交通路口復雜交通信號燈的設(shè)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(shè)計22.1需求規(guī)定22.2運行環(huán)境22.3基本設(shè)計概念和處理流程32.4結(jié)構(gòu)32.5功能器求與程序的關(guān)系32.6人工處理過程32.7尚未問決的問題33接口設(shè)計33.1用戶接口33.2外部接口33.3內(nèi)部接口44運行設(shè)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(gòu)設(shè)計45.1邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計要點45.2物理結(jié)構(gòu)設(shè)計要點45.3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與程序的關(guān)系46系統(tǒng)出錯處理設(shè)計56.1出錯信息56.2補救措施56.3系統(tǒng)維護設(shè)計5概要設(shè)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(shè)計b.任務提出者，開發(fā)者：陳磊用戶：交通指揮系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境：使用verilog hdl語言進行設(shè)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(shè)計與應用2總體設(shè)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(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(shè)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(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明各項功能需求的實現(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

4、一個穩(wěn)定的時鐘源3接口設(shè)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(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運行設(shè)計4.1運行模塊組合order=0時，road=100，調(diào)用模塊timer25，紅燈亮order=1時，road=010，調(diào)用模塊timer5，黃燈亮order=2時，road=001，調(diào)用模塊timer25，綠燈亮order=3時，road=010，調(diào)用模塊timer5，黃燈亮4.2運行控

6、制order=0時，road=100，調(diào)用模塊timer25，紅燈亮order=1時，road=010，調(diào)用模塊timer5，黃燈亮order=2時，road=001，調(diào)用模塊timer25，綠燈亮order=3時，road=010，調(diào)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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計5.1邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)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(gòu)設(shè)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)

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)出錯處理設(shè)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(shè)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(shè)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(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(shè)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(shè)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，

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(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?4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。3.2對性能的規(guī)定3.2.1精度根據(jù)變量

10、order的值，即可使相應的燈變亮，不會出現(xiàn)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(jù)設(shè)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(shè)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(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(shè)定，使下一盞燈變亮。4運行環(huán)境規(guī)定4.1設(shè)備a 處

12、理器型號為8086，內(nèi)存容量100mbb 外存容量100mb、聯(lián)機方式、存儲格式為二進制文件、設(shè)備的型號為acex1k；c 輸入及輸出設(shè)備的型號為acex1k，聯(lián)機方式；d 數(shù)據(jù)通信設(shè)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 9.0 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，所以控制信號即為order。order的值由計算機自動進行變換。詳細設(shè)計說明書2所設(shè)計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)23模塊1（標識符）設(shè)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(shè)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(shè)計說明4詳細設(shè)計說明書2所設(shè)計系統(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（標識符）設(shè)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(shè)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(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(shè)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(shè)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(shè)計總結(jié)報告（gb856788）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

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(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(guān)，錯誤發(fā)生率為零。3.3對技術(shù)方法的評價本例中使用的是結(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