000101002、設(shè)計(jì)思路根據(jù)交通燈控制器要實(shí)現(xiàn)的功能，可考慮用兩個(gè)并行執(zhí)行的ALWAYS模塊來分別控制A和B兩個(gè)方向的四盞燈，它們使用同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，以進(jìn)行同步。按綠燈黃燈左拐等黃燈紅燈往復(fù)循環(huán)。每種等亮的時(shí)間采用一個(gè)減法計(jì)數(shù)器的摸計(jì)數(shù)，而且輸出采用BCD碼，用四個(gè)數(shù)碼管來完成A方向和B方向各用兩個(gè)數(shù)碼管。電路控制原理框圖如圖（4）所示。圖4電路控制系統(tǒng)框圖3、設(shè)計(jì)源程序程序中A方向紅、綠、黃、左拐燈亮的時(shí)間分別為65S、40S、5S、和15S、，B方向紅、黃、綠、左拐燈亮的時(shí)間分別為55S、30S、5S、和15S、。程序如下MODULETRAFFICCLK,EN,LAMPA,LAMPB,ACOUNT,BCOUNTINPUTCLK,ENOUTPUT30LAMPA,LAMPBOUTPUT70ACOUNT,BCOUNT綠黃左拐紅紅左拐黃綠主控制器計(jì)數(shù)器置數(shù)器譯碼器顯示器REGTEMPA,TEMPBREG20COUNTA,COUNTBREG30LAMPA,LAMPBREG70ARED,AYELLOW,AGREEN,ALEFT,BRED,BYELLOW,BGREENREG70NUMA,NUMBALWAYSENIFENBEGINARED1IFNUMA300BEGINNUMA301IFNUMB30BEGINNUMB309NUMB74NUMB741ENDELSENUMB30NUMB301IFNUMB2TEMPB0ENDENDELSEBEGINLAMPB4B1000TEMPB0COUNTB0ENDENDENDMODULE建立WAVEFORMEDITOR文件，設(shè)置命名為TRAFFICSCF文件，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，可得到波形圖如圖（5）所示圖5交通燈控制器仿真波形圖三、課程總結(jié)相對(duì)于其它計(jì)算機(jī)語言的學(xué)習(xí)，如C或匯編語言，VHDL具有明顯的特點(diǎn)。這不僅僅是由于VHDL作為一種硬件描述語言的學(xué)習(xí)需要了解較多的數(shù)字邏輯方面的硬件電路知識(shí)，包括目標(biāo)芯片基本結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)更重要的是由于VHDL描述的對(duì)象始終是客觀的電路系統(tǒng)。傳統(tǒng)的軟件編程語言只能根據(jù)CPU的工作方式，以排隊(duì)式指令的形式來對(duì)特定的事件和信息進(jìn)行控制或接收。在CPU工作的任一時(shí)間段內(nèi)只能完成一種操作。因此，任何復(fù)雜的程序在一個(gè)單CPU的計(jì)算機(jī)中的運(yùn)行，永遠(yuǎn)是單向和一維的。因而程序設(shè)計(jì)者也幾乎只需以一維的思維模式就可以編程和工作了。VHDL雖然也含有類似于軟件編程語言的順序描述語句結(jié)構(gòu)，但其工作方式是完全不同的。軟件語言的語句是根據(jù)CPU的順序控制信號(hào)，按時(shí)鐘節(jié)拍對(duì)應(yīng)的指令周期節(jié)拍逐條運(yùn)行的，每運(yùn)行一條指令都有確定的執(zhí)行周期。但VHDL則不同，從表面上看，VHDL的順序語句與軟件語句有相同的行為描述方式，但在標(biāo)準(zhǔn)的仿真執(zhí)行中有很大的區(qū)別。VHDL的語言描述只是綜合器賴以構(gòu)成硬件結(jié)構(gòu)的一種依據(jù)，但進(jìn)程語句結(jié)構(gòu)中的順序語句的執(zhí)行方式?jīng)Q非是按時(shí)鐘節(jié)拍運(yùn)行的。通過本次實(shí)驗(yàn)，我認(rèn)識(shí)到理論要與實(shí)際結(jié)合，培養(yǎng)動(dòng)手動(dòng)腦能力的重要性，做事情要抱著一絲不茍的態(tài)度，這樣才能做好事情。同時(shí)也進(jìn)一