基于VHDL語言的汽車尾燈的設計

PAGEPAGE11基于VHDL語言的汽車尾燈的設計長沙理工大學城南學院《EDA技術與運用》課程項目報告基于VHDL語言的汽車尾燈的設計

目錄1．設計項目及問題分析 21．1設計項目 21．2項目分析 22．設計的目的及意義 32．1設計的目的 32．2設計的意義 33．設計步驟 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軟件進行調試 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 8

1．設計項目及問題分析1．1設計項目設計一個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），用兩個開關作為轉彎控制信號（一個開關控制右轉彎，另一個開關控制左轉彎）。要求：當汽車往前行駛時（此時兩個開關都未接通），6盞燈全滅。當汽車轉彎時，若右轉彎（即右轉彎開關接通），右邊3盞尾燈從左到右順序亮滅，左邊3盞燈全滅；若左轉彎（即左轉開關接通），左邊3盞尾燈從右至左順序亮滅，右邊3盞燈全滅。當左、右兩個開關同時接通時，6盞尾燈同時明、暗閃爍。1．2項目分析用6只發(fā)光二極管(leftdeng0、leftdeng1、leftdeng2、righdeng0、righdeng1、righdeng2)模擬6個汽車尾燈（左右各3個），用兩個開關(tleft、tright)作為汽車控制信號，分別為：前往行駛、左轉彎、右轉彎、和剎車。前往行駛時，6個汽車尾燈全滅；左轉彎時，左邊3個燈從右到左順序亮滅，右邊3個燈全滅；右轉彎時，右邊3個燈從左到右順序亮滅，左邊3個燈全滅；剎車時，6個燈同時明、暗閃爍。根據以上分析可以畫出尾燈和汽車運行關系表如下所示：開關控制汽車運行狀態(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汽車左轉彎從右到左順序亮滅燈滅01汽車右轉彎燈滅從左到右亮滅11剎車6個燈同時明、暗閃爍通過以上分析，可以編寫出VHDL語言程序代碼，通過QuartusⅡ軟件進行程序的調試和仿真。2．設計的目的及意義2．1設計的目的其一、設計一個能適應現(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成本。其二、學好VHDL這門硬件描述語言，加深對VHDL語言知識的理解和掌握，提高學習能力和創(chuàng)新能力，使自己適應不斷發(fā)展的21世紀。2．2設計的意義隨著(EDA)仿真技術的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)的設計技術和設計工具發(fā)生了深刻的變化。利用硬件描述語言（VHDL）對數(shù)字系統(tǒng)的硬件電路進行描述是EDA的關鍵技術之一。VHDL語言是目前主流的硬件描述語言，它具有很強的電路描述和建模能力，具有與具體電路無關和與設計平臺無關的特性，在語言易讀性和層次化結構方面表現(xiàn)出強大的生命力和應用潛力。隨著人們生活水平的提高，汽車的消費量越來越大。因為人們也越來越忙，不管是夜晚還是陰雨、大霧等天氣原因的影響，人們都開著車在縱橫交錯的馬路上行駛，所以人們對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構構成，正是因為硬件電路的局限性，不但不能隨意的更改電路內部功能和性能，而且可靠性得不到保證，因此對汽車尾燈控制系統(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。我們采用了先進的EDA技術，QuartusⅡ工作平臺和VHDL語言，設計了一種基于FPGA的汽車尾燈控制系統(tǒng)，并對系統(tǒng)進行了仿真機驗證。用一片F(xiàn)PGA芯片實現(xiàn)了現(xiàn)代汽車智能化的尾燈控制系統(tǒng)。通過仿真及驗證的結果分析，完全適應現(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)結構，大大降低了生產成本，而且提高了系統(tǒng)的先進性和可靠性。能實現(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)其升級與改進非常方便。這一控制電路，結構簡單、性能穩(wěn)定、操作方便、抗干擾能力強。將它應用于現(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。真正的讓消費者駕駛汽車的方便和安全。3．設計步驟3．1畫出總體電路原理框圖通過1．2的項目分析，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畫出功能表根據設計項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：開關控制三進制計數(shù)器6個指示燈tlefttrightQ1Q0Leftdeng(0、1、2)rightdeng(0、1、2)00XX000000100110111000000100000010000101101000000100001000010011XX1111113．3編寫VHDL程序代碼根據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--實體port(clk,tright,tleft:INSTD_LOGIC;--端口說明rightdeng:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);leftdeng:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0));ENDENTITYweideng;ARCHITECTUREqicheOFweidengIS--結構體部分SIGNALleftd:STD_LOGIC_VECTOR(1DOWNTO0);SIGNALrightd:STD_LOGIC_VECTOR(1DOWNTO0);BEGINcontrol:PROCESS(clk,tleft,tright)BEGINIFclk'EVENTANDclk='1'THENIFrightd="01"THEN--右信號rightd<="11";ELSErightd<=(rightd-1);ENDIF;IFleftd="01"THEN--左信號leftd<="11";ELSEleftd<=(leftd-1);ENDIF;ENDIF;ENDPROCESScontrol;proout:PROCESS(clk,tright,tleft,rightd,leftd)BEGINIFclk'EVENTANDclk='1'THENIFtright='1'THEN--右信號有效時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--右信號無效rightdeng<="000";--右邊3個燈全滅ENDIF;IFtleft='1'THEN--左信號有效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--左信號無效leftdeng<="000";--左邊3個燈全滅ENDIF;ENDIF;IFtleft='1'ANDtright='1'THEN--左右信號都有效時6個燈全亮leftdeng<="111";rightdeng<="111";ELSIFtright='0'ANDtleft='0'THEN--左右信號都無效時6個燈全滅leftdeng<="000";rightdeng<="000";ENDIF;ENDPROCESSproout;ENDqiche;3．4用QuartusⅡ軟件進行調試首先是在桌面打開QuartusⅡ軟件后選擇File>>NewProjectWizard進入新建工程對話框>>單擊Next進入新建工程路徑、名稱、頂層實體指定對話框（選擇好保存路徑、輸入工程名為weideng）,由于只是進行功能和時序仿真，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>>對該工程文件進行全程編譯處理。如果在編譯的過程中發(fā)現(xiàn)有錯誤，則找出并更正錯誤，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下單擊鼠標右鍵>>Insert>>InsertNodoeorBus>>NodeFinder>>先在Filter：中選擇Pins:all>>List單擊“>>”符號添加所有引腳>>OK>>OK>>設置好電平后保存。再選擇Processing>>SimulatorTool>>在Simulationmode:欄選擇Functional(如果是進行時序仿真要選擇Timing、進行功能仿真選擇Functional)>>GenerateFunctionalSimulationNetlist>>start>>Report完成了功能仿真。進行時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：當左、右信號都無效時，則6個燈全滅；當左、右信號都有效時全亮；當左信號有效、右信號無效時，左邊3個燈從右到左依次亮滅，右邊燈全滅；當右信號有效、左信號無效時，右邊3個燈從左到右依次亮滅，左邊燈全滅；完全與功能表一致。5．總結通過設計汽車尾