基于fpga的智能交通灯的设计毕业论文(编辑修改稿)

基于fpga的智能交通灯的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

VHDL 语言具有强大的语言结构 , 只需采用简单明确的 VHDL 语言程序就可以描述十分复杂的硬件电路。 同时 , 它还具有多层次的电路设计描述功能。 此外 ,VHDL 语言能够同时支持同步电路、异步电路和随机电路的设计实现 , 这是其他硬件描述语言所不能比拟的。 VHDL 语言设计方法灵活多样 , 既支持自顶 向下的设计方式 , 也支持自底向上的设计方法。 既支持模块化设计方法 , 也支持层次化设计方法。 (2) VHDL 语言具有强大的硬件描述能力 .VHDL 语言具有多层次的电路设计描述功能，既可描述系统级电路 , 也可以描述门级电路；描述方式既可以采用行为描述、寄存器传输描述或者结构描述，也可以采用三者的混合描述方式。 同时， VHDL 语言也支持惯性延迟和传输延迟，这样可以准确地建立硬件电路的模型。 VHDL 语言的强大描述能力还体现在它具有丰富的数据类型。 VHDL 语言既支持标准定义的数据类型，也支持用 户定义的数据类型，这样便会给硬件描述带来较大的自由度。 6 (3)VHDL 语言具有很强的移植能力 VHDL 语言很强的移植能力主要体现在 : 对于同一个硬件电路的 VHDL 语言描述 , 它可以从一个模拟器移植到另一个模拟器上、从一个综合器移植到另一个综合器上或者从一个工作平台移植到另一个工作平台上去执行。 (4) VHDL 语言的设计描述与器件无关 采用 VHDL 语言描述硬件电路时 , 设计人员并不需要首先考虑选择进行设计的器件。 这样做的好处是可以使设计人员集中精力进行电路设计 的优化 , 而不需要考虑其他的问题。 当硬件电路的设计描述完成以后 ,VHDL 语言允许采用多种不同的器件结构来实现。 (5)VHDL 语言程序易于共享和复用 VHDL 语言采用基于库 ( library) 的设计方法。 在设计过程中 , 设计人员可以建立各种可再次利用的模块 , 一个大规模的硬件电路的设计不可能从门级电路开始一步步地进行设计 , 而是一些模块的累加。 这些模块可以预先设计或者使用以前设计中的存档模块 , 将这些模块存放在库中 , 就可以在以后的设计中进行复用。 (6)由于 VHDL 语言是一种描述、模拟、综合、优化和布线的标准硬件描述语言 , 因此它可以使设计成果在设计人员之间方便地进行交流和共享 , 从而减小硬件电路设计的工作量 , 缩短开发周期。 7 FPGA 简介 PLD 器件的设计特点 EDA 技术出现以前 ,数字逻辑电路设计通常采用传统方法 ,即自下而上设计法。 其主要思路是 :根据系统对硬件的要求编制技术规格书 ,画出系统流程图。 然后对系统功能进行分析 ,划分出多个功能模块 ,画出系统功能框图。 进行各功能模块的细化和电路设计。 各模块设计调试完毕以后 ,再连接起来 ,进行调试 ,最后完成整个系统的硬件设计。 这种自下而上设计法的仿真和调试工作要在系统的硬件开发完成以后才能进行 ,因此存在的问题只有在后期才能发现 ,一旦考虑不周 ,就要重新设计 ,使得设计费用和设计周期大大增加。 此外 ,由于设计输入文件是电原理图 ,当系统比较复杂时 ,大量的原理图文件会给存档、阅读和修改带来不便。 为了提高开发效率和增加已有开发成果的可继承性 ,缩短开发周期 ,各种新兴的 EDA 开发工具开始涌现 ,特别是硬件描述语言 (HDL)的出现 ,使得传统的硬件电路设计方法发生了巨大的变革。 基于 PLD 器件 ,采用 HDL 进行 系统设计的思路是从系统总体的要求出发 ,自上而下地逐步将设计内容细化 ,最后完成系统的详细设计。 这种设计方法的主要特点为 ： (1)电路设计更趋合理 硬件设计人员在设计硬件电路时使用 PLD 器件 ,就可以自行设计所需的专用功能模块 ,而无需受通用元器件的限制 ,从而使电路设计更趋合理 ,其体积和功耗也大为减小。 8 (2)采用系统早期仿真 在自上而下的设计过程中 ,每级都进行仿真 ,从而可以在系统设计的早期发现设计中存在的问题 ,从而大大缩短系统设计周期 ,降低费用。 (3)降低了硬件电路设计难度 PLD 使用 HDL编程 ,避免编写逻辑表 达式或真值表 ,使设计难度大幅度下降 ,从而也缩短了设计周期。 (4)主要设计文件使用 HDL编写 采用 HDL 编写的源程序作为归档文件有多种好处。 HDL 程序资料量小 ,便于保存。 其可继承性好 ,而且阅读方便。 可编程逻辑器件的设计流程一般为设计准备、设计输入、功能仿真、设计处理、时序仿真、器件编程和测试等七个步骤。 FPGA 的基本结构 FPGA 是目前最为常用的复杂 PLD 器件。 FPGA 的发展非常迅速 ,形成了各种不同的结构。 按逻辑功能块的大小 ,FPGA 可分为细粒度 FPGA和粗粒度 FPGA。 细粒度 FPGA 的逻辑 功能块较小 ,资源可以充分利用 ,但连线和开关多 ,速度慢。 粗粒度 FPGA 的逻辑功能块规模大 ,功能强 ,但资源不能充分利用。 从逻辑功能块的结构上分类 ,可分为查找表结构、多路开关结构和多级与非门结构。 根据 FPGA 内部连线的结构不同 ,可分为分段互联型和连续互联型。 根据编程方式 ,FPGA 可分为一次编程和可重复编程两种。 FPGA 一般可由三种可编程电路和一个用于存放编程数据的 SRAM 组成 ,这三种可编程电路是 :可编程逻辑块 9 CLB、输入 /输出模块 IOB 和互联资源 IR。 CLB 是 FPGA 的主要组成部分 ,是实现逻辑功能的基本单元。 它主 要是由逻辑函数发生器、触发器、数据选择器等电路组成。 IOB提供了器件引脚和内部逻辑阵列之间的连接 ,通常排列在芯片的四周。 其主要是由输入触发器、输入缓冲器、输出触发 /锁存器和输出缓冲器组成。 每一个 IOB 控制一个引脚 ,可被配置为输入、输出激活双向 I/O功能。 可编程互联资源 IR 包括各种长度的金属连线和一些可编程连接开关 ,它们将各个 CLB 之间和 IOB 之间互相连接起来 ,构成各种复杂功能的系统。 FPGA 的基本结构如图 1所示。 采用 FPGA 设计逻辑电路的优点 相对于传统数字电路设计方法 ,采用 FPGA 进行电路设 计具有如下优点 : (1) 简化设计 由于 FPGA 的可编程性和灵活性 ,电路设计结束后 ,可随意进行修改或删除 ,无需重新布线和生产印刷电路板 ,大大缩短了系统的设计周期。 (2) 高性能 现在市场上提供的 FPGA 器件的性能超过了最快的标准分立逻辑器件的性能 ,而且一片 FPGA 芯片的功耗比分立器件组合而成的电路功耗要小得多。 (3) 可靠性高。