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1、 / 毕 业 论 文论文题目：基于VHDL的交通信号控制器的设计学生：指导所学专业：电子信息工程20XX6月ChengdongCollege of NortheastAgricultural UniversityThesisThesis topic：Based on the VHDL design of traffic signal controller Student name： xiang linaTutor name： liu yaoSpecialty： Electronic confidence projectJune 2010基于VHDL的交通信号控制器的设计摘 要传统的交通灯控制系
2、统多数由单片机或PLC实现,本文介绍的是基于EDA技术设计交通灯系统的一种方案。EDA技术的一个重要特征就是使用硬件描述语言来完成系统的设计文件,可以代替设计者完成电子系统设计中的大部分工作,而且可以直接从程序中修改错误及系统功能而不需要硬件电路的指示,应用VHDL的数字电路实验降低了数字系统的设计难度,这在电子设计领域已得到设计者的广泛采用。本设计就是针对交通信号灯控制器的设计问题,提出了基于VHDL语言的交通信号灯系统的硬件实现方法。通过对系统进行结构分析,采用了层次化的设计方法,分别给出了分频模块、倒计时控制模块、动态控制模块的VHDL程序,并且利用Max Plus对应用程序进行了仿真,
3、并给出了相应的仿真结果。在用VHDL语言进行电路设计时,应充分认识到VHDL语言的特点,从设计思想、语句运用及描述方法上等多方面对电路进行优化设计。通过电路优化设计,可以使用规模更小的可编程逻辑芯片,从而降低系统成本。关键词：EAD技术；VHDL语言；Max Plus；仿真Based on VHDL design of traffic signal controllerAbstractTraffic light controller system is usually developed by microprocessor or PLC.This paper introduces the de
4、sign of traffic light system base on EDA,one important characteristic of the EDA is that the design documents should be completed by the HDL, the digital circuit experiment utilized very-high-speed integrated circuit hardware description language may reduce the difficulties of digital system designi
5、ng,and it is widely used by electronic designer now.Aiming at the design problem of traffic light controller,this paper puts forward a hardware realization method of traffic light system with VHDL.By analyzing the architecture of system,it gives the program of each module with VHDL using hierarchica
6、l design means.It also gives the simulation results by Max Plus. Be completely realized VHDL Languages feature when designed circuit by VHDL,Improving circuit design from the idea of design,the usage of statements and the method of describe.Key Words: EDA ;VHDL language; Max Plus; simulation目 录摘要IAb
7、stractII前言1 EAD和FPGA技术概要1.1 EDA技术的介绍1.2 EAD与传统设计方法的比较1.3 FPGA技术的介绍1.4 FPGA的特点2 硬件描述语言VHDL2.1不同层次设计需求2.2 VHDL语言的特点2.3 VHDL设计及综合过程2.4 MAX+plus简介2.4.1 MAX+plus软件的特点2.4.2 MAX+plus软件设计步骤2.4.3管理器窗口3 交通信号控制器3.1 设计任务3.2 交通灯信号灯控制器的整体框架及工作原理3.3 交通信号控制器电路的实现及工作原理4 各模块的VHDL程序设计与仿真4.1 分频模块4.1.1 100分频模块4.1.2 50分频
8、模块4.2 功能控制电路4.2.1 消抖同步模块4.2.2 状态控制模块4.2.3 A、B两方向倒计时控制模块contrla和contralb4.3 动态显示控制电路4.3.1 片选信号产生模块4.3.2 数据选择模块4.3.3 七段显示译码模块5 结论参考文献致前 言随着世界经济与技术的发展,交通运输已经成为经济生活的重要方面,并对保证社会经济体系的正常运转发挥着越来越大的作用。然而,由于我国经济的快速发展以及机动车持有量的激增和其它运输工具的快速增长,使现有基础设施所能提供的交通供给能力与我国现实和潜在的巨大交通需求相比仍然严重短缺,交通拥挤仍然很严重,运输效率较低,城市交通堵塞和大气污染
9、加剧,严重影响了我国城市经济的发展和人民的生活。分析其原因主要是由于现有交叉口的几何条件所限,以及缺少完善的交通管理设施。道路上交通标志不规,路口渠化不合理等问题加剧了交通拥挤的矛盾,而作为城市交通命脉的主干道的交通阻塞会使整个城市交通陷入瘫痪。解决城市交通拥挤状况,完善路网来缓解交通拥挤不是短时间所能解决的,目前急需做的是进一步挖掘路网的潜力并改善交通现状,特别是改善交通信号控制。可见,研制一种高效的智能交通控制系统是很有必要的,因此,城市交通的智能控制目前已成为国外交通工程界研究的热点领域之一。而各交叉口是是城市道路网的咽喉要道,是人流和车辆汇集的地方,最容易发生交通阻塞现象,因此交叉口信
10、号的智能控制显得更为迫切。最大程度提高交叉口的通行能力,为经济的发展和人民生活提供一个安全、畅通、高效、低公害低能耗的交通环境已成为必然。实现路口交通灯系统的控制方法很多,可以用标准逻辑器件、可编程控制器PLC、单片机等方式来实现。但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路知识,在一定程度上增加了功能修改及系统调试的困难。交通系统未来的发展趋势就是要提高通行能力,加强换进保护,开展智能化运输和环保转向技术的研究,并需要做到以人为本,重点开交通安全技术的研究,在这个过程中要确定经济合理的目标,促进新材料的广泛应用和开发。EDA技术是用于电子产品设计中比较先进的技术,可以代替设计者完成电子系统
11、设计中的大部分工作,而且可以直接从程序中修改错误及系统功能而不需要硬件电路的指示,既缩短了研发周期,又大大节约了成本,收到了电子工程师的青睐。因此,本设计中采用了EDA技术,应用目前广泛应用的VHDL硬件电路描述语言,实现交通系统控制器的设计,利用MAX+PLUS集成开发环境进行综合、仿真、完成系统的控制作用。1 EAD和FPGA技术概要1.1 EDA技术的介绍EDA是电子设计自动化Electronic Design Automation的缩写,在20世纪90年代初从计算机辅助设计CAD、计算机辅助制造CAM、计算机辅助测试CAT和计算机辅助工程CAE的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为
12、工具,设计者在EDA软件平台上,用硬件描述语言HDL完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。1.2 EAD与传统设计方法的比较与传统的电子设计放大相比,EAD技术对于复杂电路的设计和调试都比较简单,如果莫一过程存在错误,查找和修改起来比较方便,而且EAD技术的可移植性很强。1.3 FPGA技术的介绍代可编程逻辑器件主要指CPLD 和FPGA 两种大容量的可编程逻辑器件,采用深亚微米工艺,能应用在不同的高科技研发领域,如数字电路设计、微处理器系统、DSP、电信、可重构计算机及ASIC设计。由
13、于以EEPROM, SRAM或FLASH为基础,用户可以通过计算机对芯片进行在线系统编程或在线重配置,因而大大降低了成本,缩短了开发时间。FPGA则是基于SRAM LUT细粒度结构的可编程门阵列,采用SRAM编程技术；早期的FPGA部连线是分段式的,信号延迟不固定,无法预测延迟时间,现在的FPGA新产品采用层次式互连,也提供大量长线,可以预测延时,而且编程灵活性大大强于CPLD,但单元之间的连线比较复杂,影响了芯片的有效工作速度。FPGA一般用于逻辑仿真,另一个应用就是可以直接制成ASIC,因而是科学实验、样机研制、小批量产品生产的最佳选择器件。可编程器件的另一个重要的发展趋势是片上系统SOC
14、,它集成了一个或多个主要功能块、存储块以及通用或专用I/O功能块。片上系统的出现,对大幅度降低功耗、提高抗干扰性、增加技术性以及减少电路板面积提供了良好的解决方案。在线系统可编程技术又使得设计者可以将未编程的器件预装在系统电路板上,确定引脚后通过编程电缆接到计算机上,可以随时通过软件对器件编程,从而达到改变硬件结构的目的。目前FPGA可供选择的围很大,著名的器件厂商有ALTERA,XILINX, LATTICE等公司,可根据不同的应用选用不同容量或性能的芯片。利用它们可实现几乎任何形式的数字电路或数字系统的设计。随着这类器件的广泛应用和成本的大幅度下降,FPGA在系统中的直接应用率正直逼ASIC的开发。1.4 FPGA的特点FPGA继承了ASIC的大规模、高集成度、高可靠性的优点,又克服了普通ASIC设计周期长、投资大、灵活性差的缺点,逐步成为复杂数字硬件电路设计的理想首选。当代FPGA具有以下特点：1规模越来越大,单片逻辑门数已逾百万,更适合于实现片上系统SOC。2开发投资小,芯片在出厂前都做过百分之百的测试,而且设计灵活,发现错误可直接更改设计,降低
