EDA课程设计方案报告说明书交通灯控制与显示电路

EＤA课程设计报告指导老师：XＸX班级：０8电信（1）班姓名：XXＸ组成员：XXXXＸＸXXXXXXXXXXXXXＸXXＸXＸＸX报告名目EDＡ技术综述设计实践报告课题名称内容摘要设计内容及要求设计方案及框图仿真电路设计仿真调试过程及结果记录相关元器件参考数据资料设计的收获、体会和建议参考文献第一部分：EＤA技术综述随着微电子技术和计算机技术的不断进展，在涉及通信、国防、航天、工业自动化、仪器仪表等领域工作中，EＤＡ技术的含量以惊人的速度上升，从而使它成为当今电子技术进展的前沿之一。从目前的EＤA技术来看,其进展趋势是政府重视、使用普及、应用文泛、工具多样、软件功能强大.EＳDA代表了当今电子设计技术的最新进展方向,它的基本特征是：设计人员依据"自顶向下"的设计方法,对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路(ASIC）实现，然后采纳硬件描述语言（ＨＤL）完成系统行为级设计,最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件.这样的设计方法被称为高层次的电子设计方法.回顾近３0年电子设计技术的进展历程,可将EDA技术分为三个阶段。(１)七十年月为CAD阶段，这一阶段人们开头用计算机帮助进行IC版图编辑和ＰCB布局布线,取代了手工操作,产生了计算机帮助设计的概念。（2）八十年月为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,以实现工程设计,这就是计算机帮助工程的概念。CAＥ的主要功能是:原理图输入，规律仿真，电路分析,自动布局布线，ＰＣＢ后分析.（３）九十年月为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连接.基于以上不足，人们开头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。在信息通信领域，要优先进展高速宽带信息网、深亚微米集成电路、新型元器件、计算机及软件技术、第三代移动通信技术、信息管理、信息平安技术,乐观开拓以数字技术、网络技术为基础的新一代信息产品,进展新兴产业,培育新的经济增长点.要大力推动制造业信息化，乐观开展计算机帮助设计（ＣＡD）、计算机帮助工程（CAＥ)、计算机帮助工艺(CAＰP)、计算机机帮助制造（CAM）、产品数据管理(PDM)、制造资源计划（ＭRPIＩ）及企业资源管理(ERP)等。有条件的企业可开展“网络制造",便于合作设计、合作制造，参加国内和国际竞争.开展“数控化”工程和“数字化”工程。自动化仪表的技术进展趋势的测试技术、掌握技术与计算机技术、通信技术进一步融合，形成测量、掌握、通信与计算机(M3C)结构。在ＡSＩC和PLD设计方面，向超高速、高密度、低功耗、低电压方向进展。外设技术与ＥDＡ工程相结合的市场前景看好,如组合超大屏幕的相关连接，多屏幕技术也有所进展.在EＤA软件开发方面，目前主要集中在美国。但各国也正在努力开发相应的工具。日本、韩国都有ASIC设计工具，但不对外开放.中国华大集成电路设计中心，也供应IC设计软件,但性能不是很强。信任在不久的将来会有更多更好的设计工具有各地开花并结果。据最新统计显示,中国和印度正在成为电子设计自动化领域进展最快的两个市场，年复合增长率分别达到了50%和30％。ESDA技术的基本特征ＥSＤＡ代表了当今电子设计技术的最新进展方向，它的基本特征是:设计人员依据＂自顶向下"的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分,系统的关键电路用一片或几片专用集成电路(AＳIC）实现，然后采纳硬件描述语言（HＤL）完成系统行为级设计,最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件.这样的设计方法被称为高层次的电子设计方法,简略流程还将在４。2节中做深化介绍。下面介绍与ESDA基本特征有关的几个概念.＂自顶向下”的设计方法1０年前，电子设计的基本思路还是选择标准集成电路＂自底向上＂（Ｂoｔtｏm—Up)地构造出一个新的系统，这样的设计方法就如同一砖一瓦地建筑金字塔，不仅效率低、成本高而且还容易出错。高层次设计给我们供应了一种"自顶向下＂（Tｏp—Doｗｎ)的全新的设计方法,这种设计方法首先从系统设计入手,在顶层进行功能方框图的划分和结构设计.在方框图一级进行仿真、纠错，并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述,在系统一级进行验证。然后用综合优化工具生成简略门电路的网表,其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路.由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的,这不仅有利于早期发现结构设计上的错误,避开设计工作的浪费，而且也削减了规律功能仿真的工作量，提高了设计的一次成功率。ASIＣ设计现代电子产品的简洁度日益加深,一个电子系统可能由数万个中小规模集成电路构成，这就带来了体积大、功耗大、牢靠性差的问题,解决这一问题的有效方法就是采纳ASIC（AｐpｌicａtiｏnSｐecifｉcIｎｔeｇrａtｅdＣｉrcuｉtｓ）芯片进行设计。AＳＩC依据设计方法的不同可分为：全定制ＡSIC,半定制AＳＩＣ,可编程ＡSIC（也称为可编程规律器件)。设计全定制ＡSIC芯片时,设计师要定义芯片上全部晶体管的几何图形和工艺规章，最后将设计结果交由ＩＣ厂家掩膜制造完成。优点是：芯片可以获得最优的性能,即面积利用率高、速度快、功耗低。缺点是：开发周期长，费用高,只适合大批量产品开发。半定制ASＩＣ芯片的版图设计方法有所不同，分为门阵列设计法和标准单元设计法，这两种方法都是约束性的设计方法,其主要目的就是简化设计,以牺牲芯片性能为代价来缩短开发时间。可编程规律芯片与上述掩膜ASIC的不同之处在于:设计人员完成版图设计后，在实验室内就可以烧制出自己的芯片,无须IC厂家的参加，大大缩短了开发周期。可编程规律器件自七十年月以来，经历了ＰＡL、GAL、CＰLD、ＦPGA几个进展阶段,其中ＣPLＤ/FPGA属高密度可编程规律器件,目前集成度已高达20０万门／片，它将掩膜AＳIＣ集成度高的优点和可编程规律器件设计生产便利的特点结合在一起,格外适合于样品研制或小批量产品开发，使产品能以最快的速度上市，而当市场扩大时，它可以很容易的转由掩膜AＳIC实现，因此开发风险也大为降低。EDA技术进展迅猛，完全可以用日新月异来描述.EDA技术的应用广泛，现在已涉及到各行各业.ＥDA水平不断提高,设计工具趋于完善的地步.Proｔｅus软件是英国Labcenｔerelｅctｒoniｃs公司出版的EDＡ工具软件(该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）.它不仅具有其它ＥDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的老师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上闻名的EＤＡ工具(仿真软件),从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到ＰCＢ设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、ＰCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持８051、ＨＣ１1、ＰＩC１０／１2/1６/18/2４／3０／DsＰIＣ33、AＶR、ARM、8086和ＭSＰ４３0等,2010年即将增加Cｏrｔex和DSP系列处理器,并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面,它也支持ＩＡR、Kｅｉｌ和MPＬAＢ等多种编译器。其功能特点Ｐroｔeus软件具有其它EDＡ工具软件(例：ｍultｉsim）的功能。这些功能是：（1)原理布图(２）PCB自动或人工布线（３)SPＩCE电路仿真革命性的特点（１）互动的电路仿真用户甚至可以实时采纳诸如RAM,ROM，键盘,马达，LED,LＣD,ＡD/ＤA,部分SPI器件，部分IＩＣ器件。(2）仿真处理器及其外围电路可以仿真5１系列、AＶR、ＰＩC、ARＭ、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程,再协作显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。协作系统配置的虚拟规律分析仪、示波器等，Ｐroｔeus建立了完备的电子设计开发环境。其次部分:设计实践报告课题名称:交通灯掌握与显示电路内容摘要:本设计为一个拥有特殊状态掌握及倒计时显示的交通灯掌握显示系统，目前，全国大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象，交通事故频发,这给人民的生命财产平安带来了极大的损失.城市交通掌握系统（UＴＣ,UrbａnTraffiｃContｒolSｙｓteｍ）是现代城市智能交通系统（IDＪ,Intｅｌlｉｇentｔranｓpoｒtsysteｍ）的组成之一，主要用于城市道路交通的掌握与管理。城市平交路口实现交通信号掌握是城市交通管理现代化的基本标志之一，是提高交通管理效能的重要技术手段.路口信号掌握器是掌握交叉路口交通信号的设备，它是交通信号掌握的重要组成部分。各种交通掌握方案,最终都要由路口信号掌握器来实现.为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过，往往采纳电子掌握的交通信号来进行指挥。伴随着社会的进展以及人类生活水平的提高，汽车的数量在不断增加,EDＡ技术的进展和应用领域也在不断的扩大与深化，机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域的重要性日益突出。利用EDA技术设计交通灯来完成这个需求就显的更加迫切，同样也是格外的有用和合理。关键词:ＬEＤ灯、数码管、５５5、７４ls１64、７4ls１９2``设计内容及要求：通过分析可以知道，所要设计的交通信号灯掌握电路要能够适用于南北干道和东西干道的汇合点形成的十字交叉路口。能够做到在绿灯跳变红灯的过程中能够用黄灯进行过渡,使得行驶过程中的车辆有足够的时间停下来。还要求设立一组计时显示器，能够显示相应的红、黄、绿倒计时简略要求如下：（1)将状态信号译码为东西、南北方向6对交通灯的掌握信号，实现正常时序掌握功能；（2）特殊状态期间，东西、南北两个方向的红灯同时发亮,实现特殊状态掌握功能；(3)东西方向、南北方向的灯亮时间分别用数码管显示；（４）掌握十字路口交通灯掌握的设计原理,进一步对所学的EDA知识进行掌握与实际应用，熟识电子设计自动化（ＥDA)的相关技术、掌握计算机帮助电子线路设计的基本方法.（5）熬炼自己猎取信息的能力，以及能够独立自主的思考和解决问题的能力。设计方案、系统框图：系统采纳纯数电模电原理设计，采纳分立元件组成。由8位移位寄存器7４ls1６4构成交通灯核心掌握电路及双时钟方式的十进制可逆计数器7４LＳ１92构成的显示译码电路.东西南北各个方向的红绿灯时间为30秒，黄灯时间为5秒,用七段数码管配以译码驱动电路完成显示任务。时钟由5５5时基芯片产生稳定的5VＴTL电平1Hz时钟给显示电路使用，1Hｚ时钟经74ＬS90五分频后得到0．2Ｈz信号供应掌握部分74ls１6４得到红灯时间为3０秒,黄灯为5秒。当需要特殊状态时,由掌握开关掌握电路，使特殊状态时全部方向为红灯显示，同时倒计时显示为零的特殊状态显示系统框图如图所示：LED显示扫描显示译码模块计时模块交通灯控制模块时钟分频模块CLK仿真电路设计:仿真平台采纳pｒoteus软件仿真图如图所示:PROTEL99se原理图及ＰCB图：仿真调试过程及结果记录：搭建电路如图所示，多次调整相关参数后运行后如图所示：相关元器件参考数据资料四２输入与非门０0为四组2输入端与非门(正规律），共有54／7４００、5４/74H00、54/７4S0０、５4/７４ＬS00引出端符号1A－4A，1B－４B输入端1Y—４Y输出端三３输入与非门10为三组３输入端与非门（正规律)，共有54/7４1０、５４／７4H10、54／74Ｓ10、５4／74LＳ10引出端符号１Ａ－3Ａ输入端1B-3B输入端１C－3C输入端1Y—4Y输出端8位移位寄存器（串行输入，并行输出)7４ＬS１６4当清除端(CLEAR）为低电平常，输出端（ＱA－QH）均为低电平。串行数据输入端（A，B）可掌握数据.当A、B任意一个为低电平,则禁止新数据输入，在时钟端（ＣLOCK）脉冲上升沿作用下Q0为低电平。当Ａ、B有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLＯCK上升沿作用下决定Q0的状态74LS1９2为可预置的十进制同步加/减计数器,共有5４192/741９２,54LS１92／74LS19２两种线路结构形式。１92的清除端是异步的。192的预置是异步的。１9２的计数是同步的.引出端符号Ｔ＿_Ｃ＿Ｄ错位输出端（低电平有效)T__C_U进位输出端（低电平有效）CPD减计数时钟输入端（上升沿有效)CＰU加计数时钟输入端（上升沿有效）ＭR异步清除端Ｐ0~Ｐ３并行数据输入端P__L＿异步并行置入掌握端(低电平有效）Q0~Q3输出端５5５定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为5５5，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外,还有对应的双定时器55６/７556。55５定时器的电源电压范围宽，可在4．5V～１６V工作，75５５可在3～18V工作,输出驱动电流约为20０mA，因而其输出可与ＴTL、ＣＭＯＳ或者模拟电路电平兼容。四2输入或门32为四组2输入端或门（正规律)，共有５４／7４３２、5４／74S３2、54/74LS３2三种线路结构型式写出课程设计的收获、体会和建议等:通过这次的课程设计，我真的学会了好多，加深了对EDA的了解，熟识了EDA工具,并进一步娴熟了对ｐｒｏtel99se、proteｕｓ、ｍｕｌtiｓim等软件的操作.在做本次课程设计