发布时间 : 星期四 文章基于VHDL的交通灯控制系统的设计更新完毕开始阅读3718202de2bd960590c677f1
第3章 可编程技术简介
内部可以容纳上百万个晶体管，FPGA/CPLD芯片的规模也越来越大，其单片逻辑门数已达到上百万门，它所实现的功能也越来越强，同时也可以实现系统集成，即片上系统SOC.
(2) FPGA/CPLD芯片在出厂之前都做过百分之百的测试，不需要设计人员承担芯片风险和费用，设计人员只需在自己的实验室就可以通过相关的软硬件环境来完成芯片的最终功能设计。所以，FPGA/CPLD的资金投入就小，减少了潜在的花费。
(3) 用户可以反复地编程、擦除、使用或者在外围电路不动的情况下用不同软件就可实现不同的功能。FPGA/CPLD软件包中有各种输入工具和仿真工具，及版图设计工具和编程器等全线产品，电路设计人员在很短的时间内就可完成电路的输入、编译、优化。仿真，直至最后芯片的制作。当电路有少量的改动，更能显示FPGA/CPLD的优势。电路设计人员在使用FPGA/CPLD进行电路设计时，不需要具有专门的IC（集成电路）深层次的知识，FPGA/CPLD软件易学易用，能使设计人员更能集中精力进行电路设计，快速将产品推向市场。
(4) 在线可编程技术（ISP）使得使用FPGA/CPLD的产品可以做到远程升级。
3.3 硬件描述语言介绍
常用的硬件描述语言有VHDL、Verilog、ABEL。
VHDL：作为IEEE的工业标准硬件描述语言，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。
Verilog：支持的EDA工具较多，适用于RTL级和门电路级的描述，其综合过程较VHDL稍简单，但其在高级描述方面不如VHDL。
ABEL：一种支持各种不同输入方式的HDL，被广泛用于各种可编程逻辑器件的逻辑功能设计，由于其语言描述的独立性，因而适用于各种不同规模的可编程器件的设计。
有专家认为，在新世纪中，VHDL与Verilog语言将承担几乎全部的数字系统设计任务。
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3.4 选择VHDL硬件描述语言设计的优势
首先，简单地介绍一下什么是VHDL硬件描述语言。VHDL的英文全称是VHSIC（Very High Speed Integrated Circuit）Hardware Description Language。是EDA设计中使用最多的语言之一，它具有很强的电路描述和建模能力，能从多个层次对数字系统进行建模和描述，从而大大地简化了硬件设计任务，提高了设计效率和可靠性。
其次，这次设计选用VHDL硬件描述语言的优势就在于传统的用原理图设计电路的方法具有直观形象的优点，但如果所设计系统的规模比较大，或者设计软件不能提供设计者所需的库单元时，这种方法就显得很受限制了。而且用原理图表示的设计，通用性、可移植性也比较弱，所以在现代的设计中，越来越多地采用了基于硬件描述语言的设计方式。利用硬件描述语言来设计电路，使探测各种设计方案变成一件很容易的事，因为只需要对描述语言进行修改，这比更改电路原理图要容易实现得多。
3.5 软件开发工具Quartus II 简介
Altera的Quartus II 设计软件提供了完整的多平台设计环境，它可以轻易满足各种特定设计的需要，也是单芯片可编程系统 (SOPC) 设计的综合性环境和SOPC开发的基本设计工具，并为Altera DSP开发包进行系统模型设计提供了集成综合环境。Quartus II设计工具完全支持VHDL、Verilog的设计流程，其内部嵌有VHDL、Verilog逻辑综合器。
Quartus II 包括模块化的编译器。编译器包括的功能模块有分析/综合器（Analysis＆Synthesis）、适配器（Fitter）、装配器(Assembler)、时序分析器(Timing Analyzer)、设计辅助模块(Design Assistant)等。可以通过选择 Start Compilation （Processing 菜单）来运行所有的编译器模块。 若要单独运行各个模块，可以通过选择 Start（Processing 菜单），然后从 Start 子菜单中为模块选择相应的指令。此外，还可以通过选择 Compiler Tool （Tools 菜单）并在 Compiler Tool窗口中运行该模块来启动编译器模块。 在 Compiler Tool 窗口中，可以打开该模块的设置文件或报告文件，还可以打开其它相关窗口。
Quartus II支持层次化的设计，可以在一个新的编辑输入环境中对使用不同输
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第3章 可编程技术简介
入设计方式完成的模块进行调试，从而解决原理图与HDL混合输入设计的问题。在设计输入之后，Quartus II的编译器将给出设计输入的错误报告。可以使用Quartus II带有的RTL Viewer观察综合后的RTL图。 图形或HDL编译 Analysis＆Synthesis （分析与综合） Fitter （适配器） Assembler （编程文件汇编） 编程器 设计输入 仿真 综合或编译 适配器件 Timing Analyzer （时序分析器） 下载 图3-1 Quartus II设计流程
上图显示的是Quartus II编译设计主控界面，显示了Quartus II自动设计的各主要处理环节和设计流程，包括设计输入编辑、设计分析与综合、适配、编译文件汇编（装配）、时序参数提取以及编程下载几个步骤。
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第4章 交通灯控制系统的设计
4.1 系统功能分析
在交通信号灯的设计中，外部硬件电路方面主要包括：两组红绿灯、两组LED显示器（见图1，说明：图1中只画出了东西、南北方向的红绿灯及南北方向的LED显示器，东西方向的LED显示器与南北方向的相同）。软件方面包括：（1）电路合成模块的概念：将交通灯信号系统划分成若干个小电路，编写每一个模块的VHDL程序代码，并将各个小电路相连接。这样可以增加程序的调试速度，同时也能够将工作细分，以提高编程速度（见图2）。（2）参数化的概念：针对不同时段的交通流量，可以调整红绿灯电路（增加或者减少电路的计数时间），以增加程序的灵活性。 红黄绿信号灯 LED显示器 … 西
北
东
南
红黄绿信号灯
图4-1 十字路口示意图
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