实验九 汽车尾灯控制器设计与实现.docx

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实验九汽车尾灯控制器设计与实现

实验九汽车尾灯控制器设计与实现报告

一、实验目的

1、进一步掌握VHDL语言的基本结构及设计的输入方法。

2、掌握自顶向下设计方法。

3、掌握层次化设计混合编程方法。

二、实验内容

1、假设汽车尾部左右两侧各有3盏指示灯，其控制功能应包括：

（1）汽车正常行驶时指示灯都不亮。

（2）汽车右转弯时，右侧的一盏指示灯亮。

（3）汽车左转弯时，左侧的一盏指示灯亮。

（4）汽车刹车时，左右两侧的一盏指示灯同时亮。

（5）汽车在夜间行驶时，左右两侧的一盏指示灯同时一直亮，供照明使用。

2、根据系统设计要求，系统设计采用自顶向下的设计方法，顶层设计采用原理图设计方式，它由时钟分频模块、汽车尾灯主控模块、左边灯控制模块和右边灯控制模块四部分组成。

系统设计原理图如下图2.1所示。

图2.1

系统的输入信号包括：

系统时钟信号CLK，汽车左转弯控制信号LEFT，汽车右转弯控制信号RIGHT，刹车信号BRAKE，夜间行驶信号NIGHT。

系统的输出信号包括：

汽车左侧3盏指示灯LD1、LD2、LD3和汽车右侧3盏指示灯RD1、RD2、RD3。

系统工作原理为：

当汽车正常行驶时所有指示灯都不亮；当汽车向右转弯时，汽车右侧的指示灯RD1亮；当汽车向左转弯时，汽车左侧的指示灯LD1亮；当汽车刹车时，汽车右侧的指示灯RD2和汽车左侧的指示灯LD2同时亮；当汽车在夜间行驶时，汽车右侧的指示灯RD3和汽车左侧的指示灯LD3同时一直亮。

请分析汽车尾灯控制器实现过程，编写程序代码，结合已设计底层文件实现顶层元器件（采用混合编程）设计，使之组成完整系统。

三、实验原理

1、汽车尾灯控制器就是一个状态机的实例。

当汽车正常行驶时所有指示灯都不亮；当汽车向右转弯时，汽车右侧的指示灯RD1亮；当汽车向左侧转弯时，汽车左侧的指示灯LD1亮；当汽车刹车时，汽车右侧的指示灯RD2和汽车左侧的指示灯LD2同时亮；当汽车在夜间行驶时，汽车右侧的指示灯RD3和汽车左侧的指示灯LD3同时一直亮。

通过设置系统的输入信号：

系统时钟信号CLK，汽车左转弯控制信号LEFT，汽车右转弯控制信号RIGHT，刹车信号BRAKE，夜间行驶信号NIGHT和系统的输出信号：

汽车左侧3盏指示灯LD1、LD2、LD3和汽车右侧3盏指示灯RD1、RD2、

汽车尾灯和汽车运行状态表如表3.1所示。

汽车尾灯和汽车运行状态表3.1

开关控制

汽车运行状态

右转尾灯

左转尾灯

S0S1S2

R1R2R3

L1L2L3

000

正常运行

灯灭

灯灭

001

左转弯

灯灭

L1灯亮

010

右转弯

R1灯亮

灯灭

011

临时刹车/检测

R2、L2灯同时亮

101

夜间行驶

R3、L3灯同时亮

四、设计步骤

1、各组成模块

实现的主要功能是通过开关控制从而实现汽车尾灯的点亮方式。

汽车尾灯控制器有4个模块组成，分别为：

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。

2、时钟分频模块

整个时钟分频模块的工作框图如图4.2所示。

图4.1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、汽车尾灯主控模块

汽车尾灯主控模块工作框图如图4.2所示

图4.2主控模块工作框图

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<=BAKE;

PROCESS（LEFT,RIGHT）

VARIABLETEMP:

STD_LOGIC_VECTOR（1DOWNTO0）;

BEGIN

TEMP:

=LEFT&RIGHT;

CASETEMPIS

WHEN"00"=>LP<='0';RP<='0';LR<='0';

WHEN"01"=>LP<='0';RP<='1';LR<='0';

WHEN"10"=>LP<='1';RP<='0';LR<='0';

WHENOTHERS=>LP<='0';RP<='0';LR<='1';

ENDCASE;

ENDPROCESS;

ENDART;

4、左边灯控制模块

左边灯控制模块的工作框图如图4.3所示

图4.2左边灯控制模块的工作框图

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

BEGIN

LEDB<=BRAKE;

LEDN<=NIGHT;

PROCESS（CLK,LP,LR）

BEGIN

IFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN

IF（LR='0'）THEN

IF（LP='0'）THEN

LEDL<='0';

ELSE

LEDL<='1';

ENDIF;

ELSE

LEDL<='0';

ENDIF;

ENDIF;

ENDPROCESS;

ENDART;

5、右边灯控制模块

右边灯控制模块的工作框图如图4.4所示

图4.4右边灯控制模块的工作框图

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

BEGIN

LEDB<=BRAKE;

LEDN<=NIGHT;

PROCESS（CLK,RP,LR）

BEGIN

IFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN

IF（LR='0'）THEN

IF（RP='0'）THEN

LEDR<='0';

ELSE

LEDR<='1';

ENDIF;

ELSE

LEDR<='0';

ENDIF;

ENDIF;

ENDPROCESS;

ENDART;

五、系统仿真与调试

5.1分频模块仿真及分析

分频模块由VHDL程序实现后，其仿真图如图5.1所示

图5.1分频模块仿真图

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。

5.2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，其仿真图如图5.2所示。

图5.2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。

5.3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，其仿真图如下图5.3所示。

对时序仿真图进行分析：

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。

如图所示：

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。

图5.3左边灯控制模块时序仿真图

5.4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，其仿真图如图5.4所示。

图5.4右边灯控制模块时序仿真图

对时序仿真图进行分析：

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。

如图所示：

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。

即没有灯亮。

5.5整个系统仿真及分析

按图2.1组装系统后的仿真图如下图5.5所示。

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。

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。

如图所示：

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。

图5.5整个系统仿真图

系统的输入信号包括：

系统时钟信号CLK，汽车左转弯控制信号LEFT，汽车右转弯控制信号RIGHT，刹车信号BRAKE，夜间行驶信号NIGHT。

系统的输出信号包括：

汽车左侧3盏指示灯LD1、LD2、LD3和汽车右侧3盏指示灯RD1、RD2、RD3。

系统工作原理为：

当汽车正常行驶时所有指示灯都不亮；当汽车向右转弯时，汽车右侧的指示灯RD1亮；当汽车向左转弯时，汽车左侧的指示灯LD1亮；当汽车刹车时，汽车右侧的指示灯RD2和汽车左侧的指示灯LD2同时亮；当汽车在夜间行驶时，汽车右侧的指示灯RD3和汽车左侧的指示灯LD3同时一直亮。

请分析汽车尾灯控制器实现过程，编写程序代码，结合已设计底层文件实现顶层元器件（采用混合编程）设计，使之组成完整系统。

六、实验心得

本实验利用VHDL语言结合层次化设计混合编程思想设计实现汽车尾灯控制器，实验比较难做，其实验原理简单，实际操作的时候遇到很多困难。

在程序的编写时，有点困难。

最后发的仿真结果没有得出，所以此次实验没有完成。