VHDL交通灯控制器论文解读.doc

1 绪 论 1.1 课题的意义 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。 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、可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了功能修改及系统调试的困难。因此，在设计中采用EDA技术，应用目前广泛应用的VHDL硬件电路描述语言，实现交通灯系统控制器的设计，利用MAXPLUSⅡ集成开发环境进行综合、仿真，并下载到现场可编程门阵列FPGA中，完成系统的控制作用。 1.2 国内外研究现状 FPGA(现场可编程门阵列)与 CPLD(复杂可编程逻辑器件)都是可编程逻辑器件。这种芯片受到世界范围内电子工程设计人员的广泛关注和普遍欢迎。经过了十几年的发展，许多公司都开发出了多种可编程逻辑器件。比较典型的就是Xilinx公司的FPGA器件系列和Altera公司的CPLD器件系列，它们开发较早，占用了较大的PLD市场。通常来说，在欧洲用Xilinx的人多，在日本和亚太地区用ALTERA的人多，在美国则是平分秋色。全球PLD/FPGA产品60%以上是由Altera和Xilinx提供的。可以讲Altera和Xilinx共同决定了PLD技术的发展方向。详细内容请浏览：PLD厂商 栏目 表1-1 1998年世界十大PLD公司——资料来源：99年4月《电子产品世界》 排名 公司 销售额(亿美金) 市场占有率 1 Altera 5.96 30.1 2 Xilinx 5.74 29.0 3 Vantis 2.20 11.1 4 Lattice 2.18 11.0 5 Actel 1.39 7.0 6 Luccent 0.85 4.3 7 Cypress 0.44 2.2 8 Atmel 0.42 2.1 9 Philips 0.28 1.4 10 Quicklogic 0.24 1.2 不能否认,目前中国电子设计技术仍远远落后于发达国家水平,尤其是在电子技术的基础产业,即IC/ASIC方面。当国人以国产计算机,电视,VCD,影碟机等产业欣欣向荣,飞速发展而沾沾自喜的时候,却不能不看到,几乎所有的核心技术和几乎所有的内部关键集成电路,仍然印着国外半导体厂家的商标。单从时间上看,国内技术可能只落后一、二十年,但是我们更应该看到：一方面,这一产业的发展是以非线性速度向前推进的,另一方面,当发达国家“全民皆兵”,整体发展水平平均较高时,国内仍局限在为数不多的几个国家重点投资企业或合资/独资企业里。 ?????? 然而,我们有幸的看到,FPGA/EPLD的发展正逐步取代越来越多的ASIC市场。可重复使用,小批量,低投入,高性能,高密度,开发周期短等诸多优点,使国内更多的工程师们乐于采用。由于不需要任何投片费用,也不需要建立任何生产线,因此,采用FPGA/EPLD所需的投资远远低于ASIC的投资。据估计,引进一套先进的FPGA Top-Down设计工具所需费用还不到ASIC所需的十分之一,而大力推广先进的FPGA设计方法,既可以降低诸多产业投资成本,也可培养一大批国内的Top-Down的设计人才,从而提高国内Top-Down设计的整体水平,为将来国内ASIC产业的快速、健康发展打下坚实的基础。 1.3 毕业设计（论文）的主要内容 我的毕业设计的题目是： VHDL的交通灯控制器系统设计。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。 具体内容如下： 在十字路口的两个方向分别设置红、黄、绿三种指示灯，每个方向的通行时间16秒； 红绿灯切换时公共停车黄灯亮4秒钟； 灯亮的时间通过数码管以倒计时的形式显示出来； 1.4 FPGA/CPLD 的介绍 ??FPGA(现场可编程门阵列)与 CPLD(复杂可编程逻辑器件)都是可编程逻辑器件，它们是在PAL,GAL等逻辑器件的基础之上发展起来的。同以往的PAL,GAL等相比较，FPGA／CPLD的规模比较大，它可以替代几十甚至几千块通用IC芯片。这样的FPGA／CPLD实际上就是一个子系统部件。 1.4.1 FPGA/CPLD 的发展阶段 早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存贮器(PROM)、紫外线可按除只读存贮器(EPROM)和电可擦除只读存贮器(EEPROM)三种。由于结构的限制，它们只能完成简单的数字逻辑功能。 其后，出现了一类结构上稍复杂