基于pld的交通灯控制电路的设计 工程资料.doc

第  PAGE 26 页 共  NUMPAGES 26 页 PAGE  引言 交通灯控制器件在我们的日常生活中有着很重要的意义。由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，为确保车辆安全、迅速地通行，在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行； 绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线外。实现红、绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要的意义。 本次设计是采用可编程逻辑器件（PLD）为主控制器芯片，通过Quartus II综合性PLD开发平台，用Verilog HDL硬件描述语言完成控制器电路的程序设计和仿真验证，然后将设计结果编程下载到PLD芯片中，通过PLD的I/O口输出信号,控制外围电路连接以实现对交通灯的控制。在该设计的制作过程中Quartus II综合性PLD开发平台和Verilog HDL硬件描述语言必不可少的工具。设计的各个模块功能都要运用到Verilog HDL硬件描述语言、Quartus II综合性PLD开发平台对其进行编写和模拟仿真。并将所写程序下载至EDA6000实验开发系统上，对各方面功能进行模拟硬件电路验证实现。在对程序验证正确，并论证其现实可行后，还需要运用电路知识和PCB设计软件Protel 99SE制作电路板。 下面简要介绍可编程逻辑器件(PLD)、Quartus II综合性PLD开发平台、Verilog HDL硬件描述语言和EDA6000实验开发系统。 可编程逻辑器件(PLD)。PLD是可编程逻辑器件（Programable Logic Device）的简称。是电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术，它的影响丝毫不亚于70年代单片机的发明和使用。PLD能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU,下至简单的74电路，都可以用PLD来实现。PLD如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统。通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。在PCB完成以后，还可以利用PLD的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。使用PLD来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。 PLD的这些优点使得PLD技术在90年代以后得到飞速的发展，同时也大大推动了EDA软件和硬件描述语言（HDL)的进步。 随着科学的发展，社会的进步，数字集成电路本身在不断地进行更新换代。它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路、发展到超大规模集成电路(VLSIC，几万门以上)以及许多具有特定功能的专用集成电路。但是，随着微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路(ASIC)芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中，因而出现了现场可编程逻辑器件(FPLD)，其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。本次设计所运用到的EPM7128SLC84-15便是复杂可编程逻辑器件(CPLD)的一个代表。 虽然名字和复杂程度各不相同，但是一个PLD器件一般由三大部分组成，其结构如图1所示。 （1）、一个二维的逻辑块阵列，构成了PLD器件的逻辑组成核心。 （2）、输入／输出块。 （3）、连接逻辑块的互连资源。连线资源：由各种长度的连线线段组成，其中也有一些可编程的连接开关，它们用于逻辑块之间、逻辑块与输入／输出块之间的连接。 图 1 典型的PLD框图 Quartus II 综合性PLD开发平台。Quartus II 是Altera公司的综合性PLD开发软件，支持原理图、VHDL、Verilog HDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。 　　Quartus II可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl脚本完成设计流程外，提供了完善的用户图形界面设计方式。具有运行速度快，界面统一，功能集中，易学易用等特点，并支持MAX7000/MAX3000等乘积项器件，为目前常用的EDA开发软件。 此外由于Quartus II简单易学功能强大，所以在许多大中院校中被选为EDA课程学习的配套软件。也是广大师生在学习EDA过程中运用得最多的PLD开发软件。 Verilog HDL硬件描述语言。Verilog HDL是一种硬件描述语言（HDL:Hardware Discription Language），是一种以文本