交通路口復(fù)雜交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)

1、1引言21.1編寫(xiě)目的21.2背景21.3定義21.4參考資料22總體設(shè)計(jì)22.1需求規(guī)定22.2運(yùn)行環(huán)境22.3基本設(shè)計(jì)概念和處理流程32.4結(jié)構(gòu)32.5功能器求與程序的關(guān)系32.6人工處理過(guò)程32.7尚未問(wèn)決的問(wèn)題33接口設(shè)計(jì)33.1用戶接口33.2外部接口33.3內(nèi)部接口44運(yùn)行設(shè)計(jì)44.1運(yùn)行模塊組合44.2運(yùn)行控制44.3運(yùn)行時(shí)間45系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)45.1邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)45.2物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)45.3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與程序的關(guān)系46系統(tǒng)出錯(cuò)處理設(shè)計(jì)56.1出錯(cuò)信息56.2補(bǔ)救措施56.3系統(tǒng)維護(hù)設(shè)計(jì)5概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1引言1.1編寫(xiě)目的創(chuàng)建一個(gè)可供日常交通燈使用的程序，目標(biāo)讀者為交通燈控制

2、人員。1.2背景說(shuō)明：a. 交通路口復(fù)雜交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)b.任務(wù)提出者，開(kāi)發(fā)者：陳磊用戶：交通指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境：使用verilog hdl語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì) 使用quartus 2編程環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)。1.3定義order 選擇信號(hào)road 亮燈控制信號(hào)en5 5秒延時(shí)使能信號(hào)lin5 5秒延時(shí)終止信號(hào)en25 25秒延時(shí)使能信號(hào)lin25 25秒延時(shí)終止信號(hào)rst 系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)clk 系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)1.4參考資料verilog hdl數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用2總體設(shè)計(jì)2.1需求規(guī)定輸入項(xiàng)目:clk 系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)rst 系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)輸出項(xiàng)目:road 亮燈控制信號(hào)，road=00，紅燈亮；road=01，黃燈亮

3、；road=10，綠燈亮；road=11，黃燈亮。處理要求:根據(jù)order的不同值，使相應(yīng)的燈發(fā)亮。2.2運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行環(huán)境：。quartus ii 9.02.3基本設(shè)計(jì)概念和處理流程order=00y紅燈亮norder=01黃燈亮yorder=10n綠燈亮黃燈亮yn輸入order2.4結(jié)構(gòu)order 選擇某一燈的選擇變量road 控制某一燈亮的控制變量2.5功能器求與程序的關(guān)系本條用一張如下的矩陣圖說(shuō)明各項(xiàng)功能需求的實(shí)現(xiàn)同各塊程序的分配關(guān)系：程序1程序2功能需求1功能需求2功能需求3功能需求42.6人工處理過(guò)程人工輸入order的值，根據(jù)order的不同值，相應(yīng)的燈變亮2.7尚未問(wèn)決的問(wèn)題創(chuàng)建

4、一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘源3接口設(shè)計(jì)3.1用戶接口light(red,amber,green,0,order)order為控制變量，由它決定讓哪一盞燈發(fā)亮。road=100，則紅燈亮； road=010，則綠燈亮； road=001，則黃燈亮； 3.2外部接口clk 外部時(shí)鐘源信號(hào)rst 計(jì)時(shí)程序使能信號(hào)road 控制哪一盞燈發(fā)亮的信號(hào)3.3內(nèi)部接口根據(jù)order的不同取值，在下面這段程序中，case(order) 0: begin road=b100; en25=1; en5=0; if(lin25=1) order=1; end 1: begin road=b010; en25=0; en5=1;

5、if(lin5=1) order=2; end 2: begin road=b001; en25=1; en5=0; if(lin25=1) order=3; end 3: begin road=b010; en25=0; en5=1; if(lin5=1) order=0; end endcase4運(yùn)行設(shè)計(jì)4.1運(yùn)行模塊組合order=0時(shí)，road=100，調(diào)用模塊timer25，紅燈亮order=1時(shí)，road=010，調(diào)用模塊timer5，黃燈亮order=2時(shí)，road=001，調(diào)用模塊timer25，綠燈亮order=3時(shí)，road=010，調(diào)用模塊timer5，黃燈亮4.2運(yùn)行控

6、制order=0時(shí)，road=100，調(diào)用模塊timer25，紅燈亮order=1時(shí)，road=010，調(diào)用模塊timer5，黃燈亮order=2時(shí)，road=001，調(diào)用模塊timer25，綠燈亮order=3時(shí)，road=010，調(diào)用模塊timer5，黃燈亮4.3運(yùn)行時(shí)間運(yùn)行模塊將始終占用cpu5系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)order 選擇變量 用于選擇讓哪一盞燈亮road=100，則紅燈亮； road=010，則綠燈亮； road=001，則黃燈亮；5.2物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)order 2位寄存器變量 每次存取要存取全部2位 road 3位寄存器變量，每次存取要存取全部3位5.3數(shù)

7、據(jù)結(jié)構(gòu)與程序的關(guān)系order 2位寄存器變量 每次存取要存取全部2位 road 3位寄存器變量，每次存取要存取全部3位6系統(tǒng)出錯(cuò)處理設(shè)計(jì)6.1出錯(cuò)信息1系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)rst！=0，即系統(tǒng)沒(méi)有復(fù)位，即開(kāi)始運(yùn)行，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)。2系統(tǒng)時(shí)鐘工作不正常，各個(gè)時(shí)鐘上升沿的間隔不相等，在此情況下延時(shí)程序會(huì)工作不正常，使延時(shí)時(shí)間延長(zhǎng)或縮短。6.2補(bǔ)救措施故障1：使rst初始時(shí)為0，過(guò)一段時(shí)間后再將rst置1。故障2：尋找一個(gè)工作穩(wěn)定的時(shí)鐘源作為系統(tǒng)的時(shí)鐘源。6.3系統(tǒng)維護(hù)設(shè)計(jì)1系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)rst！=0，即系統(tǒng)沒(méi)有復(fù)位，即開(kāi)始運(yùn)行，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)。2系統(tǒng)時(shí)鐘工作不正常，各個(gè)時(shí)鐘上升沿的間隔不相等，在此情況下

8、延時(shí)程序會(huì)工作不正常，使延時(shí)時(shí)間延長(zhǎng)或縮短。設(shè)計(jì)需求說(shuō)明書(shū)2任務(wù)概述22.1目標(biāo)22.2用戶的特點(diǎn)32.3假定和約束33需求規(guī)定33.1對(duì)功能的規(guī)定33.2對(duì)性能的規(guī)定33.2.1精度33.2.2時(shí)間特性要求33.2.3靈活性43.3輸人輸出要求43.4數(shù)據(jù)管理能力要求43.5故障處理要求43.6其他專(zhuān)門(mén)要求54運(yùn)行環(huán)境規(guī)定54.1設(shè)備54.2支持軟件54.3接口54.4控制5需求分析說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)提示2任務(wù)概述2.1目標(biāo)該項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的意圖是為了設(shè)計(jì)一個(gè)可供日常指揮交通使用的交通燈程序，應(yīng)用目標(biāo)是用來(lái)控制各種交通燈的運(yùn)行，可以作用在各種類(lèi)型的交通燈上。該項(xiàng)目的代碼主要是我根據(jù)書(shū)上已有的一部分資料，

9、再加上自己在網(wǎng)上搜索得到的一些代碼，將兩者綜合以后寫(xiě)出來(lái)的|2.2用戶的特點(diǎn)該項(xiàng)目的應(yīng)用對(duì)象交通燈的主要特點(diǎn)如下：1任意時(shí)刻只能有一只燈（紅、黃或綠燈）亮。2任意時(shí)刻必須有一只燈亮，不能三盞燈全是滅的。3任一只燈亮了一定時(shí)限后必須熄滅，不能一直亮著。操作人員特點(diǎn)：交通燈一般都是根據(jù)程序自動(dòng)運(yùn)行的，因此，無(wú)操作人員。維護(hù)人員特點(diǎn)：在機(jī)房維護(hù)交通燈控制程序的人員一般都是學(xué)習(xí)過(guò)編程控制原理的，因此，他們可以看懂程序如何控制交通燈運(yùn)行的。本課題預(yù)期使用頻度：此交通燈控制程序?qū)儆?4小時(shí)全天候運(yùn)行類(lèi)型的。2.3假定和約束預(yù)期開(kāi)發(fā)期限：10周。經(jīng)費(fèi)限制：不需要經(jīng)費(fèi)。3.2對(duì)性能的規(guī)定3.2.1精度根據(jù)變量

10、order的值，即可使相應(yīng)的燈變亮，不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。3.2.2時(shí)間特性要求說(shuō)明對(duì)于該項(xiàng)目的時(shí)間特性要求，如對(duì)：a 響應(yīng)時(shí)間：根據(jù)設(shè)定的order的值，立即跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)狀態(tài)。b 更新處理時(shí)間：必須等待timer5或timer25延時(shí)結(jié)束以后，才能進(jìn)行更新c 數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和傳送時(shí)間：order設(shè)定好以后，立即進(jìn)行轉(zhuǎn)換，無(wú)延遲。d 解題時(shí)間：立即轉(zhuǎn)換，沒(méi)有延遲。3.2.3靈活性a 操作方式上的變化：沒(méi)有影響b 運(yùn)行環(huán)境的變化：沒(méi)有影響c 同其他系統(tǒng)的接口的變化：沒(méi)有影響d 精度和有效時(shí)限的變化：沒(méi)有影響e 計(jì)劃的變化或改進(jìn)：沒(méi)有影響3.3輸人輸出要求輸入項(xiàng)：order：2位寄存器型變量，取值范圍從00到1

11、1。clk： 時(shí)鐘源信號(hào)rst： 延時(shí)程序使能信號(hào)輸出項(xiàng)：road：3位寄存器型變量，取值為100、010或0013.4數(shù)據(jù)管理能力要求需要管理的文卷個(gè)數(shù)為三個(gè)，一個(gè)是交通燈控制程序，一個(gè)是25秒程序，另一個(gè)是5秒延時(shí)程序，兩個(gè)文卷的大小均在300k以內(nèi)。3.5故障處理要求1系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)rst！=0，即系統(tǒng)沒(méi)有復(fù)位，即開(kāi)始運(yùn)行，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)。2系統(tǒng)時(shí)鐘工作不正常，各個(gè)時(shí)鐘上升沿的間隔不相等，在此情況下延時(shí)程序會(huì)工作不正常，使延時(shí)時(shí)間延長(zhǎng)或縮短。3.6其他專(zhuān)門(mén)要求要有一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘源，這樣才能保證某一燈亮后，等待5秒或25秒以后，按照程序的設(shè)定，使下一盞燈變亮。4運(yùn)行環(huán)境規(guī)定4.1設(shè)備a 處

12、理器型號(hào)為8086，內(nèi)存容量100mbb 外存容量100mb、聯(lián)機(jī)方式、存儲(chǔ)格式為二進(jìn)制文件、設(shè)備的型號(hào)為acex1k；c 輸入及輸出設(shè)備的型號(hào)為acex1k，聯(lián)機(jī)方式；d 數(shù)據(jù)通信設(shè)備的型號(hào)為acex1k，數(shù)量1只；e 無(wú)功能鍵；4.2支持軟件支持軟件：quartus ii 9.0 4.3接口串口通信協(xié)議。4.4控制根據(jù)order的值不同，使不同的燈發(fā)亮，所以控制信號(hào)即為order。order的值由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行變換。詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)23模塊1（標(biāo)識(shí)符）設(shè)計(jì)說(shuō)明23.1模塊描述33.2功能33.3性能33.4輸人項(xiàng)33.5輸出項(xiàng)33.6算法33.7流程邏輯33.8接口33.9

13、存儲(chǔ)分配43.10注釋設(shè)計(jì)43.11限制條件43.12測(cè)試計(jì)劃43.13尚未解決的問(wèn)題44模塊2（標(biāo)識(shí)符）設(shè)計(jì)說(shuō)明4詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)order=00y紅燈亮norder=01黃燈亮yorder=10n綠燈亮黃燈亮yn輸入order3模塊1（標(biāo)識(shí)符）設(shè)計(jì)說(shuō)明3.1模塊描述根據(jù)order的不同值選擇讓不同的燈發(fā)亮，如果order=00，則紅燈亮；如果order=01，則黃燈亮；如果order=10，則綠燈亮；如果order=11，則黃燈亮。程序常駐內(nèi)存，不可重入，是順序處理。3.2功能該系統(tǒng)功能如下：1系統(tǒng)啟動(dòng)，各項(xiàng)復(fù)位2紅燈亮，延時(shí)25秒3黃燈亮，延時(shí)5秒4綠燈亮，延時(shí)25秒5黃

14、燈亮，延時(shí)5秒6返回2繼續(xù)運(yùn)行order=00y紅燈亮norder=01黃燈亮yorder=10n綠燈亮黃燈亮yn輸入order3.3性能程序設(shè)計(jì)好以后，在運(yùn)行期間，未發(fā)生出錯(cuò)的情況。3.4輸人項(xiàng)clk 系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)rst 系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)3.5輸出項(xiàng)road 亮燈控制信號(hào)，road=00，紅燈亮；road=01，黃燈亮；road=10，綠燈亮；road=11，黃燈亮。3.6算法本程序使用一個(gè)case(order)多重選擇結(jié)構(gòu)，根據(jù)order的不同值，road被賦給不同的值，具體設(shè)置如下所示：order=00 紅燈亮order=01 黃燈亮order=10 綠燈亮order=11 黃燈亮3.7流程

15、邏輯order=00y紅燈亮norder=01黃燈亮yorder=10n綠燈亮黃燈亮yn輸入order3.8接口controllertimer5timer25rstclk3.9存儲(chǔ)分配controller模塊：60%的存儲(chǔ)空間timer5模塊：20%的存儲(chǔ)空間timer25模塊：20%的存儲(chǔ)空間3.10注釋設(shè)計(jì)order 選擇信號(hào)road 亮燈控制信號(hào)en5 5秒延時(shí)使能信號(hào)lin5 5秒延時(shí)終止信號(hào)en25 25秒延時(shí)使能信號(hào)lin25 25秒延時(shí)終止信號(hào)rst 系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)clk 系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)3.11限制條件必須要有一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘源，否則可能導(dǎo)致程序運(yùn)行不正常。3.12測(cè)試計(jì)劃在quart

16、us ii 9.0中運(yùn)行該程序，因?yàn)槌绦蛑衞rder的值是按00，01，10，11的順序賦值的，而且是循環(huán)賦值（即每次都按這個(gè)順序賦一遍值），所以觀察是否是按紅燈，黃燈，綠燈，黃燈的順序亮燈，若是，則程序運(yùn)行正常，否則就不正常。3.13尚未解決的問(wèn)題必須配備一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘源。4模塊2（標(biāo)識(shí)符）設(shè)計(jì)說(shuō)明timer5模塊：用來(lái)完成延時(shí)5秒的功能。timer25模塊：用來(lái)完成延時(shí)25秒的功能。controller模塊：用來(lái)控制交通燈的運(yùn)行。項(xiàng)目設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告（gb856788）2實(shí)際開(kāi)發(fā)結(jié)果2.1產(chǎn)品該項(xiàng)目中共有3個(gè)程序：timer5 延時(shí)5秒程序timer25 延時(shí)25秒程序controller 交

17、通燈控制程序各程序之間的關(guān)系如下圖所示：各模塊間運(yùn)行順序如下圖所示：controllertimer5timer25rstclks0yellowen5s3green en25s1 red en25s2yellow en5lin25lin25lin5lin52.2主要功能和性能該系統(tǒng)功能如下：1系統(tǒng)啟動(dòng)，各項(xiàng)復(fù)位2紅燈亮，延時(shí)25秒3黃燈亮，延時(shí)5秒4綠燈亮，延時(shí)25秒5黃燈亮，延時(shí)5秒6返回2繼續(xù)運(yùn)行該系統(tǒng)基本達(dá)到了原先的開(kāi)發(fā)目的。2.3基本流程基本關(guān)系如下圖：s0yellowen5s3green en25s1 red en25s2yellow en5lin25lin25lin5lin5流程圖如下：order=00y紅燈亮norder=01黃燈亮yorder=10n綠燈亮黃燈亮yn輸入order2.4進(jìn)度進(jìn)度基本與預(yù)期一致，開(kāi)發(fā)期間曾經(jīng)遇到一些困難，我又上網(wǎng)搜了一些資料，最后終于趕上了進(jìn)度。2.5費(fèi)用工時(shí)：48個(gè)學(xué)時(shí)計(jì)算機(jī)使用時(shí)間：32個(gè)學(xué)時(shí)最終費(fèi)用沒(méi)有超過(guò)預(yù)期。3開(kāi)發(fā)工作評(píng)價(jià)3.1對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的評(píng)價(jià)錯(cuò)誤發(fā)生率：使用中未曾發(fā)生出過(guò)出錯(cuò)現(xiàn)象，這也可能與使用時(shí)間過(guò)短有關(guān)，錯(cuò)誤發(fā)生率為零。3.3對(duì)技術(shù)方法的評(píng)價(jià)本例中使用的是結(jié)構(gòu)描述模塊，這比使用行為描述模塊要好得多。我們只要寫(xiě)好模塊的定義，使用時(shí)只需寫(xiě)出這個(gè)模塊的名字，再配上需要的參數(shù)即可。如果使用行為描述模塊，我們使用一次就得把