交通路口復雜交通信號燈的設計

1、1引言21.1編寫目的21.2背景21.3定義21.4參考資料22總體設計22.1需求規(guī)定22.2運行環(huán)境22.3基本設計概念和處理流程32.4結構32.5功能器求與程序的關系32.6人工處理過程32.7尚未問決的問題33接口設計33.1用戶接口33.2外部接口33.3內部接口44運行設計44.1運行模塊組合44.2運行控制44.3運行時間45系統(tǒng)數據結構設計45.1邏輯結構設計要點45.2物理結構設計要點45.3數據結構與程序的關系46系統(tǒng)出錯處理設計56.1出錯信息56.2補救措施56.3系統(tǒng)維護設計5概要設計說明書1引言1.1編寫目的創(chuàng)建一個可供日常交通燈使用的程序，目標讀者為交通燈控制

2、人員。1.2背景說明：a. 交通路口復雜交通信號燈的設計b.任務提出者，開發(fā)者：陳磊用戶：交通指揮系統(tǒng)設計環(huán)境：使用verilog hdl語言進行設計 使用quartus 2編程環(huán)境進行開發(fā)。1.3定義order 選擇信號road 亮燈控制信號en5 5秒延時使能信號lin5 5秒延時終止信號en25 25秒延時使能信號lin25 25秒延時終止信號rst 系統(tǒng)復位信號clk 系統(tǒng)時鐘信號1.4參考資料verilog hdl數字系統(tǒng)設計與應用2總體設計2.1需求規(guī)定輸入項目:clk 系統(tǒng)時鐘信號rst 系統(tǒng)復位信號輸出項目:road 亮燈控制信號，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order的不同值，使相應的燈發(fā)亮。2.2運行環(huán)境運行環(huán)境：。quartus ii 9.02.3基本設計概念和處理流程order=00y紅燈亮norder=01黃燈亮yorder=10n綠燈亮黃燈亮yn輸入order2.4結構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系本條用一張如下的矩陣圖說明各項功能需求的實現同各塊程序的分配關系：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人工處理過程人工輸入order的值，根據order的不同值，相應的燈變亮2.7尚未問決的問題創(chuàng)建

4、一個穩(wěn)定的時鐘源3接口設計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 外部時鐘源信號rst 計時程序使能信號road 控制哪一盞燈發(fā)亮的信號3.3內部接口根據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運行設計4.1運行模塊組合order=0時，road=100，調用模塊timer25，紅燈亮order=1時，road=010，調用模塊timer5，黃燈亮order=2時，road=001，調用模塊timer25，綠燈亮order=3時，road=010，調用模塊timer5，黃燈亮4.2運行控

6、制order=0時，road=100，調用模塊timer25，紅燈亮order=1時，road=010，調用模塊timer5，黃燈亮order=2時，road=001，調用模塊timer25，綠燈亮order=3時，road=010，調用模塊timer5，黃燈亮4.3運行時間運行模塊將始終占用cpu5系統(tǒng)數據結構設計5.1邏輯結構設計要點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物理結構設計要點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

7、據結構與程序的關系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)出錯處理設計6.1出錯信息1系統(tǒng)開始運行時rst！=0，即系統(tǒng)沒有復位，即開始運行，此時會導致出錯。2系統(tǒng)時鐘工作不正常，各個時鐘上升沿的間隔不相等，在此情況下延時程序會工作不正常，使延時時間延長或縮短。6.2補救措施故障1：使rst初始時為0，過一段時間后再將rst置1。故障2：尋找一個工作穩(wěn)定的時鐘源作為系統(tǒng)的時鐘源。6.3系統(tǒng)維護設計1系統(tǒng)開始運行時rst！=0，即系統(tǒng)沒有復位，即開始運行，此時會導致出錯。2系統(tǒng)時鐘工作不正常，各個時鐘上升沿的間隔不相等，在此情況下

8、延時程序會工作不正常，使延時時間延長或縮短。設計需求說明書2任務概述22.1目標22.2用戶的特點32.3假定和約束33需求規(guī)定33.1對功能的規(guī)定33.2對性能的規(guī)定33.2.1精度33.2.2時間特性要求33.2.3靈活性43.3輸人輸出要求43.4數據管理能力要求43.5故障處理要求43.6其他專門要求54運行環(huán)境規(guī)定54.1設備54.2支持軟件54.3接口54.4控制5需求分析說明書的編寫提示2任務概述2.1目標該項目開發(fā)的意圖是為了設計一個可供日常指揮交通使用的交通燈程序，應用目標是用來控制各種交通燈的運行，可以作用在各種類型的交通燈上。該項目的代碼主要是我根據書上已有的一部分資料，

9、再加上自己在網上搜索得到的一些代碼，將兩者綜合以后寫出來的|2.2用戶的特點該項目的應用對象交通燈的主要特點如下：1任意時刻只能有一只燈（紅、黃或綠燈）亮。2任意時刻必須有一只燈亮，不能三盞燈全是滅的。3任一只燈亮了一定時限后必須熄滅，不能一直亮著。操作人員特點：交通燈一般都是根據程序自動運行的，因此，無操作人員。維護人員特點：在機房維護交通燈控制程序的人員一般都是學習過編程控制原理的，因此，他們可以看懂程序如何控制交通燈運行的。本課題預期使用頻度：此交通燈控制程序屬于24小時全天候運行類型的。2.3假定和約束預期開發(fā)期限：10周。經費限制：不需要經費。3.2對性能的規(guī)定3.2.1精度根據變量

10、order的值，即可使相應的燈變亮，不會出現差錯。3.2.2時間特性要求說明對于該項目的時間特性要求，如對：a 響應時間：根據設定的order的值，立即跳轉到相應狀態(tài)。b 更新處理時間：必須等待timer5或timer25延時結束以后，才能進行更新c 數據的轉換和傳送時間：order設定好以后，立即進行轉換，無延遲。d 解題時間：立即轉換，沒有延遲。3.2.3靈活性a 操作方式上的變化：沒有影響b 運行環(huán)境的變化：沒有影響c 同其他系統(tǒng)的接口的變化：沒有影響d 精度和有效時限的變化：沒有影響e 計劃的變化或改進：沒有影響3.3輸人輸出要求輸入項：order：2位寄存器型變量，取值范圍從00到1

11、1。clk： 時鐘源信號rst： 延時程序使能信號輸出項：road：3位寄存器型變量，取值為100、010或0013.4數據管理能力要求需要管理的文卷個數為三個，一個是交通燈控制程序，一個是25秒程序，另一個是5秒延時程序，兩個文卷的大小均在300k以內。3.5故障處理要求1系統(tǒng)開始運行時rst！=0，即系統(tǒng)沒有復位，即開始運行，此時會導致出錯。2系統(tǒng)時鐘工作不正常，各個時鐘上升沿的間隔不相等，在此情況下延時程序會工作不正常，使延時時間延長或縮短。3.6其他專門要求要有一個穩(wěn)定的時鐘源，這樣才能保證某一燈亮后，等待5秒或25秒以后，按照程序的設定，使下一盞燈變亮。4運行環(huán)境規(guī)定4.1設備a 處

12、理器型號為8086，內存容量100mbb 外存容量100mb、聯機方式、存儲格式為二進制文件、設備的型號為acex1k；c 輸入及輸出設備的型號為acex1k，聯機方式；d 數據通信設備的型號為acex1k，數量1只；e 無功能鍵；4.2支持軟件支持軟件：quartus ii 9.0 4.3接口串口通信協議。4.4控制根據order的值不同，使不同的燈發(fā)亮，所以控制信號即為order。order的值由計算機自動進行變換。詳細設計說明書2所設計系統(tǒng)的結構23模塊1（標識符）設計說明23.1模塊描述33.2功能33.3性能33.4輸人項33.5輸出項33.6算法33.7流程邏輯33.8接口33.9

13、存儲分配43.10注釋設計43.11限制條件43.12測試計劃43.13尚未解決的問題44模塊2（標識符）設計說明4詳細設計說明書2所設計系統(tǒng)的結構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（標識符）設計說明3.1模塊描述根據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，各項復位2紅燈亮，延時25秒3黃燈亮，延時5秒4綠燈亮，延時25秒5黃

14、燈亮，延時5秒6返回2繼續(xù)運行order=00y紅燈亮norder=01黃燈亮yorder=10n綠燈亮黃燈亮yn輸入order3.3性能程序設計好以后，在運行期間，未發(fā)生出錯的情況。3.4輸人項clk 系統(tǒng)時鐘信號rst 系統(tǒng)復位信號3.5輸出項road 亮燈控制信號，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case(order)多重選擇結構，根據order的不同值，road被賦給不同的值，具體設置如下所示：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存儲分配controller模塊：60%的存儲空間timer5模塊：20%的存儲空間timer25模塊：20%的存儲空間3.10注釋設計order 選擇信號road 亮燈控制信號en5 5秒延時使能信號lin5 5秒延時終止信號en25 25秒延時使能信號lin25 25秒延時終止信號rst 系統(tǒng)復位信號clk 系統(tǒng)時鐘信號3.11限制條件必須要有一個穩(wěn)定的時鐘源，否則可能導致程序運行不正常。3.12測試計劃在quart

16、us ii 9.0中運行該程序，因為程序中order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，則程序運行正常，否則就不正常。3.13尚未解決的問題必須配備一個穩(wěn)定的時鐘源。4模塊2（標識符）設計說明timer5模塊：用來完成延時5秒的功能。timer25模塊：用來完成延時25秒的功能。controller模塊：用來控制交通燈的運行。項目設計總結報告（gb856788）2實際開發(fā)結果2.1產品該項目中共有3個程序：timer5 延時5秒程序timer25 延時25秒程序controller 交

17、通燈控制程序各程序之間的關系如下圖所示：各模塊間運行順序如下圖所示：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，各項復位2紅燈亮，延時25秒3黃燈亮，延時5秒4綠燈亮，延時25秒5黃燈亮，延時5秒6返回2繼續(xù)運行該系統(tǒng)基本達到了原先的開發(fā)目的。2.3基本流程基本關系如下圖：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進度進度基本與預期一致，開發(fā)期間曾經遇到一些困難，我又上網搜了一些資料，最后終于趕上了進度。2.5費用工時：48個學時計算機使用時間：32個學時最終費用沒有超過預期。3開發(fā)工作評價3.1對產品質量的評價錯誤發(fā)生率：使用中未曾發(fā)生出過出錯現象，這也可能與使用時間過短有關，錯誤發(fā)生率為零。3.3對技術方法的評價本例中使用的是結構描述模塊，這比使用行為描述模塊要好得多。我們只要寫好模塊的定義，使用時只需寫出這個模塊的名字，再配上需要的參數即可。如果使用行為描述模塊，我們使用一次就得把