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EDA课程设计交通信号灯姓名：朱瑞学号:2011147专业：通信工程指导老师:司孝平段美霞杨阳蕊摘要：VerilogHD1.作为一种规范的硬件描述语言，被广泛的运用于电路的设计之中，本设计通过FPGA芯片实现了交通信号灯限制电路的设计。本文采纳VeriIOg硬件描述语言描述了十字路口交通信号灯电路，并完成了对电路的功能仿真。交通灯的循环点亮方式采纳状态机的设计思路，实现环形计数器的功能，输出部分通过组合逻辑电路实现.系统限制主要由计数器、限制器、分频器、分位译码器、和扫描显示电路等组成。通过输入输出接口限制红绿灯发光二极管的亮灭和七段数码管的显示。与传统的设计方式相比，本设计由于采纳/FPGA芯片来实现，它将大垃的电路功能集成到一个芯片中，并且可以由用户自行设计逻辑功能，提高了系统的功率密集度、牢除性和工作速度。关使词：现场可编程门阵列、硬件描述语言、交通灯、状态机、环形计数器Abstract：VcrilogHD1.asastandardofhardwaredescriptionlanguage,iswidelyusedinthecircuitdesign.InthisdesignthroughtheFPGAchiprealizedthetratllclightcontrolcircuitdesign.Inthisarticle,theVeriloghardwaredescriptionlanguagedescribestheintersectiontrafficlightcircuit,andcompletedthetunctionofcircuitsimulation,11etrafficlightcyclelightwayusingthestatemachinedesigntrainofthought,torealizethefunctionoftheannularcounter.Outputpartthroughtheassemblylogiccircuitimplementation.Systemcontrolmainlybythecounter,controller,frequencydivisiondevice,pointsadecoder,andscanningdisplaycircuitetc.Throughtheinput/OUtPUtinterfacecontroltrafficlightsledlightdestroyedandsevensectionofpipethatdigital.Comparedwiththetraditionaldesignmethods,thedesignwithFPGAchipstorealize,itwillbealotofcircuitfunctionintegrationtoachip,andcanbebytheusertodesignlogicalfunction,improvethesystemofpowerconsumed,reliabilityandthespeedofwork.Keywords：FPGAHardwareDescription1.anguageTrafficlightsStateMachineRingCounter前言随着电子技术的发展，人们的生活水平和质量不断提高，生活设备的智能化程度也越来越高，这些都离不开电子产品的进步.现代电子产品在性能提高、困难度增大的同时，价格却始终呈下降趋势，而且产品更新换代的步伐也越来越快，实现这种进步的主要因素是生产制造技术和电了设计技术的发展。前者以微细加工技术为代表，目前已进展到深亚微米阶段，可以在几平方厘米的芯片上生成数千万个晶体管。后者的核心就是EDA技术，EDA是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包。特殊是近年来科技的飞速发展，EDA技术的应用不断深化，不仅带动传统限制检测技术日益更新，更在电子信息，通信，自动，限制及计郛机应用等领域越显重要。没有EDA技术的支持，想要完成上述超大规模集成电路的设计制造是不行想象的，反过来，生产制造技术的不断进步又必将对EDA技术提出新的要求。随着电子技术的发展和人们对电子设计开发的难度及周期要求，EDA技术必将广发应用于电了设计的各个领域，因此本设计也采纳fEDA的设计方法，其设计的优越性明显而传统的设计方法。在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的平安问题也日益近要。因此，红绿交通信号灯成为了交管部门管理交通的要手段。那么，要想在卜字路口中做到车辆穿梭,行人熙攘,车行车道,人行人道，有条不紊,要靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统11传统的交通信号灯限制电路是由振荡电路、三进制计数：、译码电路、显示驱动电路和开关限制电路等电路组成。在本课程设计中，通过EDA设计程序使十字路口的工作依次为B方向红灯亮65秒，前4()秒A方向绿灯亮，后5秒黄灯亮，接着15秒左转灯亮，最终5秒亮黄灯。然后A方向红灯亮55秒，前30杪B方向绿灯亮，后5秒黄灯亮，接着15杪左转灯亮，最终5秒亮黄灯，依次重纪。本设计立足系统牢靠性及稳定性等高技术要求，采纳1：PGA芯片实现汽车尾灯限制电路，其电路设计比较简洁，外闹电路少，易于限制和检查，较传统的分别元件实现方式有着明显的优势，尤其是其设计电路实现周期，其抗干扰及调试过程都很简洁。1设计背景及意义1.1设计背景目前以硬件描述语言(Verilog或VHD1.)所完成的电路设计可以经过简洁的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XoR、NOT)或者更困难一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里.面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip-flop)或者其他更加完整的记忆块。FPGA一般来说比ASIC(专用集成芯片)的速度耍慢，无法完成困难的设计，而且消耗更多的电能。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会供应便宜的但是编辑实力差的FPG因为这些芯片有比较差的可编辑实力，所以这些设计的开发是在一般的FpGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASlC的芯片上。CP1.D和FPGA包括了一些相对大数量的可编程逻辑单元，CP1.D边辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间,而FPGA通常是在几万到几百万。FpGA采纳了逻辑单元阵列1.CA(1.ogicCellArray)这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块C1.B(Configurable1.ogicBlock),输出输入模块IOB(InputOutputBlock)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($11PA1.,GA1.及CP1.D器件)相比,FPGA具有不同的结构，FPGA利用小型查找表(16X1RAM)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胆动I/O,由此构成了即可实现组合逻辑功能乂可实现时序逻堀功能的基本逻辑单元模块,这些模块间利用金属连线相互连接或连接到"0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，存储在存储堆元中的值确定了逻辑雎元的逻辑功能以及个模块之间或模块与I/O间的连接方式，并最终确定/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，并最终确定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。随着人口快速的增多，交通工具的爆炸性的发展，以及道路资源的有限性，交通限制就应运而生，在人类的生活、工作环境中，交通扮演着极其重要的角色，人们的出行都无时不刻与交通打着交道.自18世纪工业革命以来，工业发展带动整个交通运输的发展，从而催生了单独的交通限制学问与管理机构。交通限制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的套独特的公共管理系统。要保证高效平安的交通佚序，除了制定一系列的交通规则，还必需通过肯定的技术手段加以实现。现代电子科学技术的发展和成熟能比较好的解决系统建立中硬软件方面要求的技术难题.目前，交通限制方面的探讨能完全实现自动智能化，甚至将整个区域整合成一个统一的系统范围，还能依据正常时段以及特定突发时段的状况进行科学的自动调整。交通限制探讨的发展，旨在解决人类交通因需求的增多而日益繁重带来的问题.局限于道路建设的短钝不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆平安高效的利用有限的道路资源，避开因无序和抢行等无限制缘由造成的不必要堵塞甚至瘫痪，另外，针而整个交通线路车辆的多少实时调整和转移多条线路的分流也特别必要。交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业文明水平。现在各大中城市交通建设己初具规模，而部分小城市建设日益加快，交通限制的提高势在必行，研发交通限制技术是特别有潜力的。具有优良科学的交通限制技术对资源物流和人们出行都是特别有价值的，保证交通线路的畅通平安，才能保证出行安逸，物流准时到位，甚至是生命通道的延长。本设计尝试利用EDA技术模拟雎个路口的交通限制。2总体方案设计2.1方案分析和选择通过分析可以知道,所要设计的交通灯信号限制电路要能够适用于十字交叉路口。其示意图如下图所示，A方向和B方向各设红（R）,黄（丫）、绿（G）和左拐（1.）四盏灯，四种灯按合理的依次亮灭，在跳变过程中由黄灯过渡，使得行驶的车辆有足够的时间停下来。还要求在A和B方向各设立组计时显示器将各灯亮的时间以倒计时的形式显示出来。RlYlGl1.l®®®®要实现路口交通灯系统的限制方法很多，可以用标准逻辑器件、单片机和可编程序限制器等方法。若用单片机来实现的话，其模型可以由电源电路、单片机主控电路、无线收发限制电路四部分组成。在电源电路中，须要用到+5、的直流稳压电源，无线收发限制电路和显示电路可有编码芯片和数据放射模块两部分组成，主控电路元件为AT89C51.硬件设计完成后还要利用计兑机软件进行软件部分设计才能够实现相应的功能，虽然由此设计的限制器比较桎定，但这些限制方法的功能修改及调试都须要硬件电路的支持.因此，在一点程度上增加功能修改和系统设计与调减的困难.然而，若运用基于ITGA的设计方法则具有周期短，设计敏她，易于修改等明显的优点，随着FPGA器件、设计语言和电子设计自动化工具的发展和改进，越来越多的电子系统采纳FMA来设计。将来，运用FMA器件设计的产品将应用丁各个领域。因此，此次的交通信号灯限制设计选择采纳基于ITGA的设计方案来实现所需求的功能和要求。2.2.1 交通灯系统限制框图如图2所示:图2.2.1系统框图2.2.2 计数值与交通灯亮灭关系图：设A方向的车流量较B方向大，因此设A方向红、黄、绿、左拐灯亮时长分别为55、5、40、15秒，B方向红、黄、绿、左拐灯亮时长分别为65、5,30、15秒，与此同时由数码管指示当前状态（红、黄、绿、左拐的剩余时间。图2.2.2交通灯亮灭关系图2.2.3 环形计数状态图环形计数涔是由移位寄存器加上肯定的反馈电路构成的，用移位寄存器构成环形计数器是由个移位寄存器和个组合反馈逻辑电路闭环构成，反馈电路的输出接向移位寄存器的串行输入端，反馈电路的输入端依据移位寄存器计数器类型的不同，可接向移位寄存器的串行输出端或某些触发器的输出端。环形计数器，是把移位寄存器最低一位的串行输出端Q反馈到最高位的串行输入湍(即D触发器的数据湍)而构成的.图2.2.3环形计数状态图S=8'（八）GY1.R(B)GY1.rSO=100OOOOI;Sl=OlOO0001S2=001000