基于EDA的汽车尾灯控制器Word文件下载.docx

基于EDA的汽车尾灯控制器Word文件下载.docx

《基于EDA的汽车尾灯控制器Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于EDA的汽车尾灯控制器Word文件下载.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

4.3左边灯控制模块仿真及分析11

4.4右边灯控制模块仿真及分析12

4.5整个系统仿真及分析13

5系统调试15

6设计总结16

7参考文献17

附录一系统的整体设计原理图18

1前言

随着社会的发展，人们生活水平在不断的提高，科学技术也在不断的进步，状态机的应用越来越广泛，汽车的消费量越来越大。

因为人们也越来越忙，不管是夜晚还是阴雨、大雾等天气原因的影响，人们都开着车在纵横交错的马路上行驶。

现代交通越来越拥挤，安全问题日益突出，在这种情况下汽车尾灯控制器的设计成为解决交通安全问题一种好的途径。

EDA是ElectronicDesignAutomation（电子设计自动化）的缩写，EDA技术是20世纪90年代初以来迅速发展起来的现代电子工程领域的一门新技术。

它以可编程逻辑器件（PLD）为载体，以计算机为工作平台，以EDA工具软件为开发环境，以硬件描述语言（HDL）作为电子系统功能描述方式，以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程。

在当今以数字化和网络化为特征的信息技术革命大潮中，电子技术获得了飞速发展，现代电子产品渗透到了社会的各个领域。

现代电子产品的性能进一步提高，功能越来越复杂，集成化智能化程度越来越高，更新换代的节奏越来越快，开发风险也越来越大，而且正向着功能多样化、体积小型化、功耗最低化的趋势发展。

所有这些，都给电子系统设计师们带来了前所未有的压力，面对这种压力，唯一的出路是熟练掌握EDA技术，并获得其有力支持。

EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可靠性，减轻了设计者的劳动强度，EDA是电子产品开发研制的动力源和加速器，是现代电子设计的核心。

随着基于PLD的EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入，它在电子信息、通信工程、自动控制及计算机应用等领域的重要性日益突出。

有专家预言，21世纪将是EDA技术快速发展的时期，它将成为对本世纪产生重大影响的十大科学技术之一。

因此，在大中专院校的电子信息、通信工程、自动控制、计算机应用等各类学科的教学中引入均EDA技术的内容，以适应现代电子技术的飞速发展。

我们采用了先进的EDA技术，QuartusⅡ工作平台和VHDL语言，设计了一种基于FPGA的汽车尾灯控制系统，并对系统进行了仿真机验证。

这一控制电路，结构简单、性能稳定、操作方便、抗干扰能力强，将它应用于现代汽车，不受黑夜或大雾、阴雨天气因素的影响，可以提高安全行驶，避免交通事故的发生。

真正的让消费者驾驶汽车的方便和安全。

2总体方案设计

2.1系统设计要求

根据现代交通规则，汽车尾灯控制器应满足以下基本要求：

（1）汽车正常使用是指示灯不亮

（2）汽车右转时，右侧的一盏灯亮

（3）汽车左转时，左侧的一盏灯亮

（4）汽车刹车时，左右两侧的指示灯同时亮

（5）汽车夜间行驶时，左右两侧的指示灯同时一直亮，供照明使用

2.2方案设计

汽车尾灯控制器就是一个状态机的实例，共有4个模块组成，分别为：

时钟分频模块、汽车尾灯主控模块，左边灯控制模块和右边灯控制模块，

图2.1系统设计整体框图

3单元模块设计

汽车尾灯控制器有4个模块组成，分别为：

时钟分频模块、汽车尾灯主控模块，左边灯控制模块和右边灯控制模块，以下介绍各模块的详细设计。

3.1时钟分频模块

时钟分频模块的功能是对左右两边的LLED1、RLED1的闪烁时间间隔，以CLK为输入信号，CP为输出信号，在程序中定义一个八位节点信号COUNT来放计数值，当CLK的上升沿到来时就开始计数，最后将COUNT（3）给CP，实现对CLK的八分频。

再将CP的电平信号分别和LEDL、LEDR电平与，最后用输出的电平来控制汽车左右的LLED1、RLED1，实现左右转的指示功能。

整个时钟分频模块的工作框图如图3.2所示：

图3.2时钟分频模块工作框图

时钟分频模块由VHDL程序来实现，下面是其中的一段VHDL代码：

ARCHITECTUREARTOFSZIS

SIGNALCOUNT:

STD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;

BEGIN

PROCESS（CLK）

BEGIN

IFCLK'

EVENTANDCLK='

1'

THEN

COUNT<

=COUNT+1;

ENDIF;

ENDPROCESS;

CP<

=COUNT（3）;

ENDART;

3.2汽车尾灯主控模块

汽车尾灯主控模块用于对汽车尾灯进行整体控制，当输入为左转信号时，输出左侧灯控制信号；

当输入为右转信号时，输出右侧灯控制信号；

当同时输入LEFT和RIGHT信号时，输出错误控制信号。

当输入为刹车信号时，输出刹车控制信号；

当输入为夜间行驶信号时，输出为夜间行驶控制信号。

汽车尾灯主控模块工作框图如图3.3（a）所示以及工作原理框图3.3（b）所示：

图3.3（a）主控模块工作框图

图3.3（b）主控模块工作原理框图

数据入口：

RIGHT：

右转信号；

LEFT：

左转信号；

BRAKE：

刹车信号；

NIGHT：

夜间行驶信号；

数据出口：

LP：

左侧灯控制信号；

RP：

右侧灯控制信号；

LR：

错误控制信号；

BRAKE_LED：

刹车控制信号；

NIGHT_LED：

夜间行驶控制信号；

汽车尾灯主控模块由VHDL程序来实现，下面是其中的一段VHDL代码：

ARCHITECTUREARTOFCTRLIS

BEGIN

NIGHT_LED<

=NIGHT;

BRAKE_LED<

=BRAKE;

PROCESS（LEFT,RIGHT）

VARIABLETEMP:

STD_LOGIC_VECTOR（1DOWNTO0）;

TEMP:

=LEFT&

RIGHT;

CASETEMPIS

WHEN"

00"

=>

LP<

='

0'

;

RP<

LR<

01"

10"

WHENOTHERS=>

ENDCASE;

3.3左边灯控制模块

左边灯控制模块用于控制左侧灯的亮、灭和闪烁情况，当时钟上升沿信号和左侧灯控制信号或刹车控制信号或夜间行驶信号同时出现时，左侧相应的灯亮或出现闪烁。

当错误控制信号出现时，LD1灯不亮。

左边灯控制模块的工作框图如图3.4（a）所示以及工作原理框图3.4（b）所示：

图3.4（a）左边灯控制模块的工作框图

图3.4（b）左边灯控制模块的工作原理框图

CLK：

时钟控制信号；

LEDL：

左侧LD1灯控制信号；

左侧LD2灯控制信号；

LEDN：

左侧LD3灯控制信号；

左边灯控制模块由VHDL程序来实现，下面是其中的一段VHDL代码：

ARCHITECTUREARTOFLCIS

LEDB<

LEDN<

PROCESS（CLK,LP,LR）

THEN

IF（LR='

）THEN

IF（LP='

LEDL<

ELSE

LEDL<

ENDPROCESS;

3.4右边灯控制模块

右边灯控制模块用于控制右侧灯的亮、灭和闪烁情况，当时钟上升沿信号和右侧灯控制信号或刹车控制信号或夜间行驶信号同时出现时，右侧相应的灯亮或出现闪烁。

当错误控制信号出现时，RD1灯不亮。

右边灯控制模块的工作框图如图3.5（a）所示以及工作原理框图3.5（b）所示：

图3.5（a）右边灯控制模块的工作框图

图3.5（b）右边灯控制模块的工作原理框图

LEDR：

右侧RD1灯控制信号；

LEDB：

右侧RD2灯控制信号；

右侧RD3灯控制信号；

右边灯控制模块由VHDL程序来实现，下面是其中的一段VHDL代码：

ARCHITECTUREARTOFRCIS

PROCESS（CLK,RP,LR）

IF（LR='

IF（RP='

LEDR<

='

4系统仿真

4.1分频模块仿真及分析

分频模块由VHDL程序实现后，其功能仿真如图4.1（a）所示已经时序仿真仿真图如图4.1（b）所示：

图4.1（a）分频模块功能仿真图

图4.1（b）分频模块时序仿真图

对其仿真图进行仿真分析：

如图所示,首先生成一个600ns的时钟脉冲，通过时钟分频把600ns的脉冲分成一个40ns的脉冲，实现了信号同步。

4.2汽车尾灯主控模块仿真及分析

汽车尾灯主控模块由VHDL程序实现后，其功能仿真图如图4.2（a）所示以及时序仿真如图4.2（b）所示：

图4.2（a）主控模块功能仿真图

图4.2（b）主控模块时序仿真图

对时序仿真图进行分析：

RIGHT，LEFT,NIGHT,BRAKE为输入信号，RIGHT为1表示右转，LEFT为1表示左转，NIGHT为1表示夜间行路，BRAKE为1表示刹车。

RP,LP,NIGHT_LED,BRAKE_LED为输出信号。

如图所示：

当RIGHT为1时，产生一个RP为1的信号脉冲输出，当LEFT为1时，产生一个LP为1的信号脉冲输出，当NIGHT为1时，产生一个NIGHT_LED为1的信号脉冲输出。

当BRAKE为1时，产生一个BRAKE_LED为1的信号脉冲输出。

4.3左边灯控制模块仿真及分析

左边灯控制模块由VHDL程序实现后，其功能仿真图如图4.3（a）所示以及时序仿真如图4.3（b）所示。

图4.3（a）左边灯控制模块功能仿真图

图4.3（b）左边灯控制模块时序仿真图

LP，LR,NIGHT,BRAKE为输入信号，LP为1表示左转，LR为1表示右转，NIGHT为1表示夜间行路，BRAKE为1表示刹车。

LEDL,LEDB,LEDN为输出信号,表示汽车左侧的三盏灯。

当LP为1时，LEDL输出为1表示左侧灯亮，当BRAKE为1时，LEDB输出为1表示左侧灯亮，当NIGHT为1时，LEDN输出为1表示左侧灯亮。

当LR为1时，左侧三盏灯输出均为0。

即没有灯亮。

4.4右边灯控制模块仿真及分析

右边灯控制模块由VHDL程序实现后，其功能仿真图如图4.4（a）所示以及时序仿真如图4.4（b）所示。

图4.4（a）右边灯控制模块功能仿真图

图4.4（b）右边灯控制模块时序仿真图

RP，LR,NIGHT,BRAKE为输入信号，LR为1表示左转，RP为1表示右转，NIGHT为1表示夜间行路，BRAKE为1表示刹车。

LEDR,LEDB,LEDN为输出信号,表示汽车右侧的三盏灯。

当RP为1时，LEDR输出为1表示右侧灯亮，当BRAKE为1时，LEDB输出为1表示右侧灯亮，当NIGHT为1时，LEDN输出为1表示右侧灯亮。

当LR为1时，右侧三盏灯输出均为0。

4.5整个系统仿真及分析

按图3.1组装系统后的功能仿真如图4.5（a）所示以及时序仿真如图4.5（b）所示。

图4.5（a）整个系统功能仿真图

图4.5（b）整个系统时序仿真图

RD1,RD2,RD3为输出信号，表示汽车右侧的三盏灯。

LD1,LD2,LD3为输出信号，表示汽车左侧的三盏灯。

当RIGHT为1时，RD1输出为1表示右侧灯亮，当LEFT为1时，LD1为输出为1表示左侧灯亮，当NIGHT为1时，LD2,RD2输出均为1，表示左，右两侧各有一盏灯亮。

当BRAKE为1时，LD3,RD3输出均为1，表示左，右两侧各有一盏灯亮。

5系统调试

在QuartusII软件中，通过对所设计的硬件描述语言代码进行波形仿真后，达到了预期效果，于是，我们在该软件上进行下载配置设置。

在Assignments菜单下选中Devices，在Family栏选择ACEX1K，选中EPF10K10LC84-4器件。

再在Assignments菜单下选中Pins按照相应要求对管脚进行锁定。

最后在Tools菜单下，选中Programmer，对配置方式进行设置，这里选择PassiveSeril（PS）被动串行模式。

选择好要下载的硬件设备后点击Start即可开始编程下载了。

调试过程为在线调试。

在通过调试中，我们发现了很多问题.在软件上能实现仿真的程序不一定在硬件电路上就能运行，原因有很多，这里是由于电路中的时钟频率太快，若不增加一个分频电路，灯闪烁时间太快，肉眼无法观察，故设计了一个20MHZ到2HZ的分频电路。

调试中的实际问题需要考虑，人同时按多个键的同步性，不能达到时钟的精度，比如模拟键盘的输入状态是高电平有效，由于分频的运算很大，故增加分频电路后，在QuartusII软件中则不能进行正确的仿真，可以直接将程序下载到电路板上去调试。

6设计总结

通过本次课程设计，我们对EDA技术有了更深的了解，我的理论知识掌握得更扎实，动手能力明显提高，初步学会了采用自顶向下的系统设计方法设计系统，并熟练掌握了利用VHDL语言进行简单的电路模块设计。

同时，通过网上搜索图书馆查阅资料等方式认识到了自己知识的局限性。

我学到许多知识，也认识到理论联系实践的重要。

本次课程设计在培养了我们实际操作能力的同时，也培养了我们灵活运用课本知识、理论联系实际、分析问题和解决问题的能力；

它不仅仅是一个学习新知识新方法的好机会，同时也是对我所学知识的一次综合的检验和复习，使我明白了自己的缺陷所在，从而查漏补缺。

在设计当中遇到了许多以前没遇到的困难，学会了利用许多的方法去解决所遇到的问题。

编好程序后，虽然总是出错，比如说状态不能改变，绿灯不能按时闪烁等，但是经过多次研究在老师和同学的帮助下终于找到问题所在并纠正。

由于时间仓促和我们自身知识水平有限，本设计在功能上也只是完成了一些基本功能，对于电路的可靠性，稳定性等参数也还未做过详细的测试。

在交通的人性化控制方面也还未做周全的考虑，若在行驶过程中出现交通信号灯损坏或是电源断电的情况，则应有紧急状态灯来控制交通的管理，好提醒司机们或是行人注意保持车距，避免交通事故的发生。

当出现交通事故或有紧急状况时，应启动紧急状态，比如增设一个控制信号使其出发交通灯东西南北四个方向红灯同时点亮，从而避免连环的交通事故发生。

这次设计，让我感受最深是：

在仿真的阶段遇到很多的问题，我们一定要具备一定的检查、排除错误的能力。

我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。

而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。

7参考文献

[1]黄正谨.CPLD系统设计技术入门与应用.北京：

电子工业出版社,2002.

[2]蒋璇，臧春华.数字系统设计与PLD应用技术.北京：

电子工业出版社,2001.

[3]孟宪元.可编程ASIC集成数字系统.北京：

电子工业出版社,1988.

[4]宋万杰，吴顺君.CPLD技术及其应用.西安：

西安电子工业大出版社,2000.

[5]黄仁新.EDA技术实用教程.北京：

清华大学出版社,2006.

[6]谢自美.电子线路设计（第二版）[M].北京：

华中科技大学出版社.2000

[7]卢毅编著.VHDL与数字电路设计[M].北京.科技大学出版.2001

[8]侯佰亨，顾新编著.VHDL硬件描述语言与实际应用[M].西安：

西安电子科社.2000

[9]康华光陈大钦.电子技术基础模拟部分（第四版）[M].北京：

高等教育出版社.1987

[10]（美）J.Bhasker.VerilogHDL硬件描述语言[M].北京：

机械工业出版社.2000

[11]周明德.微型计算机系统原理及应用（第四版）[M].北京：

清华大学出版社.2002

[12]张洪润等.电子线路及应用.北京.科学出版社.2002

[13]杨宝清.实用电路手册.北京.机械工业出版社.2002

附录一系统的整体设计原理图