EDA设计报告.docx
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EDA设计报告
设计报告
课程名称在系统编程技术
任课教师查长军
设计题目交通灯的设计
班级08级通信
（1）班
姓名王伟
学号0805070328
日期2011-6-11
目录
一、交通灯控制系统的设计要求3
二、设计思路4
三、设计流程图5
五、课程设计总结7
六、课程总结8
一、电子设计自动化技术及其发展8
二、EDA技术的设计方法9
三、EDA应用和前景10
六、附录：
代码11
交通灯控制系统的设计
一、交通灯控制系统的设计要求
1.南北向为主干道，每次通行时间为30S，东西向为支干道，每次通行时间为20S；
2.能实现正常的倒计时功能，用两组数码管作为东西、南北向的倒计时显示。
其中，黄灯：
5S。
3.能实现特殊状态的功能。
按下SP键后，能实现以下特殊功能：
4.能显示十字路口东西、南北两个方向的红、黄、绿灯的指示状态，用两组红、黄、绿三色灯作为两个方向的红、黄、绿灯；
（1）显示倒计时的两组数码管闪烁；
（2）计数器停止计数并保持在原来的状态；
（3）东西、南北路口均显示红灯状态；
（4）特殊状态解除后能继续计数；
5.能实现全清零功能。
按下reset键后，系统实现全清零，计数器由初状态计数，对应状态的指示灯亮；
6.用VHDL语言设计上述功能的交通灯控制器，并用层次化方法设计该电路；
7.仿真、验证设计的正确性。
二、设计思路
1.交通灯控制器的电路控制原理框图如图1所示，主要包括置数器模块、定时计数器模块、主控制器模块和译码器模块。
置数器模块将交通灯的点亮时间预置到置数电路中。
计数器模块以秒为单位倒计时，当计数值减为零时，主控电路改变输出状态，电路进入下一个状态的倒计时。
核心部分是主控制模块。
具体控制情况见表1。
图3-1电路控制原理框图
表1交通灯控制器状态
三、设计流程图
由以上要求可以得到该系统的程序流程图如图3所示。
其中，GA、RA、YA表示A支路的绿灯、红灯、黄灯，GB、RB、YB表示B支路的绿灯、红灯、黄灯，S表示特殊功能按键，T表示计时的间。
图3-2程序流程图
四、硬件的仿真及下载
在进行硬件测试时，按键k1对应复位端reset，按键k2对应紧急开关urgent。
EDA实验开发系统上的时钟cp2对应计数时钟CLK，数码管M3、M4对应东西走向的时钟显示。
LED灯l16、l15、l14对应东西走向的绿灯G1、黄灯Y1、红灯R1。
数码管M1、M2对应南北走向的时钟显示。
LED灯l1、l2、l3对应南北走向的绿灯G2、黄灯Y2、红灯R2，对应的硬件结构示意图如图4所示。
交通灯控制系统的硬件示意图
波形仿真图
五、课程设计总结
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
总的来说，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤的指导下，终于游逆而解，有点小小的成就感，终于觉得平时所学的知识有了实用的价值，达到了理论与实际相结合的目的，不仅学到了不少知识，而且锻炼了自己的能力，使自己对以后的路有了更加清楚的认识，同时，对未来有了更多的信心。
六、课程总结
一、电子设计自动化技术及其发展
微电子技术的进步主要表现在大规模集成电路加工技术即半导体工艺技术的发展上，使得表征半导体工艺水平的线宽已经达到了60nm，并还在不断地缩小，而在硅片单位面积上，集成了更多的晶体管。
集成电路设计正在不断地向超大规模、极低功耗和超高速的方向发展，专用集成电路ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）的设计成本不断降低，在功能上，现代的集成电路已能够实现单片电子系统SOC（SystemOnaChip）。
现代电子设计技术的核心已日趋转向基于计算机的电子设计自动化技术，即EDA（ElectronicDesignAutomation）技术。
EDA技术就是依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL（HardwareDescriptionLanguage）为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、布局布线以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。
EDA技术使得设计者的工作仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现，这是电子设计技术的一个巨大进步。
EDA技术在硬件实现方面融合了大规模集成电路制造技术、IC版图设计、ASIC测试和封装、FPGA（Field Programmable Gate Array）/CPLD（Complex Programmable LogicDevice）编程下载和自动测试等技术；在计算机辅助工程方面融合了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机辅助工程（CAE）技术以及多种计算机语言的设计概念；而在现代电子学方面则容纳了更多的内容，如电子线路设计理论、数字信号处理技术、数字系统建模和优化技术及其高频的长线技术理论等。
因此，EDA技术为现代电子理论和设计的表达与实现提供了可能性。
正因为EDA技术丰富的内容以及与电子技术各学科领域的相关性，其发展的历程同大规模集成电路设计技术、计算机辅助工程、可编程逻辑器件，以及电子设计技术和工艺的发展是同步的。
就过去近30年的电子技术的发展历程，可大致将EDA技术的发展分为以下3个阶段。
20世纪70年代，在集成电路制作方面，MOS工艺得到广泛的应用；可编程逻辑技术及其器件问世，计算机作为一种运算工具在科研领域得到广泛应用。
而在后期，CAD的概念已见雏形，这一阶段人们开始利用计算机取代手工劳动，辅助进行集成电路版图编辑、PCB布局布线等工作。
20世纪80年代，集成电路设计进入了CMOS（互补场效应管）时代，复杂可编程逻辑器件进入商业应用，相应的辅助设计软件投入使用；在80年代末，出现了FPGA；CAE和CAD技术的应用更为广泛，它们在PCB设计方面的原理图输入、自动布局布线及PCB分析，以及逻辑设计、逻辑仿真、布尔函数综合和化简等方面担任了重要的角色。
特别是各种硬件描述语言的出现、应用和标准化方面的重大进步，为电子设计自动化必须解决的电路建模、标准文档及仿真测试奠定了基础。
进入20世纪90年代，随着硬件描述语言的标准化进一步确立，计算机辅助工程、辅助分析和辅助设计在电子技术领域获得更加广泛的应用。
与此同时，电子技术在通信、计算机及家电产品生产中的市场需求和技术需求，极大地推动了全新的电子设计自动化技术的应用和发展，特别是集成电路设计工艺步入了超深亚微米阶段，百万门以上的大规模可编程逻辑器件的陆续面世，以及基于计算机技术的面向用户的低成本大规模ASIC设计技术的应用，促进了EDA技术的形成。
更为重要的是各EDA公司致力于推出兼容各种硬件实现方案和支持标准硬件描述语言的EDA工具软件的研究和应用推广，更有效地将EDA技术推向成熟和实用。
二、EDA技术的设计方法
数字系统的设计可以采用不同的方法，在今天复杂的IC设计环境下，概括起来只有两种设计方法供数字系统设计人员选择：
一种为由底向上（Bottom-up）的设计方法，也称为传统的设计方法；另一种为自顶向下（Top-down）的设计方法，也称为现代的设计方法。
但是由于所设计的数字系统的规模大小不一,且系统内部逻辑关系复杂,如何划分逻辑功能模块便成为设计数字系统的最重要的任务。
采用由底向上的设计方法需要设计者首先定义和设计每个基本模块，然后对这些模块进行连线以完成整体设计。
在IC设计复杂程度低于10000门时常采用这种设计方法，但是随着设计复杂程度的增加，该方法会产生产品生产周期长、可靠性低、开发费用高等问题。
现代的设计方法综合运用各方面的知识，设计者必须从系统的角度来分析每个设计，同时还要对数字电路结构、EDA工具、微电子等有关知识有比较全面的了解，这样才能发挥自顶向下设计的优势，提高电路设计的质量和效率。
采用自顶向下技术进行设计可分为三个主要阶段：
系统设计、系统的综合和优化和系统实现，各个阶段之间并没有绝对的界限。
系统设计是整个设计流程中最重要的部分。
它包括系统功能分析、体系结构设计、系统描述与系统功能仿真4个步骤，这一阶段所做的工作基本上决定了所设计电路的性能，后面所做的工作都是以这一部分为基础的。
EDA设计流程为：
设计输入、时序与功能仿真、综合、适配与下载。
图1-1是运用EDA技术进行数字系统设计的流程图。
图1-1EDA数字系统设计流程
三、EDA应用和前景
应用领域来看，EDA技术已经渗透到各行各业，如上文所说，包括在机械、电子、通信、航空航航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA应用。
另外，EDA软件的功能日益强大，原来功能比较单一的软件，现在增加了很多新用途。
如AutoCAD软件可用于机械及建筑设计，也扩展到建筑装璜及各类效果图、汽车和飞机的模型、电影特技等领域。
随着市场需求的增长，集成工艺水平的可行性以及计算机自动设计技术的不断提高，单片系统，这一发展趋势表现在如下几个方面：
（1）超大规模集成电路的集成度和工艺水平不断提高，深亚微米工艺，在一个芯片上完成系统级的集成已成为可能。
（2）由于工艺线的不断减小，在半导体材料上的许多寄生效应，已经不能简单的被忽略。
这就对EDA工具提出了更高的要求。
（3）市场对电子产品提出了更高的要求，同时，设计的速度也成了一个产品能否成功的关键因素，促使EDA工具和IP核应用更为广泛。
（4）高性能的EDA工具得到长足的发展，其自动化和智能化程度不断提高，为嵌入系统设计提供了功能强大的开发环境。
（5）计算机硬件平台性能大幅度提高，为复杂的SOC设计提供了物理基础。
中国EDA市场已渐趋成熟，据最新统计显示，中国和印度正在成为电子设计自动化领域发展最快的两个市场，年夏合增长率分别达到了50%和30%。
EDA技术发展迅猛，完全可以用日新月异来描述。
EDA技术的应用广泛，现在已涉及到各行各业。
EDA水平不断提高，设计工具趋于完美的地步。
EDA市场日趋成熟，但我国的研发水平仍很有限，能不能走在世界前沿还需要我们这代人的共同努力。
六、附录：
代码
分频1Hz
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYfp1HZIS
PORT（clk:
instd_logic;--10M
clk1Hz:
bufferSTD_LOGIC）;
ENDfp1hz;
ARCHITECTUREoneOFfp1hzIS
SIGNALtest:
integerrange0to6000000;
begin
process（clk）
begin
ifclk'eventandclk='1'then
iftest<5000000then
test<=test+1;
else
test<=0;
clk1hz<=notclk1hz;
endif;
endif;
endprocess;
endone;
交通灯控制器的设计
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_arith.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entitykesheis
port（clk,i,j,k:
instd_logic;
rm,ym,gm,rf,yf,gf:
outstd_logic）;
endkeshe;
architecturearcofkesheis
typestate_typeis（a,b,c,d）;
signalstate:
state_type;
signalx:
std_logic_vector（2downto0）;
begin
x<=i&j&k;
cnt:
process（clk）
variables:
integerrange0to49;
variableg:
integerrange0to49;
variablenclr,en:
bit;
begin
ifx<="001"theng:
=29;
elsifx<="010"theng:
=39;
elsifx<="100"theng:
=49;
elseg:
=0;
endif;
if（clk'eventandclk='1'）then
ifnclr='0'thens:
=0;
elsifen='0'thens:
=s;
elses:
=s+1;
endif;
casestateis
whena=>rm<='0';ym<='0';gm<='1';
rf<='1';yf<='0';gf<='0';
ifs=gthen
state<=b;nclr:
='0';en:
='0';
else
state<=a;nclr:
='1';en:
='1';
endif;
whenb=>rm<='0';ym<='1';gm<='0';
rf<='1';yf<='0';gf<='0';
ifs=3then
state<=c;nclr:
='0';en:
='0';
else
state<=b;nclr:
='1';en:
='1';
endif;
whenc=>rm<='1';ym<='0';gm<='0';
rf<='0';yf<='0';gf<='1';
ifs=gthen
state<=d;nclr:
='0';en:
='0';
else
state<=c;nclr:
='1';en:
='1';
endif;
whend=>rm<='1';ym<='0';gm<='0';
rf<='0';yf<='1';gf<='0';
ifs=3then
state<=a;nclr:
='0';en:
='0';
else
state<=d;nclr:
='1';en:
='1';
endif;
endcase;
endif;
endprocesscnt;
endarc;
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