毕业设计论文 基于FPGA的交通灯控制器设计

基于FPGA的交通灯控制器设计

摘要

超高速硬件描述语言VHDL，是对数字系统进行抽象的行为与功能描述到具体的内部线路结构描述，利用EDA工具可以在电子设计的各个阶段、各个层系进行计算机模拟验证，保证设计过程的正确性，可大大降低设计成本，缩短设计周期。本文介绍的数字秒表设计，利用基于VHDL的EDA设计工具，采用大规模可编程逻辑器件FPGA，通过设计芯片来实现系统功能。

交通灯控制系统可以实现路口红绿灯的自动控制。基于FPGA设计的交通灯控制系统具有电路简单、可靠性强、实时快速擦写、运算速度高、故障率低、可靠性高,而且体积小的特点。本设计采用Altera公司Cyclone系列的EPlC3T1444C8芯片，在Quartus II软件平台上使用VHDL语言，采用自顶向下的设计方法对系统进行了模块化设计和综合，并进行了仿真。该系统可实现十字路口红绿灯及左转弯控制和倒计时显示，仿真结果结果表明系统能够自动控制交通灯转变。

关键词：VHDL，交通灯，EDA

THE LIGHT CONTROLLER BASED ON FPGA DESIGN

ABSTRACT

With the development of the economy, microelectronic technology, computer technology and the automatic theory are developed rapidly. Its application is becoming more and more widely. But the traffic light as an important traffic，it also has developed quickly with the improving requirement of the people.On all the system of the traffic light,The system of traffic control which designed based on FPGA is received by more and more people.

The system of traffic control can realize the automatic control of traffic light in a intersection. The system of traffic control which designed based on FPGA has many characteristics such as simple circuit, reliable operation, toerase function quickly with real-time applications, high speed, high reliability, low failure rate, and small volume. By using the platform of software design system Quartus II and the form of the VHDL language, we simulate the system by using EPlC3T1444C8 Mars device and the result show that the download system can automatically control the traffic lights.

KEY WORDS: VHDL，traffic light，EDA

目录

前言 (1)

第1章FPGA概述 (2)

1.1 FPGA的简介 (2)

1.2 FPGA的应用 (2)

第2章VHDL硬件描述语言 (3)

2.1 VHDL程序基本结构 (3)

2.1.1 实体 (3)

2.1.2 结构体 (4)

2.1.3 库 (4)

2.2 VHDL语言 (4)

2.2.1 VHDL文字规则 (4)

2.2.2 VHDL数据对象 (4)

2.2.3 VHDL数据类型 (5)

2.2.4 VHDL 顺序语句 (5)

2.2.5 VHDL并行语句 (5)

第3章系统设计与仿真 (6)

3.1 系统介绍 (6)

3.1.1 设计任务 (6)

3.1.2 设计要求 (6)

3.2 系统设计仿真 (7)

3.2.1 顶层框图的设计 (7)

3.2.2 时序状态图的设计 (7)

3.2.3 工程设计流程框图： (8)

3.2.4 芯片的选择 (8)

3.2.5 各个模块的设计与仿真 (8)

结论 (23)

谢辞 (24)

参考文献 (25)

附录 (26)

外文资料翻译 (28)

前言

当今社会是数字化的社会，是数字集成电路广泛应用的社会。数字集成电路本身在不断进行更新换代，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。系统设计师更愿意自己设计专业集成电路（ASIC）芯片，而且希望设计周期尽可能短，最好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器件（FPLD）。现场可编程门阵列（FPGA）即属其中应用最广泛的一种。

随着电子技术的发展，特别是大规模集成电路和计算机技术的研制和发展，让电子产品设计有了更好的应用市场，实现方法也有了更多的选择，而电子电路的设计却变得越来越复杂，使用“语言”进行电子设计已成为一种趋势。现代电子系统设计方法是设计师自己设计芯片来实现电子系统的功能，将传统的固件选用及电路板设计工作放在芯片设计中进行。在这些专业化软件中，EDA(Electronic Design Automation)具有一定的代表性，EDA技术是一种基于芯片的现代电子系统设计方法。基于EDA技术的现场可编程门阵列(FPGA)电(ASIC) ，在数字系统设计和控制电路中越来越受到重视。VHDL语言是电子设计的主流硬件描述语言,它更适合进行行为描述,这种方式使得设计者专注于电路功能的设计，而不必过多地考虑具体的硬件结构。基于EDA技术的现场可编程门阵列(FPGA)电路,提出现场可编程门阵列(FPGA)是近年来迅速发展的大规模可编程专用集成电路(ASIC),在数字系统设计和控制电路中越来越受到重视。VHDL语言是电子设计的主流硬件描述语言,它更适合进行行为描述,这种方式使得设计者专注于电路功能的设计,而不必过多地考虑具体的硬件结构。