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1、摘 要VHDL(即超高速集成电路硬件描述语言)是随着可编程逻辑器件(PLD)的发展而发展起来的一种硬件描述语言，主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口，是电子设计自动化(EDA)的关键技术之一。它采用一种自上而下(top-down)的设计方法，即从系统总体要求出发，自上至下地逐步将设计内容细化，如划分为若干子模块，最后完成系统硬件的整体设计。它支持设计库和可重复使用的元件生成，支持阶层设计，提供模块设计的创建。VHDL设计技术对可编程专用集成电路(ASIC)的发展起着极为重要的作用。交通灯控制系统通常要实现自动控制和手动控制其红绿灯的变化，传统的交通控制灯多数由单片机或PLC实现，基于F
2、PGA设计的交通灯控制系统电路简单、可靠性好。本文主要介绍以EP1C3/EP1C6芯片进行十字路口的交通控制灯的设计，该系统可控制2个方向的红、黄、绿三盏灯,让其按特定的规律进行变化。用EP1C3/EP1C6作为交通控制灯的主控芯片，采用VHDL语言编写控制程序，利用MAX+Plus对设计结果进行仿真，发现系统工作性能良好。据此设计而成的硬件电路,也实现了控制要求。该设计展示了VHDL语言的强大功能和优秀特性。关键词：交通控制灯 VHDL语言 FPGA EP1C3/EP1C6 MAX+PlusABSTRACTVHDL (Very High Speed Integrated Circuit Ha
3、rdware Description Language), a kind of hardware description language, which rises with the development of programmable logic device (PLD), is mainly used to describe the digital system structure, behavior, function and interface, its one of the key technologies of electronic design automation (EDA)
4、. It uses a top-down design method, that is to say, design elements are gradually refined according to the general system requirements, such as the delineation of a number of sub-modules and then the final completion of the overall system hardware design. It supports the design and reusable componen
5、ts generation, class design, support for the creation of modular design. The VHDL design technology plays an extremely important role in the development of ASIC.Traffic light control system is usually to achieve automatic control and manual control of the change of its traffic lights. Traditional tr
6、affic control lights are mostly realized by SCM or PLC, the FPGA-based control system of traffic lights in which the circuit is simple is reliable. This paper introduces how to control the traffic lights at the crossroads by EP1C3/EP1C6 chip. The system can control the red, yellow and green lights o
7、f two directions, to make them change by specific rules. The performance of the system is good in the conditions of using EP1C3/EP1C6 as the traffic lights controlling chip, VHDL control procedures, MAX + Plus II simulating the results. The hardware circuit which is designed accordingly also satisfy
8、s the control requirements. The design displays the powerful function of VHDL and its outstanding character.Key words：Traffic light; VHDL; FPGA; EP1C3/EP1C6; MAX+Plus第一章 引言交通灯的研究意义 随着电子技术的飞速发展，工业生产和日常生活中的智能设备日益增多，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快，对设计开发提出了更
9、高的要求。EDA技术是用于电子产品设计中比较先进的技术，它以大规模可编程逻辑器件作为电子系统的设计载体，以硬件描述语言作为系统设计的主要表达手段，广泛应用于现代数字系统的设计与实现，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支持，既缩短了研发周期，又大大节约了成本，受到了电子工程师的青睐。可编程逻辑设计是近年来在电子设计领域中出现的一门新技术，它把复杂的数字系统转化为用一两个可编程逻辑器件即可实现的“片上”系统；把系统的更新换代转化为简单的在线系统编程设计；把后期进行的系统调试转移到设计实现之前在计算机上进行的功能仿真和时序仿真。它已
10、经从过去的几千门发展到现在的几百万门，它的应用也越来越广泛1。从过去只能用来作为部分电子电路的取代品，到现在可以实现SOPC，门数的增多意味着可以实现更多的功能。从传统的自己设计所有模块，到现在的基于IP核基础上的设计，越来越多的IC设计公司更乐于设计IP核而不是单纯的IC芯片，因为他们看到了这是市场的发展方向。最初的单板机变成了单片机，现在的整个单片机系统硬件部分或ARM嵌入式系统硬件部分也可以在一个芯片上就可以实现。这种新的技术将使硬件设计向软件化方向发展，它将大大简化数字系统的开发设计过程，使数字系统设计不再需要大量不同种类的芯片及芯片之间的复杂连线，不再需要一次又一次地调试硬件电路并反
11、复修改、制作电路。这将极大的降低了PCB的设计难度，有效地减少系统的体积，增加系统的可靠性，而且缩短开发周期，降低研制成本。现场可编程门阵列( Field Programmable Gates Array )FPGA和复杂可编程逻辑器件CPLD的出现,使得电子系统的设计者利用EDA软件,在实验室里就可以设计自己的专用集成电路ASIC器件。这种可编程ASIC不仅使设计的产品达到小型化、集成化和高可靠性,而且器件具有用户可编程特性,大大缩短设计周期,减少了设计费用,降低了设计风险。FPGA规模比较大,适合于时序、组合等逻辑电路的应用,他可以替代几十甚至上百块通用IC芯片，具有设计开发周期短、设计制
12、造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点，可以在更短的时间实现更复杂的功能，使得基于FPGA的开发平台的研究成为工业界和学术界日益关注的问题。基于FPGA的高集成度、高可靠性，可将整个设计系统下载于同一芯片中，实现片上系统，从而大大缩小其体积，FPGA兼有串、并行工作方式，因此以它为代表的可编程逻辑器件应用日益广泛。CPLD的静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改，这样就大大地提高了数字系统设计的灵活性和通用性。目前数字系统的设计可以直接面向用户需求,根据系统的行为功能要求,自上至下地逐层完成相应的描述、综合、优化、仿
13、真与验证,直到生成器件,实现电子设计自动化。MAX+Plus是美国Altera公司提供的FPGA/CPLD开发集成环境,该公司是世界最大的可编程逻辑器件供应商之一。MAX+Plus界面友好,使用便捷,被誉为业界最容易学的EDA软件2。通常使用硬件描述语言（Hardware Dscription Language,HDL）进行数字电子系统设计。HDL是一种用形式化方法来描述数字电路和设计数字逻辑系统的语言，它的发展至今已有几十年的历史，并已成功地应用到系统的仿真、验证和设计综合等方面3。目前应用广泛的硬件描述语言有：VHDL语言,VerilogHDL语言， AHDL语言，其中应用最为普及的是VH
14、DL。VHDL语言具有强大的行为描述能力和丰富的仿真语句，有专家认为，在新的世纪中，VHDL语言将承担起大部分的数字系统设计任务，使用VHDL语言来设计数字系统是电子设计技术的大势所趋。交通灯的研究目的随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高
15、速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。由于社会不断发展，城市规模日益扩大，车辆不断增加，车辆与路面的矛盾越来越突出，增加道路面积只是治标不治本。实践证明，合理地对城市交通信号灯进行控制，将高峰期和平峰期分开对待
16、，设置合理的配时，对于改善交通流的质量，更好地利用现有运输能力，实现交通流的安全性、快速性和舒适性都能起到很大作用。但现有的交通信号灯控制系统都是单一的固定时序控制，不能够根据实际交通状况进行调节控制。解决好公路交通信号灯控制问题将是保障交通有序、安全、快速运行的重要环节。本文设计的交通信号灯控制器着眼于城市交叉路口的车流控制，并配有一套完整的策略控制方案，对信号灯实施更方便、更实效的控制，以达到增加交通路口的通行能力、减少等待时间、缓解交通压力的目的。交通灯控制系统主要是实现城市十字交叉路口红绿灯的控制。在现代化的大城市中，十字交叉路口越来越多，在每个交叉路口都需要使用红绿灯进行交通指挥和管理，红、黄、绿灯的转换要有一个准确的时间间隔和转换顺序，这就需要有一个安全、自动的系统对红、黄、绿灯的转换进行管理、调节。当任意一条路上出
