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(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 人工處理過程 32.7 尚未問決的問題 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

2、 5計(jì)56.3 系 統(tǒng) 維 護(hù) 設(shè)概要設(shè)計(jì)說明書1 引言1.1 編寫目的創(chuàng)建一個(gè)可供日常交通燈使用的程序，目標(biāo)讀者為交通燈控制人員。1.2 背景說明：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 語言進(jìn)行設(shè)計(jì) 使用 Quartus 2 編程環(huán)境進(jìn)行開發(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)

3、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； 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2.4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(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(yīng)的燈變亮2.7尚未問決的問題創(chuàng)建一個(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，貝卩黃燈亮；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: 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(yùn)行設(shè)計(jì)4.1 運(yùn)行模塊組合ORDER=0

6、時(shí)，ROAD=100 ，調(diào)用模塊TIMER25ORDER=1時(shí)，ROAD=010 ，調(diào)用模塊TIMER5ORDER=2時(shí)，ROAD=001 ，調(diào)用模塊TIMER25ORDER=3時(shí)，ROAD=010 ，調(diào)用模塊TIMER5，紅燈亮 黃燈亮，綠燈亮 黃燈亮4.2 運(yùn)行控制ORDER=0時(shí)，ROAD=100 ，調(diào)用模塊TIMER25ORDER=1時(shí)，ROAD=010 ，調(diào)用模塊TIMER5ORDER=2時(shí)，ROAD=001 ，調(diào)用模塊TIMER25ORDER=3時(shí)，ROAD=010 ，調(diào)用模塊TIMER5，紅燈亮 黃燈亮，綠燈亮 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

7、.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)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)開始運(yùn)行時(shí) RST！ =0，即系統(tǒng)沒有復(fù)位，即開始運(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

8、時(shí)程序會(huì)工 作不正常，使延時(shí)時(shí)間延長或縮短。6.2 補(bǔ)救措施故障 1：使 RST 初始時(shí)為 0，過一段時(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)開始運(yùn)行時(shí) RST！ =0，即系統(tǒng)沒有復(fù)位，即開始運(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)間延長或縮短。設(shè)計(jì)需求說明書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

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(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 控需求分析說明書的編寫提示2 任務(wù)概述2.1 目標(biāo)該項(xiàng)目開發(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 用來控制各種交通燈的運(yùn)行，可以作用在各種類型的交通燈上。該項(xiàng)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(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

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(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?24 小時(shí)全天候運(yùn)行類型的。2.3 假定和約束預(yù)期開發(fā)期限： 10 周。經(jīng)費(fèi)限制：不需要經(jīng)費(fèi)。order=00紅燈亮order=01黃燈亮order=10綠燈亮order=11黃燈亮3.2 對(duì)性能的規(guī)定3.2.1 精度根據(jù)變量 ORDER 的值，即可使相應(yīng)的燈變亮，不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。3.2

11、.2 時(shí)間特性要求說明對(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，無延遲。d 解題時(shí)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(yùn)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(shí)限的變化：沒有影響e 計(jì)劃的變化或改進(jìn)：沒有影響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 11。CLK： 時(shí)鐘源信號(hào)

12、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)開始運(yùn)行時(shí) RST！ =0，即系統(tǒng)沒有復(fù)位，即開始運(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)間延長或縮短。3.6 其他專門要求要有一個(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.

13、1 設(shè)備a 處理器型號(hào)為 8086，內(nèi)存容量 100MBACEX1K ；b 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(hào)即為ORDER的值由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行變換。詳細(xì)設(shè)計(jì)說明書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

14、程邏輯33.8 接口 33.9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尚未解決的問題44模塊2標(biāo)識(shí)符）設(shè)計(jì)說明 4詳細(xì)設(shè)計(jì)說明書2所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3 模塊 1< 標(biāo)識(shí)符）設(shè)計(jì)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(dòng)，各項(xiàng)復(fù)位 2紅燈亮，延時(shí) 25 秒 3黃燈亮，延時(shí)

15、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3.3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=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(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 Quartus II 9.0 中運(yùn)行該程序，因?yàn)槌绦蛑?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(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)說明TIMER5 模塊：用來完成延時(shí) 5 秒的功能。TIMER25 模塊：用來完成延時(shí) 25 秒的功能。 CONTROLLER 模塊：用來控制交通燈的運(yùn)行。項(xiàng)目設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告 <GB8567 88）2實(shí)際開發(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 交通燈控制程序 各程序之間的關(guān)系如下圖所示

18、：2.2Y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)''3. 黃燈亮，延時(shí)rst 54. 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)到了原先的開發(fā)目的。匕S2-I各模塊間運(yùn)行順序如下圖所示：YELLOWS1REDEn 25En5Lin 252.3基本流程基本關(guān)系如下圖:流程圖如下：Lin25SOYELLOWS3GREENEn 25En 25Lin25S2YELLOWEn5輸入ORDER2.4進(jìn)度進(jìn)度基本與預(yù)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(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)用沒有超過預(yù)期。3 開發(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)生出過出錯(cuò)現(xiàn)象，這也可能與使用時(shí)間過短有關(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。我們只要寫好模塊 的定義，使用時(shí)只需寫出這個(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整