摘要隨著EDA技術發(fā)展和應用領域的擴大與深入，EDA技術在電子信息、通訊、自動控制及計算機應用等領域的重要性突出。隨著技術市場與人才市場對EDA的需求不斷提高，產(chǎn)品的市場需求和技術市場的要求也必然會反映到教學領域和科研領域中來。因此學好EDA技術對我們有很大的益處。EDA功能強大，一臺計算機、一套EDA軟件和一片或幾片大規(guī)模可編程芯（CPLD/FPGA或ISPPAC），就能完成電子系統(tǒng)的設計。EDA技術涉及面廣，內(nèi)容豐富，但在教學和技術推廣層面上，應用較為廣泛的是基于可編程器件的EDA技術，它主要包括如下四大要素1大規(guī)模可編程器件，它是利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的載體；2硬件描述語言，它是利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的主要手段；3軟件開發(fā)工具，它是利用EDA技術進行電子系統(tǒng)的智能化的自動化設計工具；4實驗開發(fā)系統(tǒng)，它是利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的下載工具及硬件驗證工具。在此次EDA設計中，首先我們要熟悉EDA工具的使用過程，然后在此基礎上再自主設計三層電梯的程序，并進行調(diào)試和運行及時域仿真，加深我們對EDA工具的了解。關鍵詞三層電梯,VHDL,可編程邏輯器件ABSTRACTWITHTHEEDATECHNOLOGYDEVELOPMENTANDAPPLICATIONOFTHEEXPANSIONOFTHEFIELDANDINDEPTH,EDATECHNOLOGIESINTHEELECTRONICINFORMATION,COMMUNICATION,AUTOMATIONANDCOMPUTERAPPLICATIONSINAREASSUCHASTHEIMPORTANCEOFPROMINENTASTHETECHNOLOGYMARKETANDTHETALENTMARKETFOREDACONTINUOUSLYRAISETHEDEMAND,THEMARKETDEMANDFORPRODUCTSANDTECHNOLOGYMARKETREQUIREMENTSWILLCERTAINLYBEREFLECTEDINTHEFIELDOFTEACHINGANDRESEARCHINTHEFIELDTHUSWELEARNOFTHEEDATECHNOLOGIESHAVEGREATBENEFITSEDAISPOWERFUL,ACOMPUTER,ASETOFEDASOFTWAREANDATABLETORAFEWLARGESCALEPROGRAMMABLECORECPLD/FPGAORISPPAC,WILLBEABLETOCOMPLETETHEDESIGNOFELECTRONICSYSTEMSEDATECHNOLOGIESINVOLVEDINABROADAREA,RICHINCONTENT,BUTINTEACHINGANDTECHNOLOGYPROMOTIONLEVEL,THEWIDERAPPLICATIONISBASEDONTHEEDAPROGRAMMABLEDEVICETECHNOLOGY,ITMAINLYINCLUDESTHEFOLLOWINGFOURELEMENTS1ALARGESCALEPROGRAMMABLEDEVICES,2ITISEDATECHNOLOGIESFORTHEUSEOFELECTRONICSYSTEMDESIGNCARRIERHARDWAREDESCRIPTIONLANGUAGE,ITISTOUSEEDATECHNOLOGIESFORELECTRONICSYSTEMDESIGNOFTHEMAINMEANSOFTHREESOFTWAREDEVELOPMENTTOOLS,3ITISTHEUSEOFEDATECHNOLOGIESFORTHEINTELLIGENTELECTRONICSYSTEMDESIGNAUTOMATIONTOOLSEXPERIMENTALDEVELOPMENTSYSTEM,4ITISTOUSEEDATECHNOLOGIESFORELECTRONICSYSTEMDESIGNEDTODOWNLOADTOOLSANDHARDWAREVERIFICATIONTOOLSKEYWORDSTHREELIFT,VHDL,CPLD目錄摘要IABSTRACTII1引言211EDA和VHDL介紹2111EDA介紹2112VHDL介紹2113VHDL語言的特點32系統(tǒng)設計421設計要求422設計原理4221程序原理4222原理框圖723源程序和仿真波形圖8231源程序8232仿真波形圖15結論16致謝17參考文獻181引言11EDA和VHDL介紹111EDA介紹EDA技術是在電子CAD技術基礎上發(fā)展起來的計算機軟件系統(tǒng)，是指以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果，進行電子產(chǎn)品的自動設計。利用EDA工具，電子設計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設計電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計算機完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個過程的計算機上自動處理完成。現(xiàn)在對EDA的概念或范疇用得很寬。包括在機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學、軍事等各個領域，都有EDA的應用。目前EDA技術已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學部門廣泛使用。例如在飛機制造過程中，從設計、性能測試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到EDA技術。本文所指的EDA技術，主要針對電子電路設計、PCB設計和IC設計。112VHDL介紹VHDL是一種用來描述數(shù)字邏輯系統(tǒng)的“編程語言”它的全名是VERYHIGHSPEEDINTEGRATEDCIRCUITHARDWAREDESCRIPTIONLANGUAGE。它源于美國政府于1980年開始啟動的超高速集成電路計劃,VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結構，行為，功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語句外，VHDL的語言形式和描述風格與句法是十分類似于一般的計算機高級語言。VHDL的程序結構特點是將一項工程設計，或稱設計實體（可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統(tǒng)）分成外部（或稱可是部分,及端口）和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在對一個設計實體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設計就可以直接調(diào)用這個實體。這種將設計實體分成內(nèi)外部分的概念是VHDL系統(tǒng)設計的基本點。應用VHDL進行工程設計的優(yōu)點是多方面的。VHDL的應用必將成為當前以及未來EDA解決方案的核心，更是整個電子邏輯系統(tǒng)設計的核心。113VHDL語言的特點VHDL的程序結構特點是將一項工程設計，或稱設計實體（可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統(tǒng)）分成外部（或稱可是部分,及端口和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在對一個設計實體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設計就可以直接調(diào)用這個實體。這種將設計實體分成內(nèi)外部分的概念是VHDL系統(tǒng)設計的基本點。應用VHDL進行工程設計的優(yōu)點是多方面的。（1）與其他的硬件描述語言相比，VHDL具有更強的行為描述能力，從而決定了他成為系統(tǒng)設計領域最佳的硬件描述語言。強大的行為描述能力是避開具體的器件結構，從邏輯行為上描述和設計大規(guī)模電子系統(tǒng)的重要保證。（2）VHDL豐富的仿真語句和庫函數(shù)，使得在任何大系統(tǒng)的設計早期就能查驗設計系統(tǒng)的功能可行性，隨時可對設計進行仿真模擬。（3）VHDL語句的行為描述能力和程序結構決定了他具有支持大規(guī)模設計的分解和已有設計的再利用功能。符合市場需求的大規(guī)模系統(tǒng)高效，高速的完成必須有多人甚至多個代發(fā)組共同并行工作才能實現(xiàn)。（4）對于用VHDL完成的一個確定的設計，可以利用EDA工具進行邏輯綜合和優(yōu)化，并自動的把VHDL描述設計轉變成門級網(wǎng)表。（5）VHDL對設計的描述具有相對獨立性，設計者可以不懂硬件的結構，也不必管理最終設計實現(xiàn)的目標器件是什么，而進行獨立的設計。2系統(tǒng)設計21設計要求電梯控制器是控制電梯按客戶要求自動上下的裝置。三層電梯控制器的功能如下1）每層電梯入口處設有請求開關，電梯內(nèi)設有顧客到達層次的停站請求開關。2）設有電梯入口處位置指示裝置及電梯運行模式（上升或者下降）指示裝置。3）電梯每秒升（將）層樓。4）電梯到達有停站請求的樓層，經(jīng)過1秒電梯門打開，開門指示燈亮，開門5秒后，電梯門關閉（開門指示燈滅），電梯繼續(xù)進行，直至最后一個請求信號后停留在當前層。5）能記憶電梯內(nèi)所有請求，并按照電梯運行規(guī)則按順序響應，每個請求信號保留至執(zhí)行后消除。6）電梯運行規(guī)則當電梯處于上升模式時，只響應比電梯所在位置高的上樓請求信號，由上而下逐個執(zhí)行，直到最后一個上樓請求執(zhí)行完畢；如果高層有下樓請求，則直接升到由下樓請求的最高樓層，然后進入下降模式。當電梯處于下降模式時則與上升模式相反。7）電梯初始狀態(tài)為一層開門狀態(tài)。22設計原理221程序原理1）CASE語句CASE語句屬于順序語句，因此必須放在進程語句中使用，CASE語句的一般表達式是CASEISWHEN；WHEN；ENDCASE；當執(zhí)行到CASE語句時，首先計算的值，然后根據(jù)WHEN條件句中與之相同的，執(zhí)行對應的，最后結束CASE語句。條件句中的“”不是操作符，它的含義相當于THEN（或“于是”）。使用CASE語句應該注意以下幾點WHEN條件句中的選擇值或標志符所代表的值必須在表達式的取值范圍內(nèi)。除非所以條件句中的選擇值能完全覆蓋CASE語句中表達式的取值，否則最末一個條件句中的選擇必須如教材例那樣用OTHERS關鍵詞表示以上已列的所有條件句中的未能列出的其他可能的取值。OTHERS只能出現(xiàn)一次，且只能作為最后一種條件取值。使用OTHERS的目的是為了使條件句中的所有選擇值能涵蓋表達式的所有取值，以免綜合器會插入不必要的鎖存器。關鍵詞NULL表示不做任何操作。CASE語句中的選擇值只能出現(xiàn)一次，不允許有相同選擇值的條件語句出現(xiàn)。CASE語句執(zhí)行中必須選中，且只能選中所列條件語句中的一條。2）IF語句IF語句是VHDL設計中最重要和最常用的語句,以下對IF語句的語法表達方式作一個概述。IF語句作為一種條件語句，它根據(jù)語句中所設置的一種或多種條件，有選擇地執(zhí)行制定的順序語句。IF語句的語句結構有以下兩種1）IF條件句THEN順序語句ENDIF；2）IF條件語句THEN順序語句ELSE順序語句ENDIF；3）IF條件語句THENIF條件句THENENDIFENDIF4IF條件句THEN順序句ELSIF條件句THEN順序語句ELSE順序語句ENDIF；IF語句中至少應有一個條件句，“條件句”可以是BOOLEAN類型的標志符，如IFA1THEN，或者是一個判別表達式，如IFATHEN，判別表達式輸出的值，即判斷結果的數(shù)據(jù)類型是BOOLEAN。IF語句根據(jù)條件語句產(chǎn)生的判斷結果是TRUE或是FALSE，有條件的選擇執(zhí)行其后的順序語句。222原理框圖圖2系統(tǒng)原理圖注電梯的控制狀態(tài)包括運行狀態(tài)、停止狀態(tài)及等待狀態(tài)，其中運行狀態(tài)又包含向上狀態(tài)和向下狀態(tài)。主要動作有開、關門，停靠和啟動。乘客可通過鍵入開、關門按鈕，呼喚按鈕，指定樓層按鈕等來控制電梯的行與停。據(jù)此，整個電梯控制器應包括如下幾個組成部分時序輸出及樓選計數(shù)器；電梯服務請求處理器；電梯升降控制器；上升及下降寄存器；電梯次態(tài)生成器。該電梯控制器設計的關鍵是確定上升及下降寄存器的置位與復位。整個系統(tǒng)的內(nèi)部組成結構圖如圖2所示。23源程序和仿真波形圖231源程序LIBRARYIEEE庫說明USEIEEESTD_LOGIC_1164ALLUSEIEEESTD_LOGIC_ARITHALLUSEIEEESTD_LOGIC_UNSIGNEDALLENTITYTHREEFLIFTIS定義實體PORTBUTTONCLKINSTD_LOGICLIFTCLKINSTD_LOGIC脈沖信號RESETINSTD_LOGICF1UPBUTTON,F2UPBUTTON,F2DNBUTTON,F3DNBUTTONINSTD_LOGIC外部請求信號STOP1BUTTON,STOP2BUTTON,STOP3BUTTONINSTD_LOGIC內(nèi)部請求信號POSITIONBUFFERINTEGERRANGE1TO3電梯位置DOUT1OUTSTD_LOGIC_VECTOR3DOWNTO0位置顯示DOORLIGHTOUTSTD_LOGIC開門燈UDSIGBUFFERSTD_LOGICEND電梯運行方向ARCHITECTUREAOFTHREEFLIFTIS結構體TYPELIFT_STATEISSTOPON1,DOOROPEN,DOORCLOSE,DOORWAIT1,DOORWAIT2,DOORWAIT3,DOORWAIT4,DOORWAIT5,UP,DOWN,STOP電梯可能狀態(tài)SIGNALFUPLIGHT,FDNLIGHT,STOPLIGHTSTD_LOGIC_VECTOR3DOWNTO1內(nèi)外部請求信號SIGNALMYLIFTLIFT_STATESIGNALCLEARUPSTD_LOGIC現(xiàn)在狀態(tài)SIGNALCLEARDNSTD_LOGIC清除信號BEGINCTRLIFTPROCESSRESET,LIFTCLKVARIABLEPOSINTEGERRANGE3DOWNTO1定義變量BEGINIFRESET1THENMYLIFTDOORLIGHTMYLIFTMYLIFTMYLIFTMYLIFTMYLIFTDOORLIGHT上升操作POSITION下降操作POSITION1ANDSTOPLIGHTPOS1ORFDNLIGHTPOS1THENMYLIFTMYLIFTDOORLIGHT2ANDSTOPLIGHTPOS1ORFDNLIGHTPOS1THENCLEARDN1ELSECLEARUP1CLEARDN1ENDIFENDIFMYLIFTDOORWAIT1ENDCASEENDIFENDIFENDPROCESSCTRLIFTCTRLIGHTPROCESSRESET,BUTTONCLK按鈕確認進程BEGINIFRESET1THENSTOPLIGHT“000“FUPLIGHT“000“FDNLIGHT“000“ELSEIFBUTTONCLKEVENTANDBUTTONCLK1THENIFCLEARUP1THENSTOPLIGHTPOSITION0FUPLIGHTPOSITION0ELSEIFF1UPBUTTON1THENFUPLIGHT11ELSIFF2UPBUTTON1THENFUPLIGHT21ENDIFENDIFIFCLEARDN1THENSTOPLIGHTPOSITION0FDNLIGHTPOSITION0ELSEIFF2DNBUTTON1THENFDNLIGHT21ELSIFF3DNBUTTON1THENFDNLIGHT31ENDIFENDIFIFSTOP1BUTTON1THENSTOPLIGHT11ELSIFSTOP2BUTTON1THENSTOPLIGHT21ELSIFSTOP3BUTTON1THENSTOPLIGHT31ENDIFENDIFENDIFENDPROCESSPROCESSPOSITION位置顯示進程BEGINIFPOSITION1THENDOUT1“0001“ENDIFIFPOSITION2THENDOUT1“0010“ENDIFIFPOSITION3THENDOUT1“0011“ENDIFENDPROCESSEND232仿真波形圖注電梯在一層，2樓有上升請求，3電梯內(nèi)有人去3樓，電梯經(jīng)過5秒等待關門進入上升狀態(tài)。電梯經(jīng)過2樓開門載客，經(jīng)過5秒關門繼續(xù)上3樓。注電梯在3樓處于下降狀態(tài)，2樓有下樓的信號和有去1樓的信號，電梯先去2樓載客，再去1樓。圖2原器件圖2原器件結論這次為時一周的課程設計，主要是以上機操作為主。這次設計語言主要是采用VHDL語言的自頂向下的設計方法。EDA中，自頂向下的設計方法，就是在整個設計流程中各設計環(huán)節(jié)逐步求精的過程應用VHDL運行自頂向下的設計，就是使用VHDL模型在所有綜合級別上對硬件進行說明、建模和仿真測試。我的設計思路比較簡單，最先是參考課本用簡單的門電路和時序脈沖編寫了一段“自動電梯”程序。程序在通過調(diào)試運行，下載到硬件上實現(xiàn)的時候，沒有數(shù)碼顯示，直接是用二級管的指示燈的跳換來表示電梯的狀態(tài)。頻率選折1HZ時，二級管在“01”、“10”、“11”之間跳變，分別表示電梯的1、2、3層。另有兩個二極管燈，其中一個二極管指示燈的工作狀態(tài)表示電梯的開關門，另一個表示電梯的上、下狀態(tài)。在給老師檢查后，老師指出還沒有完成電梯的可控制要求，電梯必須要能實現(xiàn)人工控制。于是在原來的基礎上，通過參考課本和請教完成得很好的的同學，加上了電梯可停止程序語句“STO