交通灯控制器的设计
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苏 州 市 职 业 大 学 课程设计说明书 名称 交通灯控制器的设计
2012年6月 4日至 2012年6月8日共1周
院 系 电子信息工程系 班 级 10电子5 姓 名 学 号
系 主 任 张红兵 教研室主任 陆春妹 指导教师 王婷婷 目录 第1章 绪论 ................................... 3 1.1 EDA技术的发展历程............................................................................................. 3 1.2 EDA技术的应用 ................................................................................................... 4 1.3 EDA 技术的设计方法 ........................................................................................... 4 1.4 EDA数字系统设计 ............................................................................................... 5 第2章 设计要求 ............................... 6
2.1 设计基本要求 ..................................................................................................... 6 2.2 电路工作原理 ..................................................................................................... 6 第3章 系统的设计 ............................. 8
3.1 设计要求 ............................................................................................................ 8 3.2 设计思路 ............................................................................................................ 8 3.3 设计流程图 ......................................................................................................... 9 3.4 系统结构图 ......................................................................................................... 9 3.5 系统程序 .......................................................................................................... 10 3.6 仿真与调试结果 ................................................................................................ 14 第4章 心得体会 .............................. 16 第1章 绪论 1.1 EDA技术的发展历程 回顾近30年电子设计技术的发展历程，可将EDA技术分为三个阶段。 1. 20世纪70年代的计算机辅助设计阶段 早期的电子系统硬件设计采用分立元件。随着集成电路的出现和应用，硬件设计进入到大量选用中小规模标准集成电路阶段。人们将这些器件焊在电路板上，做成初级的电子系统。对电子系统的调试是在组装好的印刷电路板上，做成初级的电子系统。对电子系统的调试是在组装好的印刷电路板上进行的。
由于传统的手工布图方法无法满足产品复杂性的要求，更不能满足工作效率的要求，因而人们开始将产品设计过程中具有高度代表性的繁杂劳动（如布图线工作）用二维图形编辑与分析CAD工具替代，其中最具代表性的产品就是美国ACCEL公司开发的Tango 布线软件。PCB布图布线工具受到计算机平台的制约，因此其支持的设计工作有限，且性能比较差。
2. 20世纪80年代的计算机辅助工程设计阶段 八十年代为CAE阶段，与CAD相比，除了纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计，这就是计算机辅助工程的概念。CAE的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB后分析。
伴随着计算机和集成电路的发展，EDA技术进入到计算机辅助工程设计阶段。20世纪80年代初推出的EDA工具以逻辑模拟、定时分析、故障仿真、自动布局和布线为核心，重点解决电路设计完成之前的功能检测问题。利用这些工具，设计师能在产品制作之前预知产品的功能与性能，能生成产品制造文件
3. 20世纪90年代电子系统设计自动化（EDA）阶段 九十年代为ESDA阶段，尽管CAD/CAE技术取得了巨大的成功，但并没有把人从繁重的设计工作中彻底解放出来。在整个设计过程中，自动化和智能化程度还不高，各种EDA软件界面千差万别，学习使用困难，并且互不兼容，直接影响到设计环节间的衔接。基于以上不足，人们开始追求：贯彻整个设计过程的自动化，这就是ESDA即电子系统设计自动化。
1.2 EDA技术的应用 EDA技术在科学、教研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。在教学方面，几乎所有理工科院校的电子信息类专业都开设了EDA课程，主要母的是让学生了解EDA的基本知识概念和基本原理，掌握用HDL语言编写规范的程序，掌握逻辑综合的理论和算法，使用EDA工具进行电子电路课程的实验并进行简单系统的设计，为今后工作打下基础。
在科研方面，主要利用电路仿真工具进行电路设计与仿真，利用虚拟仪器进行产品测试，将CPLD/FPGA器件实际应用到仪器设备中，从事PCB设计和ASIC设计等。
在设计与制造方面，EDA技术应用于仿真、生产、测试等各个环节，如PCB的制作、电子设备的研制与生产、电路板的焊接、运用FPGA/CPLD进行数字系统的设计与制作、ASIC的流片过程，等等。
EDA技术已经应用于各行各业，在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域都有EDA技术的应用。另外，EDA软件的功能也日益强大。
1.3 EDA 技术的设计方法 由自顶向下的设计方法其主要步骤是：根据系统对硬件的要求详细编制技术规格书，画出系统控制流程图，对系统的功能进程细化，合理地划分功能模块，并画出系统功能框图；进行各功能模块的细化和电路设计；各功能模块设计、调试完成后，将各功能模块的硬件电路接起来再进行系统调试，最后完成整个系统的硬件设计。
EDA技术采用现代的设计方法——自顶向下的设计方法。这种设计方法综合运用各方面的知识，设计者必须从系统的角度来分析每个设计，同时还要对数字电路结构、EDA工具、微电子等有关知识有比较全面的了解，这样才能发挥自顶向下设计的优势，提高电路设计的质量和效率。在进行自顶向下设计时，仿真和综合只是系统实现的手段，要成功完成一个复杂系统的设计，不仅要熟练使用先进的高层次设计工具，还要对系统本身有正确的理解。
采用自顶向下技术进行设计可分为三个主要阶段：系统设计、系统的综合优化和系统实现，各个阶段之间并没有绝对的界限。
1.4 EDA数字系统设计 分析方法 传统的电路设计方法都是自底向上进行设计的，也就是首先确定可用的元器件，然后根据这些器件进行逻辑设计，完成各模块后进行连接，最后形成系统。 在基于EDA技术的系统设计的最重要环节——在系统的基本功能或行为级上对设计的产品进行描述和定义时，我们采用自顶向下分析，自底向上设计的方法。所谓“自顶向下分析”，就是指将数字系统的整体逐步分解为各个子系统和模块，若子系统规模较大，则还需将子系统进一步分解为更小的子系统和模块，层层分解，直至整个系统中各子系统关系合理，并便于逻辑电路级的设计和实现为止。 实现方法 1．硬件描述语言编程实现法 2．原理图设计实现法 3．参数可设置兆功能块实现法 4．软的或硬的IP核实现法 第2章 设计要求 2.1 设计基本要求 1）设计一个十字路口的交通灯控制器，能显示十字路口东西、南北、南北左转三个方向的红、黄、绿灯的指示状态。用三组红、黄、绿三种颜色的灯分别作为东西、南北、南北左转三个方向的红、黄、绿灯。变化规律为： 南北绿灯亮，南北左转红灯亮 ，东西红灯亮 南北黄灯亮，南北左转红灯亮 ，东西红灯亮 南北红灯亮，南北左转绿灯亮 ，东西红灯亮 南北红灯亮，南北左转黄灯亮 ，东西红灯亮 南北红灯亮，南北左转红灯亮 ，东西绿灯亮 南北红灯亮，南北左转红灯亮 ，东西黄灯亮 南北绿灯亮，南北左转红灯亮 ，东西红灯亮这样依次循环。 2）南北方向是主干车道，东西方向是支干车道，要求两条交叉道路上的车辆交替运行，主干车道每次通行时间为35秒，主干转弯车道每次通行时间为20秒，支干车道每次通行的时间为25秒，时间可设置修改。 3）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。 4）要求交通控制器有复位功能，在复位信号使能的情况下能够实现交通灯的自动复位，并且要求所有交通灯的状态变化，包括复位信号引起的均发生在时钟脉冲的上升沿。 5)显示器倒计时显示时间。 2.2 电路工作原理 根据交通灯系统设计要求，可以用一个有限的状态机来实现这个交通灯控制器。根据功能要求，明确两组交通灯的状态，这两组交通灯总共有四种状态，分别可用st0,st1,st2,st3不表示： st0表示主干路绿灯亮，支干路红灯亮； st1表示主干路黄灯亮，支干路红灯亮； st2表示主干路红灯亮，支干路绿灯亮； st3表示主干路红灯亮，支干路黄灯亮；
