EDA課程設(shè)計(jì)報(bào)告 交通燈控制與顯示電路

1、EDA課程設(shè)計(jì)報(bào)告指導(dǎo)教師: XXX班 級(jí) ： 08電信（1）班姓 名 ： XXX組 成 員 ： XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX報(bào)告目錄1、 EDA技術(shù)綜述2、 設(shè)計(jì)實(shí)踐報(bào)告1） 課題名稱2） 內(nèi)容摘要3） 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求4） 設(shè)計(jì)方案及框圖5） 仿真電路設(shè)計(jì)6） 仿真調(diào)試過(guò)程及結(jié)果記錄7） 相關(guān)元器件參考數(shù)據(jù)資料8） 設(shè)計(jì)的收獲、體會(huì)和建議參考文獻(xiàn)第一部分 ：EDA 技術(shù)綜述隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在涉及通信、國(guó)防、航天、工業(yè)自動(dòng)化、儀器儀表等領(lǐng)域工作中，技術(shù)的含量以驚人的速度上升，從而使它成為當(dāng)今電子技術(shù)發(fā)展的前沿之一。從目前的EDA技術(shù)來(lái)看，其發(fā)展趨

2、勢(shì)是政府重視、使用普及、應(yīng)用文泛、工具多樣、軟件功能強(qiáng)大。ESDA代表了當(dāng)今電子設(shè)計(jì)技術(shù)的最新發(fā)展方向，它的基本特征是：設(shè)計(jì)人員按照自頂 向下的設(shè)計(jì)方法，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和功能劃分，系統(tǒng)的關(guān)鍵電路用一片或幾片專用集成 電路（ASIC）實(shí)現(xiàn)，然后采用硬件描述語(yǔ)言（HDL）完成系統(tǒng)行為級(jí)設(shè)計(jì)，最后通過(guò)綜合器和適配 器生成最終的目標(biāo)器件。這樣的設(shè)計(jì)方法被稱為高層次的電子設(shè)計(jì)方法。回顧近30年電子設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展歷程，可將EDA技術(shù)分為三個(gè)階段。 (1) 七十年代為CAD階段，這一階段人們開(kāi)始用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行IC版圖編輯和PCB布局布 線，取代了手工操作，產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的概念。 (2)八十年

3、代為CAE階段，與CAD相比，除了純粹的圖形繪制功能外，又增加了電路功能設(shè) 計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且通過(guò)電氣連接網(wǎng)絡(luò)表將兩者結(jié)合在一起，以實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)，這就是計(jì)算機(jī)輔助 工程的概念。CAE的主要功能是：原理圖輸入，邏輯仿真，電路分析，自動(dòng)布局布線，PCB后分 析。 (3)九十年代為ESDA階段。盡管CAD/CAE技術(shù)取得了巨大的成功，但并沒(méi)有把人從繁重的 設(shè)計(jì)工作中徹底解放出來(lái)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，自動(dòng)化和智能化程度還不高，各種EDA軟件界面千 差萬(wàn)別，學(xué)習(xí)使用困難，并且互不兼容，直接影響到設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)間的銜接?；谝陨喜蛔?，人們開(kāi)始 追求貫徹整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的自動(dòng)化，這就是ESDA即電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化。 在

4、信息通信領(lǐng)域，要優(yōu)先發(fā)展高速寬帶信息網(wǎng)、深亞微米集成電路、新型元器件、計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)、第三代移動(dòng)通信技術(shù)、信息管理、信息安全技術(shù)，積極開(kāi)拓以數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的新一代信息產(chǎn)品，發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)，培育新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。要大力推進(jìn)制造業(yè)信息化，積極開(kāi)展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）、計(jì)算機(jī)輔助工藝（CAPP）、計(jì)算機(jī)機(jī)輔助制造（CAM）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）、制造資源計(jì)劃（MRPII）及企業(yè)資源管理（ERP）等。有條件的企業(yè)可開(kāi)展“網(wǎng)絡(luò)制造”，便于合作設(shè)計(jì)、合作制造，參與國(guó)內(nèi)和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。開(kāi)展“數(shù)控化”工程和“數(shù)字化”工程。自動(dòng)化儀表的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的測(cè)試技術(shù)、控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)

5、技術(shù)、通信技術(shù)進(jìn)一步融合，形成測(cè)量、控制、通信與計(jì)算機(jī)（M3C）結(jié)構(gòu)。在ASIC和PLD設(shè)計(jì)方面，向超高速、高密度、低功耗、低電壓方向發(fā)展。外設(shè)技術(shù)與EDA工程相結(jié)合的市場(chǎng)前景看好，如組合超大屏幕的相關(guān)連接，多屏幕技術(shù)也有所發(fā)展。在EDA軟件開(kāi)發(fā)方面，目前主要集中在美國(guó)。但各國(guó)也正在努力開(kāi)發(fā)相應(yīng)的工具。日本、韓國(guó)都有ASIC設(shè)計(jì)工具，但不對(duì)外開(kāi)放 。中國(guó)華大集成電路設(shè)計(jì)中心，也提供IC設(shè)計(jì)軟件，但性能不是很強(qiáng)。相信在不久的將來(lái)會(huì)有更多更好的設(shè)計(jì)工具有各地開(kāi)花并結(jié)果。據(jù)最新統(tǒng)計(jì)顯示，中國(guó)和印度正在成為電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展最快的兩個(gè)市場(chǎng)，年復(fù)合增長(zhǎng)率分別達(dá)到了50%和30%。ESDA技術(shù)的基本特

6、征 ESDA代表了當(dāng)今電子設(shè)計(jì)技術(shù)的最新發(fā)展方向，它的基本特征是：設(shè)計(jì)人員按照自頂 向下的設(shè)計(jì)方法，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和功能劃分，系統(tǒng)的關(guān)鍵電路用一片或幾片專用集成 電路（ASIC）實(shí)現(xiàn)，然后采用硬件描述語(yǔ)言（HDL）完成系統(tǒng)行為級(jí)設(shè)計(jì)，最后通過(guò)綜合器和適配 器生成最終的目標(biāo)器件。這樣的設(shè)計(jì)方法被稱為高層次的電子設(shè)計(jì)方法，具體流程還將在4.2節(jié)中 做深入介紹。下面介紹與ESDA基本特征有關(guān)的幾個(gè)概念。 自頂向下的設(shè)計(jì)方法 10年前，電子設(shè)計(jì)的基本思路還是選擇標(biāo)準(zhǔn)集成電路自底向上（Bottom-Up）地構(gòu) 造出一個(gè)新的系統(tǒng)，這樣的設(shè)計(jì)方法就如同一磚一瓦地建造金字塔，不僅效率低、成本高而且 還

7、容 易出錯(cuò)。 高層次設(shè)計(jì)給我們提供了一種自頂向下（Top-Down）的全新的設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì) 方法首先從系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手，在頂層進(jìn)行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在方框圖一級(jí)進(jìn)行仿真、糾 錯(cuò)，并用硬件描述語(yǔ)言對(duì)高層次的系統(tǒng)行為進(jìn)行描述，在系統(tǒng)一級(jí)進(jìn)行驗(yàn)證。然后用綜合優(yōu)化工具 生成具體門電路的網(wǎng)表，其對(duì)應(yīng)的物理實(shí)現(xiàn)級(jí)可以是印刷電路板或?qū)Ｓ眉呻娐?。由于設(shè)計(jì)的主要 仿真和調(diào)試過(guò)程是在高層次上完成的，這不僅有利于早期發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤，避免設(shè)計(jì)工作的 浪費(fèi)，而且也減少了邏輯功能仿真的工作量，提高了設(shè)計(jì)的一次成功率。 ASIC設(shè)計(jì) 現(xiàn)代電子產(chǎn)品的復(fù)雜度日益加深，一個(gè)電子系統(tǒng)可能由數(shù)萬(wàn)個(gè)中小規(guī)模集成電路構(gòu)

8、 成，這就帶來(lái)了體積大、功耗大、可靠性差的問(wèn)題，解決這一問(wèn)題的有效方法就是采用ASIC (Application Specific Integrated Circuits)芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。ASIC按照設(shè)計(jì)方法的不同可分為：全定制ASIC，半定制ASIC，可編程ASIC（也稱為可編程邏輯器件）。 設(shè)計(jì)全定制ASIC芯片時(shí)，設(shè)計(jì)師要定義芯片上所有晶體管的幾何圖形和工藝規(guī)則，最 后將設(shè)計(jì)結(jié)果交由IC廠家掩膜制造完成。優(yōu)點(diǎn)是：芯片可以獲得最優(yōu)的性能，即面積利用率高、速度快、功耗低。缺點(diǎn)是：開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，費(fèi)用高，只適合大批量產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。 半定制ASIC芯片的版圖設(shè)計(jì)方法有所不同，分為門陣列設(shè)計(jì)法和標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)

9、法，這 兩種方法都是約束性的設(shè)計(jì)方法，其主要目的就是簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，以犧牲芯片性能為代價(jià)來(lái)縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。 可編程邏輯芯片與上述掩膜ASIC的不同之處在于：設(shè)計(jì)人員完成版圖設(shè)計(jì)后，在實(shí)驗(yàn) 室內(nèi)就可以燒制出自己的芯片,無(wú)須IC廠家的參與，大大縮短了開(kāi)發(fā)周期。 可編程邏輯器件自七十年代以來(lái)，經(jīng)歷了PAL、GAL、CPLD、FPGA幾個(gè)發(fā)展階段，其中 CPLD/FPGA屬高密度可編程邏輯器件，目前集成度已高達(dá)200萬(wàn)門/片，它將掩膜ASIC集成度高的 優(yōu)點(diǎn)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)生產(chǎn)方便的特點(diǎn)結(jié)合在一起，特別適合于樣品研制或小批量產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，使產(chǎn)品能以最快的速度上市，而當(dāng)市場(chǎng)擴(kuò)大時(shí)，它可以很容易的轉(zhuǎn)由掩膜ASIC

10、實(shí)現(xiàn)，因此開(kāi)發(fā)風(fēng) 險(xiǎn)也大為降低。 EDA技術(shù)發(fā)展迅猛，完全可以用日新月異來(lái)描述。EDA技術(shù)的應(yīng)用廣泛，現(xiàn)在已涉及到各行各業(yè)。EDA水平不斷提高，設(shè)計(jì)工具趨于完美的地步。Proteus 軟件 是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA 工具軟件 （該軟件 中國(guó) 總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具( 仿真軟件 )，從原理圖布

11、圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種 編譯器 。其功能特點(diǎn)Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：（1）原理布圖（2）PCB自動(dòng)或人工布線（3）

12、SPICE電路仿真革命性的特點(diǎn)（1）互動(dòng)的電路仿真用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。（2）仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合 系統(tǒng)配置 的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境。第二部分 ：設(shè)計(jì)實(shí)踐報(bào)告1） 課題名稱 ：交通燈控制與顯示電路2） 內(nèi)容摘要 ：本設(shè)計(jì)為一個(gè)擁有特殊狀態(tài)控制及倒計(jì)時(shí)顯示的交通燈控制顯示系統(tǒng)，目前，全國(guó)大中城市普遍存在著道路擁

13、擠、車輛堵塞、交通秩序混亂的現(xiàn)象，交通事故頻發(fā)，這給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了極大的損失。城市交通控制系統(tǒng)（UTC ，Urban Traffic Control System）是現(xiàn)代城市智能交通系統(tǒng)（IDJ ，Intelligent transport system）的組成之一，主要用于城市道路交通的控制與管理。城市平交路口實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)控制是城市交通管理現(xiàn)代化的基本標(biāo)志之一，是提高交通管理效能的重要技術(shù)手段。路口信號(hào)控制器是控制交叉路口交通信號(hào)的設(shè)備，它是交通信號(hào)控制的重要組成部分。各種交通控制方案，最終都要由路口信號(hào)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了確保十字路口的行人和車輛順利、暢通地通過(guò),往往采用電子控制的

14、交通信號(hào)來(lái)進(jìn)行指揮。伴隨著社會(huì)的發(fā)展以及人類生活水平的提高,汽車的數(shù)量在不斷增加，EDA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大與深入，機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域的重要性日益突出。利用EDA技術(shù)設(shè)計(jì)交通燈來(lái)完成這個(gè)需求就顯的更加迫切，同樣也是非常的實(shí)用和合理。關(guān)鍵詞：LED燈、數(shù)碼管、555、74ls164、74ls1923） 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 ：通過(guò)分析可以知道，所要設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈控制電路要能夠適用于南北干道和東西干道的匯合點(diǎn)形成的十字交叉路口。能夠做到在綠燈跳變紅燈的過(guò)程中能夠用黃燈進(jìn)行過(guò)渡，使得行駛過(guò)程中的車輛有足夠的時(shí)間停下來(lái)。還要求設(shè)立一組計(jì)時(shí)顯示器

15、，能夠顯示相應(yīng)的紅、黃、綠倒計(jì)時(shí)具體要求如下：（1）將狀態(tài)信號(hào)譯碼為東西、南北方向6對(duì)交通燈的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)正常時(shí)序控制功能；（2）特殊狀態(tài)期間，東西、南北兩個(gè)方向的紅燈同時(shí)發(fā)亮，實(shí)現(xiàn)特殊狀態(tài)控制功能； （3）東西方向、南北方向的燈亮?xí)r間分別用數(shù)碼管顯示； （4）掌握十字路口交通燈控制的設(shè)計(jì)原理，進(jìn)一步對(duì)所學(xué)的EDA知識(shí)進(jìn)行掌握與實(shí)際應(yīng)用，熟悉電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）的相關(guān)技術(shù)、掌握計(jì)算機(jī)輔助電子線路設(shè)計(jì)的基本方法。（5）鍛煉自己獲取信息的能力，以及能夠獨(dú)立自主的思考和解決問(wèn)題的能力。4） 設(shè)計(jì)方案、系統(tǒng)框圖 ：系統(tǒng)采用純數(shù)電模電原理設(shè)計(jì)，采用分立元件組成。由8位移位寄存器74ls164構(gòu)成交

16、通燈核心控制電路及雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192構(gòu)成的顯示譯碼電路。東西南北各個(gè)方向的紅綠燈時(shí)間為30秒，黃燈時(shí)間為5秒，用七段數(shù)碼管配以譯碼驅(qū)動(dòng)電路完成顯示任務(wù)。時(shí)鐘由555時(shí)基芯片產(chǎn)生穩(wěn)定的5VTTL電平1Hz時(shí)鐘給顯示電路使用，1Hz時(shí)鐘經(jīng)74LS90五分頻后得到0.2Hz信號(hào)供給控制部分74ls164得到紅燈時(shí)間為30秒，黃燈為5秒。當(dāng)需要特殊狀態(tài)時(shí)，由控制開(kāi)關(guān)控制電路，使特殊狀態(tài)時(shí)所有方向?yàn)榧t燈顯示，同時(shí)倒計(jì)時(shí)顯示為零的特殊狀態(tài)顯示系統(tǒng)框圖如圖所示： LED顯示 掃描顯示譯碼模塊計(jì)時(shí)模塊 交通燈控制模塊時(shí)鐘分頻模塊 CLK5） 仿真電路設(shè)計(jì) ：仿真平臺(tái)采用proteus軟

17、件仿真圖如圖所示：PROTEL99se原理圖及PCB圖：6） 仿真調(diào)試過(guò)程及結(jié)果記錄 ：搭建電路如圖所示，多次調(diào)整相關(guān)參數(shù)后運(yùn)行后如圖所示：7） 相關(guān)元器件參考數(shù)據(jù)資料四2輸入與非門00 為四組 2 輸入端與非門（正邏輯），共有 54/7400、54/74H00、54/74S00、54/74LS00引出端符號(hào) 1A4A，1B4B 輸入端 1Y4Y 輸出端三3輸入與非門10 為三組3 輸入端與非門（正邏輯），共有54/7410、54/74H10、54/74S10、54/74LS10引出端符號(hào) 1A3A 輸入端1B3B 輸入端1C3C 輸入端1Y4Y 輸出端8 位移位寄存器（串行輸入，并行輸出）7

18、4LS164 當(dāng)清除端（CLEAR）為低電平時(shí)，輸出端（QAQH）均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。當(dāng)A、B 任意一個(gè)為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下Q0 為低電平。當(dāng)A、B 有一個(gè)為高電平，則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CLOCK 上升沿作用下決定Q0 的狀態(tài)74LS192為 可 預(yù) 置 的 十 進(jìn) 制 同 步 加 / 減 計(jì) 數(shù) 器 ， 共 有 54192/74192，54LS192/74LS192 兩種線路結(jié)構(gòu)形式。192 的清除端是異步的。192 的預(yù)置是異步的。192 的計(jì)數(shù)是同步的。引出端符號(hào) TC D 錯(cuò)位輸出端（低電平有效） TC

19、U 進(jìn)位輸出端（低電平有效） CPD 減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端（上升沿有效） CPU 加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端（上升沿有效） MR 異步清除端 P0P3 并行數(shù)據(jù)輸入端 PL 異步并行置入控制端（低電平有效） Q0Q3 輸出端555 定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器 556/7556。555 定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。四2輸入或門32 為四組 2 輸入端或門（正邏輯），共有 54/7432、54/74S32、54/74LS32 三種線路 結(jié)構(gòu)型式8） 寫出課程設(shè)計(jì)的收獲、體會(huì)和建議等 ：通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，我真的學(xué)會(huì)了好多，加深了對(duì)EDA的了解，熟悉了EDA工具，并進(jìn)一步熟練了對(duì)protel99se、proteus、multisim等軟件的操