自动交通控制系统算法设计.pptVIP

3.1.1 数字系统的基本结构 所谓数字系统，系具有存储、传输、处理数字信息功能的逻辑子系统的集合物。 数字系统的设计，涉及机、光、电、化学、经济学等学科各类工程技术问题，但从本质上看，其核心问题仍是逻辑设计问题。 数字系统基本结构 3.1.2 数字系统的设计方法 3.1.3 数字系统设计的一般过程 数字系统设计 采用自顶向下的设计方法，具体分三步进行： 第一步：根据系统的总体功能要求，进行系统级设计； 第二步：按照一定标准将整个系统划分成若干个子系统，进行逻辑级设计； 第三步：将各个子系统划分为若干功能模块，针对各模块进行 逻辑电路级设计。 应注意两点： 1）子系统的划分要合理，数目要适当。子系统划分的太少，会失去模块化设计的优点；划分的太多，则系统之间的连接过于复杂，容易出错。对系统进行逻辑划分可按数字系统设计准则中的分割准则进行。 2）子系统的首要任务是正确划分功能模块。也就是说，如何将其正确地划分为控制器和数据处理器模块。子系统设计的主要任务是控制器 模块的设计。 ◇系统级设计的过程是： 1）确定系统的逻辑功能 逻辑功能的确定是设计的首要任务，即根据用户要求，对设计任务作透彻的分析和了解，确定系统的整体功能及其输入信号、输出信号、控制信号和控制信号与输入、输出信息之间的关系等。 2）描述系统功能，设计算法 描述系统功能 就是用符号、图形、文字、表达式等形式来正确描述系统应具有的逻辑功能和应达到的技术指标；设计算法 就是寻求一个实现系统逻辑功能的方案。它实质上是把系统要实现的复杂运算分解成一组有序进行的子运算。描述算法的工具有：算法流程图、ASM图、MDS图等。 ◇逻辑级设计的过程是： 1）根据算法选择电路结构 系统算法决定电路结构。虽然不同的算法可以实现相同的系统功能，但是电路结构是不同的；相同的算法也可能对应不同的电路结构。 2）选择器件并实现电路 根据设计、生产条件，选择适当的器件来实现电路，并导出详细的逻辑电路图。在此之后将是工程设计阶段，它包括印刷电路板的设计、接插件的选择及形成整机的工艺文件等。逻辑级设计所提供的逻辑图应充分包含全部工程设计所需要的信息。 3.1.4 数字系统的设计准则 (1)分割后最底层的逻辑块应适合用逻辑语言进行表达。如果利用逻辑图作最底层模块输入方法，需要分解到门，触发器和宏模块一级；用HDL行为描述语言则可以分解到算法一级。 (2)考虑共享模块。在设计中，往往会出现一些功能相似的逻辑模块，相似的功能应该设计成共享的基本模块，象子程序一样由高层逻辑块调用。这样可以减少需要设计的模块数目、改善设计的结构化特性。 (3)接口信号线最少。复杂的接口信号容易引起设计错误，并且给布线带来困难。以交互信号最少的地方为边界划分模块，用最少的信号线进行信号和数据的交换为最佳的方法。 (4)结构均称。同层次的模块之间，在资源和I／O分配上，不出现悬殊的差异，没有明显的结构和性能上的瓶颈。 (5)通用性好，易于移植。模块的划分和设计应满足通用性要求，模块设计应考虑移植的问题。一个好的设计模型块应该可以在其它设计中使用，并且容易升级和移植；另外，在设计中应尽可能避免使用与器件有关的特性，保证设计可以在不同的器件(CPLD或FPGA)上实现，即设计具有可移植性。 3.2 数字系统的描述方法 算法状态机图（ASM图） 助记状态图（MDS图） 3.2 数字系统的描述方法 3.2.1 算法状态机图（ASM图） ASM图（Algorithmic State Machine Chart）是硬件算法的符号表示方法，可以方便地表示数字系统的时序操作。ASM图不同于算法流程图：算法流程图是一种事件驱动 的流程图；而ASM图 是一种时钟驱动 的流程图。ASM图不仅可以用来描述控制器的控制过程（即控制器的状态转换、转换条件以及控制器的输出等），还指明了在被控制的数据处理器中应该实现的操作。在这个意义上，ASM图定义了整个数字系统。 举例：自动交通控制系统 设计任务 ： 在一个具有主、支干道的十字路口，设计一个交通灯自动控制装置。设计要求 ： （1）当主干道与支干道均无车辆要求通行时，主干道应保持畅通，亮绿灯，支干道亮红灯。 （2）如果主干道无车，支干道有车，则允许支干道通行，主干道亮红灯，支干道亮绿灯。 （3）如果主干道和支干道均有车要求通行，则两者应交替通行，并要求主干道每次通行30秒，支干道每次通行20秒。 （4）每次绿灯变红灯时，黄灯应先亮5秒钟。 数字系统基本结构 3.3.1 一般有限状态机设计 3.3.2 状态编码 3.3.2 状态