汽车尾灯控制系统设计课件.ppt

汽车尾灯控制系统的设计,摘 要 本研究有着极大的实用性和可操作性，其在世界的交通安全方面的应用中具有广泛的意义和实际的应用价值。汽车通过尾灯的明灭变化来传达其运行方式这是汽车运行方式的最直接的表达可以使行人或其他车辆对其将要发生的动态变化更加清楚明了从而避免发生交通事故这就大大地增加了交通安全性。这种用于尾灯控制系统的电路降低了汽车尾灯的故障率和危险发生的概率，具有非常重要的意义。在我国交通拥挤导致交通事故频繁发生，而其中汽车追尾时间在事故中占得比例比较大。汽车尾灯控制电路的产生能缓解这一状况，通过对汽车尾灯的控制，体现汽车在公路上行驶的状态，即：汽车正常使用是指示灯不亮;汽车右转时，右侧的一盏灯亮;汽车左转时，左侧的一盏灯;汽车刹车时，左右两侧的指示灯同时亮;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。通过这一特点来提示后方的车辆本车的行驶状况，有利于减少汽车追尾事件的发生，是一个值得普及的设计。关键词：行驶状况 指示灯 计数,第一章 绪论选题的目的与意义 本次设计的目的就是通过实践深入理解计算机组成原理，了解EDA技术并掌握VHDL硬件描述语言的设计方法和思想。以计算机组成原理为指导，通过学习的VHDL语言结合电子电路的设计知识理论联系实际，掌握所学的课程知识和基本单元电路的综合设计应用。通过对实用汽车尾灯控制器的设计，巩固和综合运用所学知识，提高IC设计能力，提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力。目前的汽车尾灯大部分是由基于微处器的硬件电路结构构成的。汽车通过尾灯的明灭变化来传达其运行方式这是汽车运行方式的最直接的表达可以使行人或其他车辆对其将要发生的动态变化更加清楚明了从而避免发生交通事故这就大大地增加了交通安全性。本研究有着极大的实用性和可操作性，其在世界的交通安全方面的应用中具有广泛的意义和实际的应用价值，这种用于尾灯控制系统的电路降低了汽车尾灯的故障率和危险发生的概率可以极大地提高汽车驾驶的安全性和舒适性。1.2 汽车尾灯控制系统的发展趋势汽车尾灯系统的应用越来越广，21世纪，全球汽车电子技术的发展趋势是：安全、节能、环保、舒适，而汽车尾灯控制技术在汽车工业发展起到了重要的地步，运用了该技术不仅可以为汽车美观更重要的是能在弯道和黑夜里行车更安全，因此，使用该技术已成为重要发展的地方。汽车尾灯在汽车信号灯具中占据重要地位，因为它们发出的信号显示汽车行驶状态和行驶轨迹即将发生变化，对汽车安全行驶肩负重要使命。但是人们对汽车尾灯控制系统的认识还存在好多局限性，还有待我们继续对其进行研究和探讨。探究一套既快又可靠，更加合理的设计方法，以便更好的为国民经济的发展和人们的生活服务。因此，进行高性能汽车尾灯控制系统的设计研究，具有非常深远的实际和理论意义。随着汽车工业的发展，汽车尾灯发展也日新月异，一体化、轻型化、薄形化、美观化已成为汽车尾灯的必然趋势。,1.3 本课题主要讨论问题现在汽车已成为不可缺少的交通工具，不单单是一种代步工具，更是一种社会生活水平的象征。但是，汽车在带给我们快速、便捷的同时，也带来了大量的交通事故。据有关部门统计，大量事故的发生地都是在几条道路的转弯处或是因为前面的车辆突然间刹车，后面的车辆没有及时注意等，所以汽车尾灯的重要性就体现出来了。通过本次设计，目的是理解以往所学的知识，掌握EDA设计和VHDL硬件描述语言，增加集成电路应用知识，培养自己的实际动手能力以及分析解决问题的能力。利用VHDL语言设计汽车尾灯控制系统的各个模块，并使用EDA 工具对各模块进行仿真验证。汽车尾灯控制器的设计分为4个模块：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。把各个模块整合后就形成了汽车尾灯控制器。通过输入系统时钟信号和相关的汽车控制信号，汽车尾灯将正确显示当前汽车的控制状态。,第二章 设计课题简介,2.1 EDA的介绍 2.1.1 EDA技术的概念EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。本文所指的EDA技术，主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。,2.1.2 EDA技术的特点,EDA技术是伴随着计算机、集成电路、电子系统的设计发展起来的，至今已有30多年的历程，大致可以分为三个发展阶段，20世纪70年代的CAD(计算机辅助设计)阶段：这一阶段的主要特征是利用计算机辅助进行电路原理图编辑、PCB布线，使得设计师从传统高度重复繁杂的绘图劳动中解脱出来。20世纪80年代的CAED(计算机辅助工程设计)阶段：这一阶段的主要特征是以逻辑摸拟、定时分析、故障仿真、自动布局布线为核心，重点解决电路设计的功能检测等问题，使设计能在产品制作之前预知产品的功能与性能。20世纪90年代是)A(电子设计自动化)阶段：这一阶段的主要特征是以高级描述语言、系统仿真和综合技术为特点，采用“自顶向下”的设计理念，将设计前期的许多高层次设计由EDA工具来完成。EDA是电子技术设计自动化，也就是能够帮助人们设计电子电路或系统的软件工具。该工具可以在电子产品的各个设计阶段发挥作用，使设计更复杂的电路和系统成为可能。在原理图设计阶段，可以使用EDA中的仿真工具论证设计的正确性。在芯片设计阶段，可以使用EDA中的芯片设计工具设计制作芯片的版图。在电路板设计阶段，可以使用EDA中电路板设计工具设计多层电路板。特别是支持硬件描述语言的EDA工具的出现。使复杂数字系统设计自动化成为可能，只要用硬件描述语言将数字系统的行为描述正确，就可以进行该数字系统的芯片设计与制造。EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向，利用quaetus工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在计算机上自动处理完成。设计者采用的设计方法是一种高层次的“自顶向下”的全新设计方法，这种设计方法首先从系统设计入手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠错并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行驶证；然后用综合优化工具生成具体门电路的网络表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。设计者的工作仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。随着设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的，这既有利于早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，又减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计的一次性成功率。随着现代电子产品的复杂度和集成度的日益提高，一般的中小规模集成电路组合已不能满足要求，电路设计逐步地从中小规模芯片转为大规模、超大规模芯片，具有高速度、高集成度、低功耗的可编程器件已蓬勃发展起来。利用EDA技术进行电子系统的设计，具有以下几个特点：用软件的方式设计硬件；用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的；设计过程中可用有关软件进行各种仿真；系统可现场编程，在线升级；整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。因此，EDA技术是现代电子设计的发展趋势。,2.1.3 EDA设计流程,典型的EDA设计流程如下:1、文本/原理图编辑与修改。首先利用EDA工具的文本或图形编辑器将设计者的设计意图用文本或图形方式表达出来。2、编译。完成设计描述后即可通过编译器进行排错编译，变成特定的文本格式，为下一步的综合做准备。3、综合。将软件设计与硬件的可实现性挂钩，是将软件转化为硬件电路的关键步骤。4、行为仿真和功能仿真。利用产生的网表文件进行功能仿真，以便了解设计描述与设计意图的一致性。5、适配。利用FPGA/CPLD布局布线适配器将综合后的网表文件针对某一具体的目标器件进行逻辑映射操作，其中包括底层器件配置、逻辑分割、逻辑优化、布局布线。适配报告指明了芯片内资源的分配与利用、引脚锁定、设计的布尔方程描述情况。6、功能仿真和时序仿真。7、下载。如果以上的所有过程都没有发现问题，就可以将适配器产生的下载文件通过FPGA/CPLD下载电缆载入目标芯片中。8、硬件仿真与测试。2.1.4 EDA技术的应用及发展趋势EDA技术发展迅猛，逐渐在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。在教学方面：几乎所有理工科(特别是电子信息)类的高校都开设了EDA课程。主要是让学生了解EDA的基本原理和基本概念、掌握用VHDL描述系统逻辑的方法、使用EDA工具进行电子电路课程的模拟仿真实验。如实验教学、课程设计、毕业设计、设计竞赛等均可借助CPLDFPGA器件，使实验设备或设计出的电子系统具有高可靠性，又经济、快速、容易实现、修改便利，同时可大大提高学生的实践动手能力、创新能力和计算机应用能力。在科研方面：主要利用电路仿真工具进行电路设计与仿真；利用虚拟仪器进行产品调试；将CPLDFPGA器件的开发应用到仪器设备中，CPLDFPGA可直接应用于小批量产品的芯片或作为大批量产品的芯片前期开发。传统机电产品的升级换代和技术改造，CPLDFPGA的应用可提高传统产品的性能，缩小体积，提高技术含量和产品的附加值。作为高等院校有关专业的学生和广大的电子工程师了解和掌握这一先进技术是势在必行，这不仅是提高设计效率的需要，更是时代发展的需求，只有掌握了EDA技术才有能力参与世界电子工业市场的竞争，才能生存与发展。随着科技的进步，电子产品的更新日新月异，EDA技术作为电子产品开发研制的源动力，已成为现代电子设计的核心。所以发展EDA技术将是电子设计领域和电子产业界的一场重大的技术革命，同时也对电类课程的教学和科研提出了更深更高舶要求。在产品设计与制造方面：从高性能的微处理器 数字信号处理器一直到彩电、音响和电子玩具电路等，EDA技术不单是应用于前期的计算机模拟仿真、产品调试，而且也在PCB的制作、电子设备的研制与生产、电路板的焊接、制作过程等有重要作用。可以说EDA技术已经成为电子工业领不可缺少的技术支持。进入21世纪后，电子技术全方位纳入EDA领域 EDA使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容，突出表现在以下几个方面：使电子设计成果以自主知识产权方式得以明确表达和确认成为可能；基于EDA工具的ASIC设计标准单元已涵盖大规模电子系统及IP核模块；软硬件 IP核在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域得到进一步确认；SOC(System-onCNp)高效低成本设计技术的成熟。随着半导体技术、集成技术和计算机技术的迅猛发展，电子系统的设计方法和设计手段都发生了很大的变化。传统的“固定功能集成块十连线”的设计方法正逐步地退出历史舞台，而基于芯片的设计方法正成为现代电子系统设计。,2.2硬件描述语言（VHDL）,2.2.1 VHDL的介绍VHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可是部分,及端口)和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本。硬件描述语言VHDL是一种用于进行电子系统硬件设计的计算机高级语言，它采用软件的设计方法来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式。硬件描述语言是EDA技术的重要组成部分，是EDA设计开发中很重要的软件工具。VHDL即超高速集成电路硬件描述语言，是作为电子设计主流硬件的描述语言。它具有很强的电路描述和建模能力，能从多个层次对数字系统进行建模和描述，从而大大简化了硬件设计任务，提高了设计可靠性，用VHDL进行电子系统设计的一个很大的优点是设计者可以专心致力于其功能的实现，而不需要对不影响功能与工艺有关的因素花费过多的时间和精力。硬件描述语言可以在三个层次上进行电路描述，其层次由高到低，分为行为级、几级和门电路级。应用VHDL进行电子系统设计有以下优点：(1)VHDL的宽范围描述能力使它成为高层次设计的核心，将设计人员的工作重心提高到了系统功能的实现与调试，只需花较少的精力用于物理实现。(2)VHDL可以用简洁明确的代码描述来进行复杂控制逻辑的设计，灵活且方便，而且也便于设计结果的交流、保存和重用。(3)VHDL的设计不依赖于特定的器件，方便了工艺的转换。(4)VHDL是一个标准语言，为众多的EDA厂商支持，因此移植性好。将EDA技术与传统电子设计方法进行比较可以看出，传统的数字系统设计只能在电路板上进行设计，是一种搭积木式的方式，使复杂电路的设计、调试十分困难；如果某一过程存在错误，查找和修改十分不便；对于集成电路设计而言，设计实现过程与具体生产工艺直接相关，因此可移植性差；只有在设计出样机或生产出芯片后才能进行实现，因而开发产品的周期长。而EDA技术则有很大不同，采用可编程器件，通过设计芯片来实现系统功能。采用硬件描述语言作为设计输入和库的引入，由设计者定义器件的内部逻辑和管脚，将原来由电路板设计完成的大部分工作改在芯片的设计中进行。由于管脚定义的灵活性，大大减轻了电路图设计和电路板设计的工作量和难度，有效增强了设计的灵活性，提高了工作效率。并且可减少芯片的数量，缩小系统体积，降低能源消耗，提高了系统的性能和可靠性。能全方位地利用计算机自动设计、仿真和调试。,三、量芯式空气流量传感器,量芯式空气流量传感器的结构与翼片式流量传感器相似，如图3-1所示，主要由量芯、电位计、进气温度传感器和线束插座等组成。检测部件是一个椭圆球体型量芯，按装在进气道内并可沿进气道移动，即用量芯代替了翼片总成。电位计滑壁的一端与量芯连接，另一端设有滑动触电，量芯移动时，触点可在印刷电路板的镀膜电阻上滑动。量芯式传感器没有设制旁通进气道和怠速混合气调整螺钉，怠速时的混合气浓度由ECU根据氧传感器输入的信号进行调节。量芯式空气流量传感器的测量原理与翼片式传感器相似，如图3-2所示。,2.2.2 VHDL语言的特点,(1)VHDL 语言功能强大,设计方式多样；VHDL 语言具有强大的语言结构,只需采用简单明确的VHDL语言程序就可以描述十分复杂的硬件电路。同时,它还具有多层次的电路设计描述功能。此外,VHDL 语言能够同时支持同步电路、异步电路和随机电路的设计实现,这是其他硬件描述语言所不能比拟的。VHDL 语言设计方法灵活多样,既支持自顶向下的设计方式,也支持自底向上的设计方法;既支持模块化设计方法,也支持层次化设计方法。(2)VHDL 语言具有强大的硬件描述能力；VHDL 语言具有多层次的电路设计描述功能,既可描述系统级电路,也可以描述门级电路;描述方式既可以采用行为描述、寄存器传输描述或者结构描述,也可以采用三者的混合描述方式。同时,VHDL 语言也支持惯性延迟和传输延迟,这样可以准确地建立硬件电路的模型。VHDL 语言的强大描述能力还体现在它具有丰富的数据类型。VHDL 语言既支持标准定义的数据类型,也支持用户定义的数据类型,这样便会给硬件描述带来较大的自由度。(3)VHDL 语言具有很强的移植能力；VHDL 语言很强的移植能力主要体现在:对于同一个硬件电路的 VHDL 语言描述,它可以从一个模拟器移植到另一个模拟器上、从一个综合器移植到另一个综合器上或者从一个工作平台移植到另一个工作平台上去执行。(4)VHDL 语言的设计描述与器件无关；采用 VHDL 语言描述硬件电路时,设计人员并不需要首先考虑选择进行设计的器件。这样做的好处是可以使设计人员集中精力进行电路设计的优化,而不需要考虑其他的问题。当硬件电路的设计描述完成以后,VHDL 语言允许采用多种不同的器件结构来实现。(5)VHDL 语言程序易于共享和复用。VHDL 语言采用基于库(library)的设计方法。在设计过程中,设计人员可以建立各种可再次利用的模块,一个大规模的硬件电路的设计不可能从门级电路开始一步步地进行设计,而是一些模块的累加。这些模块可以预先设计或者使用以前设计中的存档模块,将这些模块存放在库中,就可以在以后的设计中进行复用。由于 VHDL 语言是一种描述、模拟、综合、优化和布线的标准硬件描述语言,因此它可以使设计成果在设计人员之间方便地进行交流和共享,从而减小硬件电路设计的工作量,缩短开发周期。,2.2.3 VHDL语言的基本结构,一个VHDL程序由5个部分组成，包括实体（ENTITY）、结构体（architecture）、配置（coxnfiguration）、包（package）和库（library）。实体和结构体两大部分组成程序设计的最基本单元。图2.2表示的是一个VHDL程序的基本组成。配置是用来从库中选择所需要的单元来组成该系统设计的不同规格的不同版本，VHDL和Verilog HDL已成为IEEE的标准语言，使用IEEE提供的版本。包是存放每个设计模块都能共享的设计类型、常数和子程序的集合体。库是用来存放已编译的实体、结构体、包和配置。在设计中可以使用ASIC芯片制造商提供的库，也可以使用由用户生成的IP库。2.3毕业设计课题2.3.1设计内容设计一个汽车尾灯控制系统，利用EDA系统，设计输入可采用VHDL硬件描述语言输入法和原理图输入法，在quartuesII上进行全程编译和系统仿真，通过仿真结果对系统的性能指标进行分析并查看设计的可行性，因条件有限，只能进行简单的仿真实验。2.3.2 设计要求设计一个汽车尾灯控制系统，实现对汽车尾灯显示状态的控制。根据汽车运行情况，指示灯有六种不同的状态：（1）汽车尾部左右两侧各有多盏指示灯。（2）汽车正常行驶时指示灯都不亮。（3）汽车右转弯时，右侧的一盏指示灯亮。（4）汽车左转弯时，左侧的一盏指示灯亮。（5）汽车刹车时，左右两侧的一盏指示灯同时亮。（6）汽车在夜间行驶时，左右两侧有指示灯同时一直亮，供照明使用。2.3.3汽车尾灯控制系统的工作原理 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ldright亮；当汽车向左侧转弯时，汽车左侧的指示灯ldleft亮；当汽车刹车时，汽车右侧的指示灯ldbrake1和汽车左侧的指示灯ldbrake2同时亮；当汽车在夜间行驶时，汽车右侧的指示灯ldnight1和汽车左侧的指示灯ldnight2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，雾灯信号foggy和系统的输出信号：汽车左侧3盏指示灯ldleft，dbrake1，dnight11和汽车右侧3盏指示灯ldright，ldbrake2，ldnight2实现以上功能。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案，它是由时钟分频模块、汽车尾灯主控模块、左边灯控制模块、右边灯控制模块四部分组成。,第三章 汽车尾灯控制系统设计,3.1系统组成及原理图根据计算机中状态机原理，利用VHDL设计汽车尾灯控制器的各个模块，并使用EDA 工具对各模块进行仿真验证。汽车尾灯控制器的设计分为4个模块：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。把各个模块整合后就形成了汽车尾灯控制器。通过输入系统时钟信号和相关的汽车控制信号，汽车尾灯将正确显示当前汽车的控制状态。系统的整体组装设计框3.1如下所示：,框3.1 系统设计整体框,框3.1 系统设计整体框,框3.1图,框3.1 系统设计整体框,框3.1 系统设计整体框,3.2组成模块原理及程序,本设计基于EDA系统，应用VHDL语言编程，在quartusII上进行全程编译和仿真，而VHDL的优点如下：1）.用VHDL代码而不是用原理图进行设计，意味着整个电路板的模型及性能可用计算机模拟进行验证；2）.VHDL元件的设计与工艺无关，与工艺独立，方便工艺转换；3）.VHDL支持各种设计方法，自顶向下、自底向上或者混合的都可以；4）.可以进行从系统级到逻辑级的描述，即混合描述；5）.VHDL区别于其他的HDL，已形成标准，其代码在不同的系统中可交换建模。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案，它是由时钟分频模块、汽车尾灯主控模块、左边灯控制模块、右边灯控制模块四部分组成。3.2.1 时钟分频模块数据入口：CLK：时钟输入信号；数据出口：CP：分频后输出信号；时钟分频模块由VHDL程序来实现，下面是其中的一段VHDL代码：ENTITY SZ IS PORT(CLK:IN STD_LOGIC;-时钟输入 CP:OUT STD_LOGIC);END ENTITY SZ;ARCHITECTURE ART OF SZ IS SIGNAL COUNT:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);-定义八位标准逻辑位矢量数据类型 BEGIN PROCESS(CLK)BEGIN IF CLKEVENT AND CLK=1 THEN-检测时钟上升沿 COUNT=COUNT+1;END IF;END PROCESS;CP=COUNT(3);-输出第五位END ARCHITECTURE ART;功能：该段程序用于对时钟信号进行控制，首先生成一个时钟脉冲，通过时钟分频把生成的脉冲分成一个八分频后的脉冲，实现了信号同步。,3.2.2汽车尾灯主控模块,汽车尾灯主控模块工作框图如图3.2。图3.2 汽车尾灯主控模块工作框图数据入口：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：ENTITY CTRL IS PORT(LEFT,RIGHT,BRAKE,NIGHT:IN STD_LOGIC;LP,RP,LR,BRAKE_LED,NIGHT_LED:OUT STD_LOGIC);END ENTITY CTRL;ARCHITECTURE ART OF CTRL IS BEGIN NIGHT_LEDLPLPLPLP=0;RP=0;LR=1;-当汽车刹车时，左右灯亮 END CASE;END PROCESS;END ARCHITECTURE ART;功能：该段程序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。,3.2.3左边灯控制模块,左边灯控制模块的工作框图如图3.3。图3.3 左边灯控制模块的工作框图数据入口：CLK：时钟控制信号；LP：左侧灯控制信号；LR：错误控制信号；BRAKE：刹车控制信号；NIGHT：夜间行驶控制信号；数据入口：LEDL：左侧LD1灯控制信号；LEDB：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：ENTITY LC IS PORT(CLK,LP,LR,BRAKE,NIGHT:IN STD_LOGIC;LEDL,LEDB,LEDN:OUT STD_LOGIC);END ENTITY LC;ARCHITECTURE ART OF LC IS BEGIN LEDB=BRAKE;LEDN=NIGHT;PROCESS(CLK,LP,LR)BEGIN IF CLKEVENT AND CLK=1 THEN-时钟上升沿有效 IF(LR=0)THEN-没有刹车信号时 IF(LP=0)THEN-没有左拐信号时LEDL=0;-左信号灯不亮ELSE-相反情况LEDL=1;END IF;ELSE LEDL=0;END IF;END IF;END PROCESS;END ARCHITECTURE ART;功能：本程序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。,3.2.4右边灯控制模块,右边灯控制模块的工作框图如图3.4。图3.4 右边灯控制模块的工作框图数据入口：CLK：时钟控制信号；RP：右侧灯控制信号；LR：错误控制信号；BRAKE：刹车控制信号；NIGHT：夜间行驶控制信号；数据出口：LEDR：右侧RD1灯控制信号；LEDB：右侧RD2灯控制信号；LEDN：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：ENTITY RC IS PORT(CLK,RP,LR,BRAKE,NIGHT:IN STD_LOGIC;LEDR,LEDB,LEDN:OUT STD_LOGIC);END ENTITY RC;ARCHITECTURE ART OF RC IS BEGIN LEDB=BRAKE;LEDN=NIGHT;PROCESS(CLK,RP,LR)BEGIN IF CLKEVENT AND CLK=1 THEN-检测时钟上升沿 IF(LR=0)THEN IF(RP=0)THEN LEDR=0;ELSE LEDR=1;END IF;ELSE LEDR=0;END IF;END IF;END PROCESS;END ARCHITECTURE ART;功能：本描述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。,3.2.5系统整体模块,系统控制模块的工作框图如图3.5：数据入口：CLK：时钟控制信号；RIGHT：右转信号；LEFT：左转信号；BRAKE：刹车信号；NIGHT：夜间行驶信号；数据入口：LD1：左侧左转灯信号；LD2：左侧刹车灯信号；LD3：左侧夜间行驶灯信号；RD1：右侧右转灯信号；RD2：右侧刹车灯信号；RD3：右侧夜间行驶灯信号；图3.5 系统控制模块的工作框图系统的整体组装设计原理如3.6：系统控制模块由VHDL程序来实现，下面是其中的一段VHDL代码：Signal tmp0,tmp1,tmp2,tmp3,tmp4:std_logic;Signal err0,err1,err2,err3,err4,err5:std_logic;signal bm:std_logic;BeginU1:sz port map(clk,bm);U2:ctrl port map(left,right,brake,night,tmp0,tmp1,tmp2,tmp3,tmp4);U3:lc port map(clk,tmp0,tmp2,tmp3,tmp4,err0,err1,err2);U4:rc port map(clk,tmp1,tmp2,tmp3,tmp4,err3,err4,err5);Ld1=err0 and bm;Ld2=err1;Ld3=err2;Rd1=err3 and bm;Rd2=err4;Rd3=err5;End;系统整体模块的编程是通过原件例化语句和模块调用，再经过信号内部连接级端口映射来实现整合和功能磨合的，需要细心的设计。图3.6 系统的整体组装设计原理汽车尾灯控制系统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、RD3实现以上功能。,第四章 仿真结果及分析,4.1分频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4.1。图4.1 时钟模块时序仿真图分析：这模块的功能是用于对时钟信号进行控制，首先生成一个时钟脉冲，通过时钟分频把生成的脉冲分成一个八分频后的脉冲，实现了信号同步。对时序仿真图进行分析：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。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，其仿真图如图4.2。分析：这模块的功能是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。图4.2 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。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，其仿真图如图4.3。分析：这模块的功能是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。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4.3 左边灯控制模块时序仿真图,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，其仿真图如图4.4。图4.4 右边灯控制模块时序仿真图分析：这模块的功能是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。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。4.5整个系统仿真及分析图4.5系统整体模块时序仿真图分析：这模块的功能是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。对时序仿真图进行分析：输入刹车信号一直为高电平，输出LD2灯和RD2灯也为长亮；左转信号为高电平时，LD1灯闪烁，右转信号为高电平时，RD1灯闪烁；当左转信号和右转信号同时为高电平时，LD1灯和RD1灯都不亮；夜间行驶信号为高电平时，LD3灯和RD3灯同时亮。波形仿真结果满足预期的功能。,结束语,本次设计不仅仅培养了我们实际操作能力，也培养了我们灵活运用课本知识，理论联系实际，独立自主的进行设计的能力。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。希望学校以后多安排一些类似的实践环节，让同学们学以致用。通过本次设计，我对EDA技术有了更深的了解，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。此外，我还进一步熟悉了quartusII，深刻体会到了用软件实现硬件设计的便捷与优越。这次设计中我也遇到了一些问题，但通过相关资料的查询，在老师的指导和同学们的帮助下，都顺利得以解决。这些经历使我得以积累了一定的经验，相信对以后学习设计工作也会有一定的帮助！,