EDA综合设计与实践

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1、EDA综合设计与实践一、设计目的和要求1.熟练掌握QuartusII软件的使用方法和系统总体设计。2.学会设计较复杂的数字系统，用VerilogHDL描述语言编写设计代码，并综合仿真验证设计，用FPGA试验箱验证设计。3.学习FPGA试验箱的使用，各种电路图的引脚接法及其功能。4.本实验要求学生以FPGA器件为目标器件，设计典型的数字系统。本设计选题为交通灯控制系统设计。二、设计方案：方案一：（1）明确系统的功能图1-1所示为位于主干道和支干道的十字路口交通灯系统，支干道两边是安装传感器S，要求优先保证主干道的畅通

2、。平时处于主干道绿灯、支干道红灯的状态。当支干道有车时，传感器发出信号S=1，主干道绿灯先转换成黄灯再转换成红灯，支干道由红灯转换为绿灯，支干道绿灯亮不超过30s，主干道每次通行不少于60s（在此期间，不管S是否有信号，都不改状态）。（2）画状态转换图说明：1）Tl：主干道绿灯亮的最短时间间隔，不少于60s；2）Ts：支干道绿灯亮的最长时间间隔不多于30s。3）Ty：主干道或支干道黄灯亮的时间间隔为5s4）HR、HY、HG分别表示主干道红黄绿灯；5）FR、FY、FG分别表示支干道红黄绿灯。注：H表示Header，F

3、表示Follower，R表示Red，Y表示Yellow，G表示Green交通灯控制单元控制过程分四个阶段：分别用S0，S1，S2，S3表示：S0：主干道绿灯亮，支干道红灯亮，此时若支干道有车等待，且主干道已亮足时间Tl，则控制器发出状态转换信号，输出从S0转换到S1。S1：主干道黄灯亮，支干道红灯亮，进入此状态，黄灯亮足规定时间间隔Ty时，控制器发出状态转换信号St，输出从此状态S1到S2。S2：支干道19绿灯亮，主干道红灯亮，若此时支干道继续有车，则继续保持此状态，但支干道绿灯亮时间不超过Ts时间间隔，否则控制单

4、元发出状态转换信号St，使输出转换到S3状态。S3：支干道黄灯亮，主干道红灯亮，此时状态与S1状态持续时间间隔相同，均为Ty，时间到时，控制器发出St信号，输出从状态S3回到S0状态。对四种状态用格雷码编码分别为00,01,11,10。由此得图1-2交通灯控制单元状态图。方案二：本方案相对上一个方案加入了人工监督，且采用模块化设计。（1）明确系统的功能，进行逻辑抽象如图2-1本方案可实现在确定时刻，倒计数数字显示能够及时变化，红黄绿灯能准确变化，考虑到实际应用，加入人工监督功能，当固定开关SW=0时，实现交警人为控

5、制交通秩序，当SW=1时，为自动控制模式，默认为SW=1。本设计采用模块化设计，图2-2为本设计十字路口交通等系统的层次结构框图。(2)模块功能说明1.主控制模块control：控制系统输入输出之间联系。2.倒计时模块时间选择模块couterselect：选择不同的倒计时时间。3.倒计时时间驱动模块scan：驱动倒计时时间长短选择模块电路。4.数码管分时显示模块datamux，倒计时间分时送入用于显示。5.倒计55s模块counter55，55s为绿灯点亮时间。6.倒计5s模块counter5,5s为黄灯点亮时间。

6、7.顶层模块trafficlight，连接各模块设计，使之成为一个有机体。前6个模块分别进行仿真测试，成功后把所有.v文件包含在工程trafficlight，实现模块化设计。三、特殊要求（需要实验室提供的仪器设备、元器件和材料）PC机，windows系统，QuartusII4.0软件，基于Cyclone型EP16Q240C8的实验箱。19四、设计及仿真综合两个方案考虑，方案二比较实用，但因为方案一容易实现，所以一开始做了方案一的设计，后来有时间，又完成了方案二。具体如下设计。方案一：（1）代码见附录1。（2）仿真结

7、果及数据处理：分析说明：全局复位R=1无效，进入系统工作，先是主干道绿灯亮足60个时钟周期，因S=1，支干道有车等待，转入主干道黄灯亮5个时钟周期，然后进入支干道绿灯亮，30个时钟周期内支干道没车等待，所以S=0时转入主干道绿灯亮状态。通过仿真，可以看出本设计的逻辑上时序上是正确的。图1-3方案一设计Functional仿真图1-3方案一设计Timing仿真19图1-3方案一设计RTL（3）下载测试编程下载和硬件测试的步骤如下：1、打开下载窗口。选择菜单“Tool“项的”programmer“,便可打开下载窗口。2

8、、设置下载电缆。将ByteBlaster电缆的一端与微机的并行口相连，另一端10针插头与装有目标器件的PCB板上的插座相连。并在”HardwareSetup”中设置下载电缆。3、设置JTAG链。Altera器件基本都支持JTAG在系统编程方式，这种方式简单易行，不需要专门的编程器。4、选用模式NO.6（见附录3）如图1-4分配引脚，并编译后，把生成*.sof