基于VHDL語言的汽車尾燈的設(shè)計(jì)

PAGEPAGE11基于VHDL語言的汽車尾燈的設(shè)計(jì)長沙理工大學(xué)城南學(xué)院《EDA技術(shù)與運(yùn)用》課程項(xiàng)目報(bào)告基于VHDL語言的汽車尾燈的設(shè)計(jì)

目錄1．設(shè)計(jì)項(xiàng)目及問題分析 21．1設(shè)計(jì)項(xiàng)目 21．2項(xiàng)目分析 22．設(shè)計(jì)的目的及意義 32．1設(shè)計(jì)的目的 32．2設(shè)計(jì)的意義 33．設(shè)計(jì)步驟 43．1畫出總體電路原理框圖 43．2畫出功能表 43．3編寫VHDL程序代碼 53．4用QuartusⅡ軟件進(jìn)行調(diào)試 63．5頂層模塊圖 74．波形仿真及分析 74．1波形仿真 74．2波形分析 75．總結(jié) 8

1．設(shè)計(jì)項(xiàng)目及問題分析1．1設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)一個(gè)汽車尾燈的控制電路，用6只發(fā)光二極管模擬6盞汽車尾燈（汽車尾部左、右各3盞），用兩個(gè)開關(guān)作為轉(zhuǎn)彎控制信號(hào)（一個(gè)開關(guān)控制右轉(zhuǎn)彎，另一個(gè)開關(guān)控制左轉(zhuǎn)彎）。要求：當(dāng)汽車往前行駛時(shí)（此時(shí)兩個(gè)開關(guān)都未接通），6盞燈全滅。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，若右轉(zhuǎn)彎（即右轉(zhuǎn)彎開關(guān)接通），右邊3盞尾燈從左到右順序亮滅，左邊3盞燈全滅；若左轉(zhuǎn)彎（即左轉(zhuǎn)開關(guān)接通），左邊3盞尾燈從右至左順序亮滅，右邊3盞燈全滅。當(dāng)左、右兩個(gè)開關(guān)同時(shí)接通時(shí)，6盞尾燈同時(shí)明、暗閃爍。1．2項(xiàng)目分析用6只發(fā)光二極管(leftdeng0、leftdeng1、leftdeng2、righdeng0、righdeng1、righdeng2)模擬6個(gè)汽車尾燈（左右各3個(gè)），用兩個(gè)開關(guān)(tleft、tright)作為汽車控制信號(hào)，分別為：前往行駛、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、和剎車。前往行駛時(shí)，6個(gè)汽車尾燈全滅；左轉(zhuǎn)彎時(shí)，左邊3個(gè)燈從右到左順序亮滅，右邊3個(gè)燈全滅；右轉(zhuǎn)彎時(shí)，右邊3個(gè)燈從左到右順序亮滅，左邊3個(gè)燈全滅；剎車時(shí)，6個(gè)燈同時(shí)明、暗閃爍。根據(jù)以上分析可以畫出尾燈和汽車運(yùn)行關(guān)系表如下所示：開關(guān)控制汽車運(yùn)行狀態(tài)左邊燈右邊燈tlefttrightleftdeng（0、1、2）rightdeng（0、1、2）00汽車前往行駛燈滅燈滅10汽車左轉(zhuǎn)彎從右到左順序亮滅燈滅01汽車右轉(zhuǎn)彎燈滅從左到右亮滅11剎車6個(gè)燈同時(shí)明、暗閃爍通過以上分析，可以編寫出VHDL語言程序代碼，通過QuartusⅡ軟件進(jìn)行程序的調(diào)試和仿真。2．設(shè)計(jì)的目的及意義2．1設(shè)計(jì)的目的其一、設(shè)計(jì)一個(gè)能適應(yīng)現(xiàn)代汽車智能化發(fā)展要求的汽車尾燈控制電路。改善以前的汽車尾燈控制系統(tǒng)，降低汽車尾燈控制器的生產(chǎn)成本。其二、學(xué)好VHDL這門硬件描述語言，加深對(duì)VHDL語言知識(shí)的理解和掌握，提高學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，使自己適應(yīng)不斷發(fā)展的21世紀(jì)。2．2設(shè)計(jì)的意義隨著(EDA)仿真技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)工具發(fā)生了深刻的變化。利用硬件描述語言（VHDL）對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行描述是EDA的關(guān)鍵技術(shù)之一。VHDL語言是目前主流的硬件描述語言，它具有很強(qiáng)的電路描述和建模能力，具有與具體電路無關(guān)和與設(shè)計(jì)平臺(tái)無關(guān)的特性，在語言易讀性和層次化結(jié)構(gòu)方面表現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力和應(yīng)用潛力。隨著人們生活水平的提高，汽車的消費(fèi)量越來越大。因?yàn)槿藗円苍絹碓矫Γ还苁且雇磉€是陰雨、大霧等天氣原因的影響，人們都開著車在縱橫交錯(cuò)的馬路上行駛，所以人們對(duì)汽車安全行駛的要求也越來越高，汽車尾燈控制系統(tǒng)給大家?guī)砹藰O大的方便。汽車尾燈控制系統(tǒng)是隨著汽車智能化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的，汽車尾燈一般是用于微處理器的硬件結(jié)構(gòu)構(gòu)成，正是因?yàn)橛布娐返木窒扌裕坏荒茈S意的更改電路內(nèi)部功能和性能，而且可靠性得不到保證，因此對(duì)汽車尾燈控制系統(tǒng)的發(fā)展帶來一定的局限性，難以滿足現(xiàn)代汽車的智能化發(fā)展。為了提高人們因夜晚或因天氣原因在縱橫交錯(cuò)的馬路上駕駛的安全系數(shù)，也是為了減少交通事故的發(fā)生。我們采用了先進(jìn)的EDA技術(shù)，QuartusⅡ工作平臺(tái)和VHDL語言，設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的汽車尾燈控制系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真機(jī)驗(yàn)證。用一片F(xiàn)PGA芯片實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代汽車智能化的尾燈控制系統(tǒng)。通過仿真及驗(yàn)證的結(jié)果分析，完全適應(yīng)現(xiàn)代汽車智能化發(fā)展要求。不但簡化了以前的汽車尾燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，大大降低了生產(chǎn)成本，而且提高了系統(tǒng)的先進(jìn)性和可靠性。能實(shí)現(xiàn)控制器的系統(tǒng)編程。采用這種器件開發(fā)的數(shù)字系統(tǒng)其升級(jí)與改進(jìn)非常方便。這一控制電路，結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、操作方便、抗干擾能力強(qiáng)。將它應(yīng)用于現(xiàn)代汽車，不受黑夜或大霧、陰雨天氣因素的影響，可以提高安全行駛，避免交通事故的發(fā)生。真正的讓消費(fèi)者駕駛汽車的方便和安全。3．設(shè)計(jì)步驟3．1畫出總體電路原理框圖通過1．2的項(xiàng)目分析，可以畫出汽車尾燈控制電路的總體電路原理框圖如下所示：3．2畫出功能表根據(jù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目要求和電路原理框圖可以畫出汽車尾燈控制邏輯功能表如下所示：開關(guān)控制三進(jìn)制計(jì)數(shù)器6個(gè)指示燈tlefttrightQ1Q0Leftdeng(0、1、2)rightdeng(0、1、2)00XX000000100110111000000100000010000101101000000100001000010011XX1111113．3編寫VHDL程序代碼根據(jù)以上汽車尾燈控制邏輯功能表和控制電路原理框圖可以編寫出汽車尾燈控制電路的VHDL程序代碼如下：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;useieee.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYweidengIS--實(shí)體port(clk,tright,tleft:INSTD_LOGIC;--端口說明rightdeng:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);leftdeng:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0));ENDENTITYweideng;ARCHITECTUREqicheOFweidengIS--結(jié)構(gòu)體部分SIGNALleftd:STD_LOGIC_VECTOR(1DOWNTO0);SIGNALrightd:STD_LOGIC_VECTOR(1DOWNTO0);BEGINcontrol:PROCESS(clk,tleft,tright)BEGINIFclk'EVENTANDclk='1'THENIFrightd="01"THEN--右信號(hào)rightd<="11";ELSErightd<=(rightd-1);ENDIF;IFleftd="01"THEN--左信號(hào)leftd<="11";ELSEleftd<=(leftd-1);ENDIF;ENDIF;ENDPROCESScontrol;proout:PROCESS(clk,tright,tleft,rightd,leftd)BEGINIFclk'EVENTANDclk='1'THENIFtright='1'THEN--右信號(hào)有效時(shí)leftdeng<="000";CASErightdIS--右邊燈的亮滅狀態(tài)WHEN"01"=>rightdeng<="001";WHEN"10"=>rightdeng<="010";WHEN"11"=>rightdeng<="100";WHENOTHERS=>rightdeng<="000";ENDCASE;ELSIFtright='0'THEN--右信號(hào)無效rightdeng<="000";--右邊3個(gè)燈全滅ENDIF;IFtleft='1'THEN--左信號(hào)有效rightdeng<="000";CASEleftdIS--左邊燈的亮滅狀態(tài)WHEN"01"=>leftdeng<="100";WHEN"10"=>leftdeng<="010";WHEN"11"=>leftdeng<="001";WHENOTHERS=>leftdeng<="000";ENDCASE;ELSIFtleft='0'THEN--左信號(hào)無效leftdeng<="000";--左邊3個(gè)燈全滅ENDIF;ENDIF;IFtleft='1'ANDtright='1'THEN--左右信號(hào)都有效時(shí)6個(gè)燈全亮leftdeng<="111";rightdeng<="111";ELSIFtright='0'ANDtleft='0'THEN--左右信號(hào)都無效時(shí)6個(gè)燈全滅leftdeng<="000";rightdeng<="000";ENDIF;ENDPROCESSproout;ENDqiche;3．4用QuartusⅡ軟件進(jìn)行調(diào)試首先是在桌面打開QuartusⅡ軟件后選擇File>>NewProjectWizard進(jìn)入新建工程對(duì)話框>>單擊Next進(jìn)入新建工程路徑、名稱、頂層實(shí)體指定對(duì)話框（選擇好保存路徑、輸入工程名為weideng）,由于只是進(jìn)行功能和時(shí)序仿真，所以直接單擊Finish即可。其次是建立VHDL程序文件（選擇File>>New打開新建文件對(duì)話框>>選擇VHDLFile即可）。最后是輸入汽車尾燈控制電路程序代碼>>保存>>對(duì)該工程文件進(jìn)行全程編譯處理。如果在編譯的過程中發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)誤，則找出并更正錯(cuò)誤，直至編譯成功為止。3．5頂層模塊圖4．波形仿真及分析4．1波形仿真先選擇File>>NewOtherFiles>>VectorWaveformFile>>單擊OK即可>>在name下單擊鼠標(biāo)右鍵>>Insert>>InsertNodoeorBus>>NodeFinder>>先在Filter：中選擇Pins:all>>List單擊“>>”符號(hào)添加所有引腳>>OK>>OK>>設(shè)置好電平后保存。再選擇Processing>>SimulatorTool>>在Simulationmode:欄選擇Functional(如果是進(jìn)行時(shí)序仿真要選擇Timing、進(jìn)行功能仿真選擇Functional)>>GenerateFunctionalSimulationNetlist>>start>>Report完成了功能仿真。進(jìn)行時(shí)序仿真與功能仿真的步驟差不多，只是要在Simulationmode欄選擇Timing就行了。4．2波形分析功能仿真的波形圖如下所示：由上圖仿真的波形可以看出：當(dāng)左、右信號(hào)都無效時(shí)，則6個(gè)燈全滅；當(dāng)左、右信號(hào)都有效時(shí)全亮；當(dāng)左信號(hào)有效、右信號(hào)無效時(shí)，左邊3個(gè)燈從右到左依次亮滅，右邊燈全滅；當(dāng)右信號(hào)有效、左信號(hào)無效時(shí)，右邊3個(gè)燈從左到右依次亮滅，左邊燈全滅；完全與功能表一致。5．總結(jié)通過設(shè)計(jì)汽車尾