交通燈控制程序

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(jié)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(nèi)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(shù)據(jù)結(jié)構設計 45.1 邏輯結(jié)構設計要點 45.2 物理結(jié)構設計要點 45.3 數(shù)據(jù)結(jié)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

2、 5計56.3 系 統(tǒng) 維 護 設概要設計說明書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(shù)字系統(tǒng)設計與應

3、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； 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2.4結(jié)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(xiàn)同各塊程序的分配關系:程序1程序2功能需求1V功能需求2VV功能需求3V功能需求4VV

4、2.6人工處理過程人工輸入 ORDER的值，根據(jù) ORDER的不同值，相應的燈變亮2.7尚未問決的問題創(chuàng)建一個穩(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，貝卩黃燈亮；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(nèi)部接口根據(jù) ORDER 的不同取值，在下面這段程序中，case(order>0: beginroad='b100。 en25<=1。 en5&

5、lt;=0。 if(lin25=1> order<=1 。end1: beginroad='b010。 en25<=0。 en5<=1。 if(lin5=1> order<=2 。end2: beginroad='b001。 en25<=1。 en5<=0。 if(lin25=1> order<=3 。end3: beginroad='b010。 en25<=0。 en5<=1。 if(lin5=1> order<=0 。endendcase4 運行設計4.1 運行模塊組合ORDER=0

6、時，ROAD=100 ，調(diào)用模塊TIMER25ORDER=1時，ROAD=010 ，調(diào)用模塊TIMER5ORDER=2時，ROAD=001 ，調(diào)用模塊TIMER25ORDER=3時，ROAD=010 ，調(diào)用模塊TIMER5，紅燈亮 黃燈亮，綠燈亮 黃燈亮4.2 運行控制ORDER=0時，ROAD=100 ，調(diào)用模塊TIMER25ORDER=1時，ROAD=010 ，調(diào)用模塊TIMER5ORDER=2時，ROAD=001 ，調(diào)用模塊TIMER25ORDER=3時，ROAD=010 ，調(diào)用模塊TIMER5，紅燈亮 黃燈亮，綠燈亮 黃燈亮4.3 運行時間運行模塊將始終占用 CPU5系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構設計5

7、.1 邏輯結(jié)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(jié)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(shù)據(jù)結(jié)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

8、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

9、 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(jù)書上已有的一部分資料，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

10、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(jù)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?qū)儆?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(jīng)費限制：不需要經(jīng)費。order=00紅燈亮order=01黃燈亮order=10綠燈亮order=11黃燈亮3.2 對性能的規(guī)定3.2.1 精度根據(jù)變量 ORDER 的值，即可使相應的燈變亮，不會出現(xiàn)差錯。3.2

11、.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(jù)設定的 ORDER 的值，立即跳轉(zhuǎn)到相應狀態(tài)。b 更新處理時間：必須等待 TIMER5 或 TIMER25 延時結(jié)束以后，才能進行更新 c 數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和傳送時間： ORDER 設定好以后，立即進行轉(zhuǎn)換，無延遲。d 解題時間：立即轉(zhuǎn)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 11。CLK： 時鐘源信號

12、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(shù)據(jù)管理能力要求需要管理的文卷個數(shù)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(nèi)。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.

13、1 設備a 處理器型號為 8086，內(nèi)存容量 100MBACEX1K ；b 外存容量 100MB 、聯(lián)機方式、存儲格式為二進制文件、設備的型號為C.輸入及輸出設備的型號為ACEX1K，聯(lián)機方式;d.數(shù)據(jù)通信設備的型號為ACEX1K，數(shù)量1只；e.無功能鍵；4.2支持軟件支持軟件：Quartus II 9.04.3 接口串口通信協(xié)議。4.4控制ORDER。根據(jù)ORDER的值不同，使不同的燈發(fā)亮，所以控制信號即為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(jié)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

14、程邏輯33.8 接口 33.9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(jié)構3 模塊 1< 標識符）設計說明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，各項復位 2紅燈亮，延時 25 秒 3黃燈亮，延時

15、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3.3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(jié)構，根據(jù) ORDER 的不同值， ROAD 被賦 給不同的值，具體設置如下所示：ORDER=00ORDER=01ORDER=10ORDER=11紅燈亮 黃燈亮 綠燈亮 黃燈亮薪8£爭盈

16、畐訣Z £3.9 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 Quartus 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

17、，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(jié)報告 <GB8567 88）2實際開發(fā)結(jié)果2.1產(chǎn)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 交通燈控制程序 各程序之間的關系如下圖所示

18、：2.2Y該系統(tǒng)功能如下：1.系統(tǒng)啟動，各項復位2紅燈亮，延時''3. 黃燈亮，延時rst 54. 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。匕S2-I各模塊間運行順序如下圖所示：YELLOWS1REDEn 25En5Lin 252.3基本流程基本關系如下圖:流程圖如下：Lin25SOYELLOWS3GREENEn 25En 25Lin25S2YELLOWEn5輸入ORDER2.4進度進度基本與預期一致，開發(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(chǎn)品質(zhì)量的評價錯誤發(fā)生率：使用中未曾發(fā)生出過出錯現(xiàn)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(jié)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(shù)即可。如果使用行為描述模 塊，我們使用一次就得把整