EDA课程设计报告-交通灯控制与显示电路

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1、EDA课程设计报告指导教师: XXX班 级 ： 08电信（1）班姓 名 ： XXX组 成 员 ： XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX报告目录1、 EDA技术综述2、 设计实践报告1） 课题名称2） 内容摘要3） 设计内容及要求4） 设计方案及框图5） 仿真电路设计6） 仿真调试过程及结果记录7） 相关元器件参考数据资料8） 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发展，在涉及通信、国防、航天、工业自动化、仪器仪表等领域工作中，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发展的前沿之一。从目前的EDA技术来看，其发展趋

2、势是政府重视、使用普及、使用文泛、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发展方向，它的基本特征是：设计人员按照自顶 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，然后采用硬件描述语言（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年电子设计技术的发展历程，可将EDA技术分为三个阶段。 (1) 七十年代为CAD阶段，这一阶段人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑和PCB布局布 线，取代了手工操作，产生了计算机辅助设计的概念。 (2)八十年

3、代为CAE阶段，和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。 (3)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。 在

4、信息通信领域，要优先发展高速宽带信息网、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、信息安全技术，积极开拓以数字技术、网络技术为基础的新一代信息产品，发展新兴产业，培育新的经济增长点。要大力推进制造业信息化，积极开展计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助工艺（CAPP）、计算机机辅助制造（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，参和国内和国际竞争。开展“数控化”工程和“数字化”工程。自动化仪表的技术发展趋势的测试技术、控制技术和计算机

5、技术、通信技术进一步融合，形成测量、控制、通信和计算机（M3C）结构。在ASIC和PLD设计方面，向超高速、高密度、低功耗、低电压方向发展。外设技术和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，多屏幕技术也有所发展。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，也提供IC设计软件，但性能不是很强。相信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发展最快的两个市场，年复合增长率分别达到了50%和30%。ESDA技术的基本特

6、征 ESDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向，它的基本特征是：设计人员按照自顶 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，然后采用硬件描述语言（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，具体流程还将在4.2节中 做深入介绍。下面介绍和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造金字塔，不仅效率低、成本高而且 还

7、容 易出错。 高层次设计给我们提供了一种自顶向下（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 生成具体门电路的网表，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，避免设计工作的 浪费，而且也减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计的一次成功率。 ASIC设计 现代电子产品的复杂度日益加深，一个电子系统可能由数万个中小规模集成电路构

8、 成，这就带来了体积大、功耗大、可靠性差的问题，解决这一问题的有效方法就是采用ASIC (Application Specific Integrated Circuits)芯片进行设计。ASIC按照设计方法的不同可分为：全定制ASIC，半定制ASIC，可编程ASIC（也称为可编程逻辑器件）。 设计全定制ASIC芯片时，设计师要定义芯片上所有晶体管的几何图形和工艺规则，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

9、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。 可编程逻辑芯片和上述掩膜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厂家的参和，大大缩短了开发周期。 可编程逻辑器件自七十年代以来，经历了PAL、GAL、CPLD、FPGA几个发展阶段，其中 CPLD/FPGA属高密度可编程逻辑器件，目前集成度已高达200万门/片，它将掩膜ASIC集成度高的 优点和可编程逻辑器件设计生产方便的特点结合在一起，特别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

10、实现，因此开发风 险也大为降低。 EDA技术发展迅猛，完全可以用日新月异来描述。EDA技术的使用广泛，现在已涉及到各行各业。EDA水平不断提高，设计工具趋于完美的地步。Proteus 软件 是英国Labcenter electronics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、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发使用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具( 仿真软件 )，从原理图布

11、图、代码调试到单片机和外围电路协同仿真，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）

12、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用诸如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，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合 系统配置 的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。第二部分 ：设计实践报告1） 课题名称 ：交通灯控制和显示电路2） 内容摘要 ：本设计为一个拥有特殊状态控制及倒计时显示的交通灯控制显示系统，目前，全国大中城市普遍存在着道路拥

13、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安全带来了极大的损失。城市交通控制系统（UTC ，Urban Traffic Control System）是现代城市智能交通系统（IDJ ，Intelligent transport system）的组成之一，主要用于城市道路交通的控制和管理。城市平交路口实现交通信号控制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。路口信号控制器是控制交叉路口交通信号的设备，它是交通信号控制的重要组成部分。各种交通控制方案，最终都要由路口信号控制器来实现。为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过,往往采用电子控制的

14、交通信号来进行指挥。伴随着社会的发展以及人类生活水平的提高,汽车的数量在不断增加，EDA技术的发展和使用领域也在不断的扩大和深入，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，同样也是非常的实用和合理。关键词：LED灯、数码管、555、74ls164、74ls1923） 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控制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

15、，能够显示相应的红、黄、绿倒计时具体要求如下：（1）将状态信号译码为东西、南北方向6对交通灯的控制信号，实现正常时序控制功能；（2）特殊状态期间，东西、南北两个方向的红灯同时发亮，实现特殊状态控制功能； （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控制的设计原理，进一步对所学的EDA知识进行掌握和实际使用，熟悉电子设计自动化（EDA）的相关技术、掌握计算机辅助电子线路设计的基本方法。（5）锻炼自己获取信息的能力，以及能够独立自主的思考和解决问题的能力。4） 设计方案、系统框图 ：系统采用纯数电模电原理设计，采用分立元件组成。由8位移位寄存器74ls164构成交通灯核心控制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信号供给控制部分74ls164得到红灯时间为30秒，黄灯为5秒。当需要特殊状态时，由控制开关控制电路，使特殊状态时所有方向为红灯显示，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 CLK5） 仿真电路设计 ：仿真平台采用proteu