基于FPGA交通灯控制器设计开题报告.doc

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1、毕业设计(论文)开题报告题 目: 智能交通灯的设计及其FPGA实现 院系名称： 国际学院 专业班级： 电子信息工程技术07级03班 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 讲师 2010年3月10日毕业设计（论文）开题报告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写20004000字左右的文献综述：文 献 综 述交通灯是城市交通监管系统的重要组成部分，对于保证机动车辆的安全行驶，维持城市道路的顺畅起到了重要作用。目前很多城市交叉路口的交通灯实行的是定时控制，灯亮的时间是预先设定好的，在时间和空间方面的应变性能较差，一定程度上造成了交通资源的浪费，加重了道路交通压力。而在

2、EDA技术的基础上，利用FPGA的相关知识设计的交通灯控制系统，可以根据实际情况对灯亮时间进行自由调整，具有一定的实用性。EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，由20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来。20世纪90年代，国际上电子和计算机技术较先进的国家，一直在积极探索新的电子电路设计方法，并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革，取得了巨大成功。在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为数字系

3、统的设计带来了极大的灵活性。EDA技术以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可靠性，减轻了设计者的劳动强度。EDA技术是一种基于芯片的现代电子系统设计方法。它的优势主要集中在能用HDL语言进行输入、进行PEn(可编程器件)的设计与仿真等系统设计。现在的EDA技术主要包括大规模可编程逻辑器件、硬件描述语言、开发软件工具及实验开发系统4个方面。其中，大规模可编程逻辑器件是利用EDA技术

4、进行电子系统设计的载体硬件描述语言是利用EDA技术进行电子系统设计的主要表达手段。开发软件工具是利用EDA技术进行电子系统设计的智能化与自动化设计工具。实验开发系统则是提供芯片下载电路及EDA实验、开发的外围资源。这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念，促进了EDA技术的迅速发展。随着EDA技术的发展，嵌入式通用及标准FPGA器件的呼之欲出，片上系统(SOC)已经近在咫尺。FPGA/CPLD以其不可替代的地位及伴随而来的极具知识经济特征的IP芯片产业的崛起，正越来越受

5、到业内人士的密切关注。FPGA（FieldProgrammable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。目前以硬件描述语言（Verilog或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，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）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多

6、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（Flipflop）或者其他更加完整的记忆块。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。FPGA包括了一些相对大数量的可以编辑逻辑单元，FPGA逻辑门的密度在几万到几百万个逻辑单元之间。在系统结构上FPGA却是有很多的连接单元，这样虽然让它可以更加灵活的编辑，但是结构却复杂的多。EDA关键技术之一就是采用硬件描述语言对硬件电路进行描述，且具有系统级仿真和综合能力。目前应用

7、比较广泛的硬件描述语言就是VHDL(Very HighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language)，它最早是由美国国防部提出来的。VHDL是一种全方位的硬件描述语言，具有极强的描述能力，能支持系统行为级、寄存器传输级和逻辑门级三个不同层次的设计，支持结构、数据流、强，因此在实际应用中越来越广泛。VHDL的主要特点有:作为硬件描述语言的第一个国际标准，VHDL具有很强的可移植性;具有丰富的模拟仿真语句和库函数，随时可对设计进行仿真模拟，因而能将设计中逻辑上的错误消灭在组装之前，在大系统的设计早期就能查验设计系统功能的可行性;设计层

8、次较高，用于较复杂的计算时能尽早发现存在的问题，从而缩短设计周期;VHDL的设计不依赖于特定的器件，方便了工艺的转换;支持大规模设计的分解和已有设计的再利用;对于用VHDL完成的一个确定的设计，可以利用EDA工具进行逻辑综合和优化，并自动地把VHDL描述设计转变成门级网表;VHDL用源代码描述来进行复杂控制逻辑的设计，灵活又方便，同时也便于设计结果的交流、保存和重用。EDA技术代表了当今电子设计技术的最新发展方向，它彻底改变了数字系统的设计方法和实现手段。随着硬件描述语言VHDL的普及以及CPLDFPGA器件的广泛应用，它必将在硬件设计领域发挥更为重要的作用。参考文献1 曾繁泰,侯亚宁.可编程

9、器件应用导论M.北京:清华大学出版社, 2001,1-44.2 潘松,黄继业.EDA技术实用教程(第二版) M.北京:科学出版社,2005, 1-14.3 潘松,王国栋.基于EDA技术的CPLD /FPGA应用前景J.电子与自动化,1999(3):3-6.4 唐颖.EDA技术与单片机系统J.现代电子技术, 2001( 3):31-32.5 王宝国,宗鸣,王凤翔.复杂可编程逻辑器件(CPLD)在DSP交流电机控制系统中的应用J.电机与控制学报, 2001, 5(1):40-43.6 侯伯亨.VHDL 硬件描述语言与数字逻辑设计.西安:西安电子科技大学出版社,2001.7 付家才.EDA 原理与应

10、用M.北京:化学工业出版社,2001:120-153.8 徐志军,徐光辉.CPLDFPGA的开发和应用M.北京:电子工业出版社,2002.9 曾繁泰,陈美金.VHDL程序设计M.北京:清华大学出版社,2001.10 黄正瑾.在系统编程技术及其应用M.南京:东南大学出版社,1998.11 Van HW Broeck,Skudelny HC,Stanke GV.Analysis and realization of a pulse width modulator based on voltage space vectorsJ.IEEE Transom Industry Applications,

11、1988,24 (1):142-150.12 Cirstea M.Vector control system design and analysis using VHDLC .Power Electronics Specialists Conference, IEEE 32nd Annual,2001: 81 - 84.13 Se Jin Kim.ASIC design for DTC based speed control of induction motor C.Proceedings IEEE International Symposium on Industrial Electroni

12、cs,2001:956 -961.14 CirsteaM.A VHDL success story: electric drive system using neural controllerC.VHDL International Users Forum Fall Workshop, Proceedings 2000: 118 -122.15 叶淦华.FPGA嵌入式应用系统开发典型实例M.北京:中国电力出版社,2005.毕业设计（论文）开题报告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本设计课题用FPGA来实现智能交通灯的设计，本设计现要研究的问题主要有：智能交通灯的设计方案；各功

13、能模块的设计与实现；如何用VHDL编写源程序以及进行系统仿真。本课题为智能交通灯的设计及其FPGA实现，关于研究途径考虑在EDA技术的基础上，利用FPGA的相关知识设计交通灯控制系统，可以根据实际情况对灯亮时间进行自由调整，整个设计系统通过Max+Plus软件进行了模拟仿真，并下载到FPGA器件中进行硬件的调试，验证设计的交通信号灯控制电路完全可以实现预定的功能，具有一定的实用性。所设计的交通信号灯控制电路，主要适用于在两条干道汇合点形成的十字交叉路口，路口设计两组红绿灯分别对两个方向上的交通运行状态进行管理。交通灯的持续闪亮时间由键盘输入控制。设两组红绿灯方向分别为A、B，当B方向的红灯亮时

14、，A方向对应绿灯亮，由绿灯转换成红灯的过渡阶段黄灯亮，即B方向红灯亮的时间等于A方向绿灯和黄灯亮的时间之和。同理，当A方向的红灯变亮时，B方向的交通灯也遵循此规则。各干道上安装有数码管，以倒计时的形式显示本道各信号灯闪亮的时间。当出现特殊情况时，各方向上均亮红灯，倒计时停止。特殊运行状态结束后，控制器恢复原来的状态，继续运行。整个系统主要由计数模块、控制模块、分频模块、分位模块以及显示电路构成。其中分频模块主要将系统输入的基准时钟信号转换为1 Hz的激励信号，驱动计数模块和控制模块工作。控制模块根据计数器的计数情况对交通灯的亮灭及持续时间进行控制，并通过分位电路将灯亮时间以倒计时的形式通过数码

15、管显示出来。计数模块主要实现累加循环计数，计数的最大值由键盘输入控制，输出的计数值为控制模块的灯控提供参考。分位模块的设计主要是将灯亮时间分为十位和个位，通过两个相应的数码管分别显示出来。利用硬件描述语言VHDL编程，借助Altera公司的Max+Plus软件环境下进行编译及仿真测试，通过FPGA芯片实现一个实用的交通信号灯控制系统，设计采用EDA技术，不但大大缩短了开发研制周期，提高了设计效率，而且使系统具有设计灵活，实现简单，性能稳定的特点。毕业设计（论文）开题报告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日系（教研室）审核意见： 负责人： 年 月 日