Sistema de Acceso de Vehculos a una Zona Peatonal

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Sistema de Acceso de Vehículos a una Zona Peatonal

• Agustín López Quirós
• Marcos Herrero Álvarez

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Índice

• Introducción
• Objetivos
• Especificaciones
• Descripción de la aplicación
• Análisis previo
• Diseño del sistema digital
• Descripción
• Simulación funcional
• Compilación e implementación
• Simulación temporal
• Conclusiones y líneas futuras

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Introducción

• En esta presentación se describe el diseño de un
  sistema digital que se encargará del acceso de
  vehículos a una zona peatonal.

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Índice

• Introducción
• Objetivos
• Especificaciones
• Descripción de la aplicación
• Análisis previo
• Diseño del sistema digital
• Descripción
• Simulación funcional
• Compilación e implementación
• Simulación temporal
• Conclusiones y líneas futuras

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Objetivos

• Conseguir implementar un sistema de acceso
  eficiente a una zona peatonal.
• Realizar una elección acertada sobre el PLD más
  adecuado para nuestra aplicación.
• Aprender el uso básico de la herramienta
  Foundation ISE.

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Índice

• Introducción
• Objetivos
• Especificaciones
• Descripción de la aplicación
• Análisis previo
• Diseño del sistema digital
• Descripción
• Simulación funcional
• Compilación e implementación
• Simulación temporal
• Conclusiones y líneas futuras

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Especificaciones (I)

• Nuestro sistema digital de control de acceso a
  una zona peatonal presenta las siguientes
  características y periféricos
• Controla la entrada y salida de vehículos a la
  zona peatonal.
• Distingue entre dos tipos de usuarios
• Usuarios temporales aquellos que sólo acceden a
  la zona peatonal para carga y descarga de
  mercancías. Tendrán un tiempo máximo de
  permanencia en su interior, siendo sancionados
  económicamente si se exceden.
• Usuarios permanentes aquellos residentes con
  garaje en la zona. Podrán entrar y salir cuando
  lo deseen.

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Especificaciones (II)

• Tiene dos lectores de tarjetas que se encargan
  de
• Distinguir el tipo de usuario, mediante la
  lectura de una tarjeta individualizada.
• Comprobar si hay que poner sanción, y si es así,
  aportan a nuestro sistema información sobre el
  tiempo excedido.
• Calcula el coste de la multa cuando un usuario
  temporal se ha sobrepasado en su estancia.
• Posee dos visualizadores, uno a la entrada y otro
  a la salida, en los que se mostrarán los mensajes
  convenientes a los usuarios.
• El número de usuarios temporales en la zona
  peatonal estará restringido a un máximo de 15
  cargas o descargas simultáneas.

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Especificaciones (III)

• Cuenta con dos sensores de paso para controlar si
  los vehículos han entrado/salido o todavía lo
  están haciendo.
• El sistema dispone de un pivote central que
  permite el paso o no a los vehículos.
• Posee un expendedor de tickets (para la multa),
  un dispositivo para el cobro del importe y para
  la entrega de la devolución si la hubiese y,
  finalmente, un configurador de precio.

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Índice

• Introducción
• Objetivos
• Especificaciones
• Descripción de la aplicación
• Análisis previo
• Diseño del sistema digital
• Descripción
• Simulación funcional
• Compilación e implementación
• Simulación temporal
• Conclusiones y líneas futuras

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Descripción de la aplicación (I)

• Esquema del sistema

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Descripción de la aplicación (II)

• Mensajes mostrados en los visualizadores
• A la entrada
• mensaje(0) Tarjeta de entrada incorrecta
• mensaje(1) La ocupación de descarga está
  completa
• A la salida
• mensaje(2) Ha sido sancionado con una multa por
  haber sobrepasado el tiempo máximo. Abone el
  importe y retire su ticket
• mensaje(3) Importe insuficiente
• mensaje(4) Tarjeta de salida incorrecta

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Descripción de la aplicación (III)

• Organigrama

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Índice

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• Objetivos
• Especificaciones
• Descripción de la aplicación
• Análisis previo
• Diseño del sistema digital
• Descripción
• Simulación funcional
• Compilación e implementación
• Simulación temporal
• Conclusiones y líneas futuras

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Análisis previo

• Esta aplicación tiene una complejidad media o
  baja, por lo que necesita los siguientes
  circuitos
• Un Sistema Secuencial Síncrono de control
  principal.
• Un contador de 4 bits que limita el número de
  usuarios temporales.
• Un multiplicador para calcular la multa.
• Un temporizador para la espera de introducción de
  monedas.
• Dado que no es un circuito demasiado complejo,
  parece que un PLD es el Circuito Digital
  Configurable más adecuado para su implementación.

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Índice

• Introducción
• Objetivos
• Especificaciones
• Descripción de la aplicación
• Análisis previo
• Diseño del sistema digital
• Descripción
• Simulación funcional
• Compilación e implementación
• Simulación temporal
• Conclusiones y líneas futuras

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Descripción de la unidad operativa (I)

• Descripción en VHDL del contador de 4 bits que
  utilizamos para contar los usuarios temporales.
• Descripción en VHDL del multiplicador que
  utilizamos para calcular el importe de la multa.
• Descripción en VHDL del temporizador que
  utilizamos para la espera de introducción de
  monedas.

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Descripción de la unidad operativa (II)
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Simulación funcional (I)

• Unidad operativa
• Para acortar la duración de algunas simulaciones
  se han cambiado los ficheros .vhd. Considerado
  completo 2 y fin de temporización con temp 4.

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Simulación funcional (II)

• Unidad operativa multiplicador

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Simulación funcional (III)

• Unidad operativa contador

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Simulación funcional (IV)

• Unidad operativa temporizador

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Descripción de la unidad de control

• La descripción de la UC ha sido realizada de
  manera gráfica (grafo de estados) con una
  herramienta de Xilinx, el StateCad.
• Descripción en VHDL de la unidad de control del
  sistema.

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Simulación funcional

• Unidad de control

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Descripción del sistema completo
26
Simulación funcional (I)

• Sistema completo (1ª Parte)

27
Simulación funcional (II)

• Sistema completo (2ª Parte)

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Descripción y Simulación funcional

• Decodificador
• Descripción en VHDL
• Simulación funcional

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• Objetivos
• Especificaciones
• Descripción de la aplicación
• Análisis previo
• Diseño del sistema digital
• Descripción
• Simulación funcional
• Compilación e implementación
• Simulación temporal
• Conclusiones y líneas futuras

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Estimación de los recursos lógicos (I)

• 43 Biestables
• Unidad de control (15 estados) 4 biestables
• Contador de accesos temporales (máximo 15
  usuarios) 4 biestables
• Multiplicador para el cálculo de la multa 24
  biestables
• 12 biestables para el producto (salida)
• 12 para los dos multiplicandos (dos entradas de 6
  bits)
• 1 más para la memorización del producto
• Seguro que necesitará más debido a
  realimentaciones
• Temporizador para la espera en la introducción de
  monedas 10 biestables
• 8 biestables para el contador
• 2 biestables para memorizar el inicio y el fin de
  la temporización

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Estimación de los recursos lógicos (II)

• 64 Macroceldas
• Al menos 13 macroceldas para la realización de
  las salidas de la unidad de control
• Al menos 8 macroceldas para la realización del
  decodificador de 7 segmentos
• Además, cada biestable de los nombrados
  anteriormente necesitará de, al menos, una
  macrocelda

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Estimación de los recursos lógicos (III)

• 23 Terminales de salida
• 8 terminales en la unidad de control para los
  visualizadores
• 2 terminales en la unidad de control para dar las
  órdenes de subir/bajar el pivote y 1 más para la
  orden de dar devolución
• 12 terminales para la salida del multiplicador
• 21 Terminales de entrada genéricos
• 9 terminales de entrada a la UC
• 12 terminales de entrada a la UO
• 2 Terminales de entrada específicos
• 1 terminal para la señal de reloj
• 1 terminal para la señal de reset global

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Elección del circuito

• Al no ser un sistema demasiado complicado parece
  que un PLD puede resultar adecuado para su
  implementación.
• Entonces, recapitulando, necesitaremos un PLD que
  tenga un mínimo de
• 64 macroceldas, siendo probable alguna más
  debido al multiplicador
• 23 terminales de entrada
• Por tanto el PLD XC95108-PC84 de la familia 9500
  de Xilinx debería ser suficiente para nuestro
  sistema, pues posee 108 macroceldas, de las que
  usaremos 64, y 84 terminales.

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Compilación e implementación

• Conclusiones
• Hemos visto que nuestro sistema no coge en el
  PLD escogido, por ello hemos cambiado al PLD
  XC95144-PQ160 también de la familia 9500 de
  Xilinx.
• El multiplicador, como habíamos pensado, utiliza
  más biestables de los estimados en el análisis
  anterior.
• Informe de implementación (Fitter Report y Timing
  Report)

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Simulación Temporal (I)

• Sistema completo (1ª Parte)

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Simulación Temporal (II)

• Sistema completo (2ª Parte)

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Índice

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• Objetivos
• Especificaciones
• Descripción de la aplicación
• Análisis previo
• Diseño del sistema digital
• Descripción
• Simulación funcional
• Compilación e implementación
• Simulación temporal
• Conclusiones y líneas futuras

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Conclusiones finales

• El sistema de control de la máquina de acceso de
  vehículos a una zona peatonal ha sido
  implementada de acuerdo con las especificaciones.
• Su funcionamiento es totalmente correcto.
• El sistema utiliza 108 de las 144 macroceldas del
  PLD XC95144-PQ160, lo que supone un uso del 75.
  Cabe decir que hemos cambiado las propiedades de
  optimización para que utilice alguna macrocelda
  más en lugar de recursos compartidos.
• La máxima frecuencia de trabajo del reloj para
  que el sistema funcione correctamente es de
  58,824 MHz.

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Líneas futuras

• Posibles mejoras
• Crear un restador dentro de la UO para restar a
  la hora de salida la de entrada (pasadas por
  medio de los lectores de tarjetas).
• Crear un comparador dentro de la UO para ver si
  la resta excede el tiempo máximo de permanencia
  en la zona peatonal, para proceder a sancionar.
• Hacer que el decodificador distinga entre
  visualizadores y sólo muestre el mensaje en el
  apropiado (in o out).
• También podríamos incluir en nuestro sistema un
  reloj para limitar los accesos temporales a una
  determinada franja horaria.