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1、EDA论文 题目 交通灯信号控制器的设计 学生姓名 黄鹏 学 号 20101309073 院 系 电子与信息工程学院 专 业 信息工程 课程名称 电子设计自动化 任课教师 周勇 2012 年 12 月 10日摘要 随着集成电路（IC）技术的发展，电子设计自动化（EDA）逐渐成为重要的设计手段，已经广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域，本设计采用EDA技术，选用目前应用广泛的VHDL硬件电路描述语言进行设计。EDA技术使得电子电路设计者的工作只需要利用硬件描述语言和EDA软件平台就能完成对系统硬件功能的实现，极大的提高了设计效率，缩短了设计周期，节省了设计成本。 关键词；信号控制器 电子设计自
2、动化 交通灯目录课程 EDA 1摘要 2目录 3交通灯信号控制器的设计4 一EDA简介 4二FPGA简介 5三 交通灯信号控制器的设计 5实验内容 6FENPIN1的实现程序 6状态机（MOORE_JT2）的程序 7顶层实现电路图 8四 波形模拟 9五 结束语 9六 参考文献 10一EDA简介概述： EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL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。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动
3、强度。 EDA技术融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。本文所指的EDA技术，主要
4、针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。 EDA设计可分为系统级、电路级和物理实现级。硬件描述语言HDL是相对于一般的计算机软件语言，如：C、PASCAL而言的。HDL语言使用与设计硬件电子系统的计算机语言，它能描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接方式。设计者可利用HDL程序来描述所希望的电路系统，规定器件结构特征和电路的行为方式；然后利用综合器和适配器将此程序编程能控制FPGA和CPLD内部结构，并实现相应逻辑功能的的门级或更底层的结构网表文件或下载文件。目前，就FPGA/CPLD开发来说，比较常用和流行的HDL主要有ABEL-HDL、AHDL和VHDL。EDA设计方法前端设计(系统建模R
5、TL级描述)后端设计(FPGAASIC)系统建模IP复用前端设计系统描述：建立系统的数学模型。功能描述：描述系统的行为或各子模块之间的数据流图。逻辑设计：将系统功能结构化，通常以文本、原理图、逻辑图、布尔表达式来表示设计结果。仿真：包括功能仿真和时序仿真，主要验证系统功能的正确性及时序特性。EDA常用软件EDA工具层出不穷，目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有：multiSIM7(原EWB的最新版本)、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIIogic、Cadence、MicroSim，ISE，model
6、sim等等。这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进行电路设计与仿真，同进还可以进行PCB自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。二FPGA简介FPGA是英文FieldProgrammable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。 FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Config
7、urable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。 现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的结构。FPGA利用小型查找表（161RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器
8、单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。FPGA特点： 1） 采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。 2） FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。 3） FPGA内部有丰富的触发器和IO引脚。 4） FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。 5) FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。 可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。 FPGA的发展前景：1、 向
9、高密度、高速度、宽频带、向低成本、低功耗方向发展2、 配置方式从：静态可重配置动态可重配置 3、 FPGA 可编程片上系统SOPC 单片群集器COD三 交通灯信号控制器的设计 交通灯通常指由红、黄、绿三种颜色灯组成用来指挥交通的信号灯。绿灯亮时，准许车辆通行，黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行；红灯亮时，禁止车辆通行。路口交通灯控制系统与其他控制系统一样，划分为控制器和受控电路两部分。控制器使整个系统按设定的工作方式交替指挥车辆及行人的通行，并接收受控部分的反馈信号，决定其状态转换方向及输出信号，控制整个系统的工作过程。位于十字路口的交通灯，在A方向和B方向各有红、黄、绿三盏灯，按下表所
10、列顺序进行循环。交通灯的顶层图如下，由FENPIN1和状态机MOORE_JT2两部分组成。CLKINPUT1 HzOUTY1OUTY4FENPIN1CLKEN0EN1OUTPUTEN0OUTPUTEN1MOORE_JT2OUTPUTOUT05.0DATAOUT5.0DINNOT实验内容1） 先分析交通灯的工作原理，然后对状态进行编码，画出状态机框图，并编写VHDL文件和仿真文件。2） 输入设计和仿真文件，并进行调试使逻辑功能和时序正确。3） 下载到实验板进行实际验证。交通灯控制器的引脚分配见下表。FENPIN1的实现程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.
11、ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY FENPIN1 IS PORT(CLK:IN STD_LOGIC; OUTY1,OUTY4:OUT STD_LOGIC);END FENPIN1;ARCHITECTURE BEHA OF FENPIN1 IS SIGNAL C1:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);SIGNAL C2,C4:STD_LOGIC; SIGNAL C3:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);BEGIN PROCESS(CLK) BEGIN IF(CLKEVENT AND CLK=0)THE
12、N C1=C1+1; IF C1=100 THEN C2=NOT C2; C1=000; END IF; END IF; END PROCESS; PROCESS(C2) BEGIN IF C2EVENT AND C2=0 THEN C3=C3+1; IF C3=011 THEN C4=NOT C4; C3=000; END IF; END IF;END PROCESS; OUTY1=C2; OUTY4=C4;END BEHA;状态机（MOORE_JT2）的程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY MOORE_JT2 IS PORT(CLK,DIN : IN STD_LOGIC; EN0,EN1:OUT STD_LOGIC;
