湖南科技大學瀟湘學院信息與電氣工程系《課程設(shè)計報告》題目：硬件描述語言課程設(shè)計專業(yè)：通信工程班級：二班姓名：學號：指導(dǎo)教師：胡仕剛2016年1月8日課程設(shè)計任務(wù)書題目設(shè)計時間設(shè)計目的：設(shè)計要求：總體方案實現(xiàn)：指導(dǎo)教師評語：摘要

VHDL的英文全寫是：VHSIC（Very

High

Speed

Integrated

Circuit）Hardware

Description

Language.翻譯成中文就是超高速集成電路硬件描述語言。因此它的應(yīng)用主要是應(yīng)用在數(shù)字電路的設(shè)計中。VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，行為，功能和接口VHDL的程序結(jié)構(gòu)特點是將一項工程設(shè)計，或稱設(shè)計實體（可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統(tǒng)）分成外部（或稱可視部分,及端口)和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在目前，可編程邏輯器件、單片機、DSP已經(jīng)成為數(shù)字系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，而從事數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計必須掌握可編程邏輯器件的設(shè)計方法，而VHDL語言是一種標準的數(shù)字系統(tǒng)硬件電路設(shè)計語言，為所有可編程邏輯器件廠商所支持，已成為電路設(shè)計人員和電子設(shè)計工程師必須掌握的工具。VHDL語言是培養(yǎng)信息類專門人才的一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程。通過本次課程設(shè)計，使我們能夠?qū)W習和掌握現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計的新技術(shù)、新器件，掌握硬件描述語言VHDL的編程技術(shù)和硬件描述方法，能夠?qū)υO(shè)計系統(tǒng)進行規(guī)范描述掌握相關(guān)軟件的使用，操作。能對VHDL語言程序進行編譯，調(diào)試，以及通過計算機仿真，得到正確的仿真波形圖，并根據(jù)所得仿真波形圖分析判斷并改進所設(shè)計的電路。本次課程設(shè)計設(shè)計主要使用了VHDL語言，采用的開發(fā)軟件是MAXPLUSII，設(shè)計一個多功能數(shù)字鐘。在MAXPLUSII開發(fā)平臺下進行了編譯、仿真、下載，實現(xiàn)了基本記時顯示和設(shè)置、調(diào)整時間、報時和鬧鐘功能。關(guān)鍵詞：EDA；VHDL；Max+plusII；目錄1.設(shè)計目的…………………22.設(shè)計任務(wù)…………………23.設(shè)計要求…………………24.設(shè)計內(nèi)容…………………35.電路工作原理…………………45.1交通燈工作原理……………45.2五人表決器工作原理……………46.主要程序和仿真結(jié)果…………56.1交通燈程序………56.2仿真結(jié)果模塊分析………66.3五人表決器程序………74.4仿真結(jié)果模塊分析………97.心得體會…………………13參考文獻…………14一，設(shè)計目的：1，學習使用EDA開發(fā)工具MAX+plusII。2，學習使用VHDL語言設(shè)計交通燈，五人多數(shù)表決器。3，熟悉交通燈，五人多數(shù)表決的原理。

二，設(shè)計任務(wù)：1）設(shè)計一個交通燈2）設(shè)計一個五人多數(shù)表決器。

三，設(shè)計要求：

交通燈

1）、實現(xiàn)一個十字路口的信號燈控制電路。

、信號燈分別由紅、黃、綠三種顏色組成，運行時，綠燈亮40秒鐘，然后閃5秒，綠燈滅，黃燈亮2秒，黃燈滅，紅燈亮，同時另一方向的綠燈亮，紅燈亮的時間為47秒

。

擴展要求：

1、增加顯示功能，即每個燈亮時顯示相應(yīng)的秒數(shù)并倒計時。

2、增加左轉(zhuǎn)功能，即信號燈由紅燈、黃燈和兩個綠燈組成，左轉(zhuǎn)時間為15秒，紅燈亮的時間調(diào)整為62秒。五人表決器

五人多數(shù)表決邏輯：多數(shù)通過；

在主持人控制下，10秒內(nèi)表決有效；

采用數(shù)碼管顯示表決10秒倒計時；

表決結(jié)束后用發(fā)光二極管及數(shù)碼管顯示表決結(jié)果，數(shù)碼管顯示結(jié)果形式：通過，不通過；

設(shè)主持人控制鍵，復(fù)位鍵：

控制鍵：啟動表決；

復(fù)位鍵：系統(tǒng)復(fù)位。

自制實驗方案，完成設(shè)計任務(wù)四，設(shè)計內(nèi)容交通燈說明：隨著基于VHDL的EDA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大與深入，EDA技術(shù)在電子信息、通信、自動控制用計算機等領(lǐng)域的重要性日益突出。作為一個學電子信息專業(yè)的學生，我們必須不斷地了解更多的新產(chǎn)品信息，這就更加要求我們對EDA有個全面的認識。本程序設(shè)計的是交通燈的設(shè)計。采用EDA作為開發(fā)工具，VHDL語言為硬件描述語言，Max+plusII作為程序運行平臺，所開發(fā)的程序通過調(diào)試運行、波形仿真驗證，初步實現(xiàn)了設(shè)計目標

在一個交通繁忙的十字路口，沒有交通燈來控制來往車輛和行人的通行，假設(shè)也沒有交警，那會發(fā)生什么事情呢？后果是難以想象的，可能會陷入一片混亂，甚至癱瘓。當然我們每個人都不希望這樣。我們作為社會的一員，每人都有責任為它的更加先進和快捷做出力所能及的事情。并且經(jīng)過些次實驗使得我們對電子技術(shù)課程內(nèi)容的理解和掌握有了更深一層的認識，掌握電子電路的基本分析方法和設(shè)計方法。五人表決器說明：在脈沖作用下，使用減法計數(shù)器，在初值為10秒的時候，主持人按控制鍵啟動表決后，開始計時。每來一個脈沖計數(shù)器就減少1。一直這樣下去，直到計數(shù)器變?yōu)?。計數(shù)器為0時投票無效。最后統(tǒng)計投票人數(shù)通過同意人數(shù)決定表決結(jié)果，當投票人不小于3人時，投票通過。在主持人按下復(fù)位鍵時，計數(shù)回到10，重新進行減法計數(shù)器。直到為0。五，電路工作原理5.1交通燈工作原理通過制作來了解交通燈控制系統(tǒng)，交通燈控制系統(tǒng)主要是實現(xiàn)城市十字交叉路口紅綠燈的控制

：clk時鐘秒脈沖發(fā)生電路

在紅綠燈交通信號系統(tǒng)中，大多數(shù)情況是通過自動控制的方式指揮交通的。因此為了避免意外事件的發(fā)生，電路必須給一個穩(wěn)定的時鐘（clock）才能讓系統(tǒng)正常運作。

1,計數(shù)秒數(shù)選擇電路

計數(shù)電路最主要的功能就是記數(shù)負責顯示倒數(shù)的計數(shù)值，對下一個模塊提供狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。系統(tǒng)輸入er,ey,eg:接收由clk電路的提供的1hz的時鐘脈沖信號；

系統(tǒng)輸出信號sr,sy,sg產(chǎn)生顯示電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號,wr,wy,wg：倒計數(shù)值秒數(shù)個位變化控制信號,nr,ny,ng：倒計數(shù)值

秒數(shù)十位變化控制信號

2,紅綠燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路本電路負責紅綠燈的轉(zhuǎn)換。

系統(tǒng)輸入信號：full:

接收由clk電路的提供的1hz的時鐘脈沖信號；

sr,sy,sg:接收計數(shù)秒數(shù)選擇電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號；

系統(tǒng)輸出信號:pout_out:負責紅綠燈的狀態(tài)顯示。

3,時間顯示電路:本電路負責紅綠燈的計數(shù)時間的顯示。

系統(tǒng)輸入信號：

wr,wy,wg：倒計數(shù)值秒數(shù)個位變化控制信號；nr,ny,ng:倒計數(shù)值

秒數(shù)十位變化控制信號；

六，主要程序和仿真結(jié)果6.1交通燈的程序libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_arith.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entitytrafficledisport(clk1:instd_logic;reset:instd_logic;pout:outstd_logic_vector(12downto1));endtrafficled;architecturetrafficled_archoftrafficledissignaler,ey,eg:std_logic;signalsr,sy,sg:std_logic;signalwr,wy,wg:std_logic;signalnr,ny,ng:std_logic;signalcount:integerrange0to11;signalstate:integerrange0to4;beginprocess(clk1,reset,count)beginifreset='1'thencount<=0;state<=0;elseif(clk1'eventandclk1='1')thencount<=count+1;if(count=11)thenstate<=state+1;endif;if(state>4)thenstate<=0;endif;endif;endif;casestateiswhen0=>ey<='1';wy<='1';sy<='1';ny<='1';eg<='0';wg<='0';sg<='0';ng<='0';er<='0';wr<='0';sr<='0';nr<='0';when1=>ey<='0';wy<='0';sy<='0';ny<='0';eg<='1';wg<='1';sg<='0';ng<='0';er<='0';wr<='0';sr<='1';nr<='1';when2=>ey<='1';wy<='1';sy<='0';ny<='0';eg<='1';wg<='1';sg<='0';ng<='0';er<='0';wr<='0';sr<='1';nr<='1';when3=>ey<='0';wy<='0';sy<='0';ny<='0';eg<='0';wg<='0';sg<='1';ng<='1';er<='1';wr<='1';sr<='0';nr<='0';when4=>ey<='0';wy<='0';sy<='1';ny<='1';eg<='0';wg<='0';sg<='1';ng<='1';er<='1';wr<='1';sr<='0';nr<='0';whenothers=>null;endcase;endprocess;pout(1)<=er;pout(2)<=eg;pout(3)<=ey;pout(4)<=sr;pout(5)<=sg;pout(6)<=sy;pout(7)<=wr;pout(8)<=wg;pout(9)<=wy;pout(10)<=nr;pout(11)<=ng;pout(12)<=ny;endtrafficled_arch;6.2仿真結(jié)果1）仿真波形2）引腳圖3)時序分析4)功能模塊6.2五人表決器工作原理信號表voter：一維數(shù)組voter用來表示五位表決者；pass：表決最終是否通過（‘1’為“通過”，‘0’為“未通過”）；total：表決通過的人數(shù)；count：用來顯示倒計時；reset：主持人復(fù)位鍵，用來系統(tǒng)復(fù)位；start：主持人控制鍵，用來啟動表決；clk：系統(tǒng)時鐘;6.3五人表決器程序：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_arith.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entitybiaojueisport(voter:instd_logic_vecyor(1to5);pass:outbit; total:outstd_logic_vecyor(3downto1);count:bufferstd_logic_vecyor(3downto0);reset,start,clk:std_logic;endbiaojue;architectureoneotbiaojueisbeginprocess(voter,clk,start,reset)variablesuo:booleani;variablesum:std_logic_vecyor(1to3);beginif(reset='0')thenpass<='0';count<="1010";suo:=false;sum:="000";total<="000";elsif(clk'eventandclk='1')thenif(start='1')thenif(notsuo)thenifcount="0000"thensuo:=ture;foriin1to5loopsum:=voter(i)+sum;endloop;ELSEcount<=count-1;endif;endif;total<=sum;if(sum>=3)thenpass<='1';elsepass<='0';endif;endif;endif;endprocess;endone;6.4仿真結(jié)果1)仿真結(jié)果6.21當處于復(fù)位狀態(tài)時，外界的輸入對結(jié)果沒有影響。故時間仍為10秒，輸出統(tǒng)計人數(shù)為0。仿真波形如圖所示復(fù)位時的模擬結(jié)果6.22在非復(fù)位狀態(tài)下，主持人按下開始鍵。表決開始。在沒有人投票的情況下。時間變?yōu)?。表決結(jié)束。仿真波形如圖所示。無人贊成時的模擬結(jié)果6.23在非復(fù)位狀態(tài)下，主持人按下開始鍵。表決開始。當超出表決時間時才進行表決，此表決無效。仿真波形如圖所示規(guī)定時間外的模擬結(jié)果6.24在非復(fù)位狀態(tài)下，主持人按下開始鍵表決。開始。在規(guī)定時間內(nèi)只有兩人贊同，波形如圖所示。兩人贊成時的結(jié)果6.25在非復(fù)位狀態(tài)下，主持人按下開始鍵。表決開始。在規(guī)定時間內(nèi)只有四人贊同，仿真波形如圖所示三人贊成時的結(jié)果6.26在非復(fù)位狀態(tài)下，主持人按下開始鍵。表決開始。在規(guī)定時間內(nèi)只有四人贊同，仿真波形如圖所示。四人贊成時的結(jié)果該實驗是一個具有計時功能的五人表決器，時間限制為10秒，主持人控制復(fù)位，開始。輸出結(jié)果為表決通過的人數(shù)和最后表決是否通過。2）引腳圖3）功能模塊4）時序分析6.3結(jié)果分析和總結(jié)該控制器控制紅、黃、綠三個發(fā)光管循環(huán)發(fā)光，要求紅燈亮2秒，黃燈亮1秒，綠燈亮3秒。（2）發(fā)光時間由頻率為1HZ的脈沖控制。當控制總開關(guān)給出一個高電平后，各個彩燈按紅燈2秒，黃燈1秒，綠燈3秒依次點亮，循環(huán)發(fā)光。從仿真波形可以看出循環(huán)彩燈開始工作時，紅燈先亮，并且繼續(xù)2s；2s后，紅燈滅，黃燈亮，并且繼續(xù)1s；1s后，黃燈滅，綠燈亮，并且繼續(xù)3s。如此循環(huán)。仿真結(jié)果基本達到設(shè)計的要求。七，心得體會通過此次的課程設(shè)計，使我學習到了許多新的認識，要想完成一個設(shè)計，必須要有探索求知的精神和扎實的知識基礎(chǔ)，必須熟練地掌握課本上專業(yè)基本的知識，只有這樣才能在設(shè)計中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，同時在實驗中還要有耐心去檢查程序發(fā)現(xiàn)問題解決問題。在這個過程中使我深刻的體會到要將自己所學的知識要應(yīng)用到實踐中去，同時要結(jié)合實際來做，還要翻閱大量的課外學習資料，向老師和同學請教，這樣才能一步一步完成實驗使其趨于完善。這次交通燈和表決器的控制器課程設(shè)計，讓我對系統(tǒng)的整個設(shè)計流程有了更清楚的認識，也讓我認識到一個系統(tǒng)的設(shè)計無論是在編程方面還是仿真方面都不容易。尤其是在編程時更是困難叢叢。不僅思路要正確而且專業(yè)術(shù)語要正確。這次課設(shè)，我了解到彩燈控制器的工作基本原理的同時，還基本掌握了QuartusII軟件的是用方法，還使我認識到在做設(shè)計過程中應(yīng)當沉著冷靜，遇到困難時候，應(yīng)當冷靜思考，耐心的的尋找解決的方法，最終困難一定會被克服，還懂得了要把自己所學的知識與實踐結(jié)合起來是非常重要的。一周的學習使我對交通燈控制器和五人表決器都有了大概的了解，更加深了我對自己所學的專業(yè)有了進一步了解，也培養(yǎng)了我學習的興趣，在此也非常感謝老師認真的指導(dǎo)，同時細心地為我們解決了許多困難。而且我認為我們做設(shè)計絕對不能人云亦云，要有自己的看法，這樣我們就要有充分的準備，若是做了也不知道是個什么設(shè)計，那么做了也是白做。設(shè)計總是與課本知識相關(guān)的。在設(shè)計過程中，我們應(yīng)該盡量減少操作的盲目性提高設(shè)計效率的保證，有的人一開始就趕著做，結(jié)果卻越做越忙，主要就是這個原因。我也曾經(jīng)犯過這樣的錯誤。在設(shè)計的過程中我們要培養(yǎng)自己的獨立分析問題，和解決問題的能力。培養(yǎng)這種能力的前題是你對每次設(shè)計的態(tài)度。最后，通過這次的課程設(shè)計我不但對理論知識有了更加深的理解，對于實際的操作和也有了質(zhì)的飛躍。經(jīng)過這次的課程設(shè)計，我們整體對各個方面都得到了不少的提高。參考文獻[1]李國洪.可編程器件EDA技術(shù)與實踐[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004:100-123.[2]張立,張光新,柴磊,周澤魁.FPGA在多功能計費器系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].儀器儀表報,2005,26(28):25-27.[3]潭會生,張昌凡.EDA技術(shù)及應(yīng)用[J].西安:電子科技大學出版社.2001,16(2):46-48.[4]詩文DigiTimes專稿;片上系統(tǒng)潮流下EDA市場發(fā)展趨勢[N].電子資訊時報,2005-06-06(A02).[5]趙輝.基于EDA技術(shù)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計[J].HYPERLINK"/KNS50/Navi/Bridge.aspx?LinkType=BaseLink&DBCode=cjfd&TableName=cjfdbaseinfo&Field=BaseID&Value=G