汽車尾燈課程設(shè)計vhdl

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1.引 言1</b></p><p>　　1.1設(shè)計的目的1</p><p>　　1.2設(shè)計的基本內(nèi)容1</p><p>　　1.3 EDA的介紹1</p><p>　　1.3.1 EDA技

2、術(shù)的概念1</p><p>　　1.3.2 EDA技術(shù)的特點2</p><p>　　1.3.3 EDA設(shè)計流程2</p><p>　　1.4硬件描述語言（VHDL）2</p><p>　　1.4.1 VHDL的介紹2</p><p>　　1.4.2 VHDL語言的特點3</p><p&g

3、t;<b>　　2.總體設(shè)計4</b></p><p><b>　　2.1需求分析4</b></p><p>　　2.2汽車尾燈控制器的工作原理4</p><p>　　2.3 汽車運行狀態(tài)表和總體框圖5</p><p><b>　　3.詳細設(shè)計6</b></p&

4、gt;<p>　　3.1各組成模塊6</p><p>　　3.2時鐘分頻模塊6</p><p>　　3.3 汽車尾燈主控模塊6</p><p>　　3.4左邊燈控制模塊7</p><p>　　3.5右邊燈控制模塊9</p><p>　　4.系統(tǒng)仿真與調(diào)試10</p><p&

5、gt;　　4.1分頻模塊仿真及分析10</p><p>　　4.2汽車尾燈主控模塊仿真及分析10</p><p>　　4.3左邊燈控制模塊仿真及分析11</p><p>　　4.4右邊燈控制模塊仿真及分析11</p><p>　　4.5整個系統(tǒng)仿真及分析12</p><p>　　4.6 總體設(shè)計電路圖12&

6、lt;/p><p><b>　　總結(jié)13</b></p><p><b>　　參考文獻14</b></p><p><b>　　1.引 言</b></p><p>　　隨著社會的發(fā)展，科學技術(shù)也在不斷的進步，狀態(tài)機的應用越來越廣泛。現(xiàn)代交通越來越擁擠，安全問題日益突出，在這種

7、情況下汽車尾燈控制器的設(shè)計成為解決交通安全問題一種好的途徑。在本課程設(shè)計根據(jù)狀態(tài)機原理[1]實現(xiàn)了汽車尾燈常用控制。</p><p><b>　　1.1設(shè)計的目的</b></p><p>　　本次設(shè)計的目的就是通過實踐深入理解計算機組成原理，了解EDA技術(shù)[2]并掌握VHDL硬件描述語言的設(shè)計方法和思想。以計算機組成原理為指導，通過學習的VHDL語言結(jié)合電子電路的設(shè)計

8、知識理論聯(lián)系實際，掌握所學的課程知識和基本單元電路的綜合設(shè)計應用。通過對實用汽車尾燈控制器[3]的設(shè)計，鞏固和綜合運用所學知識，提高IC設(shè)計能力，提高分析、解決計算機技術(shù)實際問題的獨立工作能力。</p><p>　　1.2設(shè)計的基本內(nèi)容</p><p>　　根據(jù)計算機中狀態(tài)機原理，利用VHDL設(shè)計汽車尾燈控制器的各個模塊，并使用EDA 工具對各模塊進行仿真驗證。汽車尾燈控制器的設(shè)計分為4個

9、模塊：時鐘分頻模塊、汽車尾燈主控模塊，左邊燈控制模塊和右邊燈控制模塊。把各個模塊整合后就形成了汽車尾燈控制器。通過輸入系統(tǒng)時鐘信號和相關(guān)的汽車控制信號，汽車尾燈將正確顯示當前汽車的控制狀態(tài)。</p><p>　　1.3 EDA的介紹 </p><p>　　1.3.1 EDA技術(shù)的概念</p><p>　　EDA是電子設(shè)計自動化（Electronic Design A

10、utomation）的縮寫，在20世紀90年代初從計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助測試（CAT）和計算機輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來的。EDA技術(shù)就是以計算機為工具，設(shè)計者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言HDL完成設(shè)計文件，然后由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。</p><p>　　1

11、.3.2 EDA技術(shù)的特點</p><p>　　利用EDA技術(shù)進行電子系統(tǒng)的設(shè)計，具有以下幾個特點：① 用軟件的方式設(shè)計硬件；② 用軟件方式設(shè)計的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)的開發(fā)軟件自動完成的；③ 設(shè)計過程中可用有關(guān)軟件進行各種仿真；④ 系統(tǒng)可現(xiàn)場編程，在線升級；⑤ 整個系統(tǒng)可集成在一個芯片上，體積小、功耗低、可靠性高。因此，EDA技術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計的發(fā)展趨勢。</p><p>　　1.

12、3.3 EDA設(shè)計流程</p><p>　　典型的EDA設(shè)計流程如下:</p><p>　　1、文本/原理圖編輯與修改。首先利用EDA工具的文本或圖形編輯器將設(shè)計者的設(shè)計意圖用文本或圖形方式表達出來。 　　2、編譯。完成設(shè)計描述后即可通過編譯器進行排錯編譯，變成特定的文本格式，為下一步的綜合做準備。 　　3、 綜合。將軟件設(shè)計與硬件的可實現(xiàn)性掛鉤，是將軟件轉(zhuǎn)化為硬件電路的關(guān)鍵步驟。&l

13、t;/p><p>　　4、 行為仿真和功能仿真。利用產(chǎn)生的網(wǎng)表文件進行功能仿真，以便了解設(shè)計描述與設(shè)計意圖的一致性?！　?、適配。利用FPGA/CPLD布局布線適配器將綜合后的網(wǎng)表文件針對某一具體的目標器件進行邏輯映射操作，其中包括底層器件配置、邏輯分割、邏輯優(yōu)化、布局布線。適配報告指明了芯片內(nèi)資源的分配與利用、引腳鎖定、設(shè)計的布爾方程描述情況。 　　6、 功能仿真和時序仿真。</p><p&

14、gt;　　7、 下載。如果以上的所有過程都沒有發(fā)現(xiàn)問題，就可以將適配器產(chǎn)生的下載文件通過FPGA/CPLD下載電纜載入目標芯片中。</p><p>　　8、 硬件仿真與測試。</p><p>　　1.4硬件描述語言（VHDL）</p><p>　　1.4.1 VHDL的介紹</p><p>　　VHDL(Very-High-Speed Int

15、egrated Circuit Hardware Description Language)主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，行為，功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語句外，VHDL的語言形式和描述風格與句法是十分類似于一般的計算機高級語言。VHDL的程序結(jié)構(gòu)特點是將一項工程設(shè)計，或稱設(shè)計實體（可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統(tǒng)）分成外部（或稱可是部分,及端口)和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在對一個設(shè)計

16、實體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設(shè)計就可以直接調(diào)用這個實體。這種將設(shè)計實體分成內(nèi)外部分的概念是VHDL系統(tǒng)設(shè)計的基本</p><p>　　1.4.2 VHDL語言的特點</p><p>　　1.用VHDL代碼而不是用原理圖進行設(shè)計，意味著整個電路板的模型及性能可用計算機模擬進行驗證。</p><p>　　2.VHDL元件的設(shè)計與工藝無關(guān)，與工藝獨立

17、，方便工藝轉(zhuǎn)換。</p><p>　　3.VHDL支持各種設(shè)計方法，自頂向下、自底向上或者混合的都可以。</p><p>　　4.可以進行從系統(tǒng)級到邏輯級的描述，即混合描述。</p><p>　　5.VHDL區(qū)別于其他的HDL，已形成標準，其代碼在不同的系統(tǒng)中可交換建模。</p><p><b>　　2.總體設(shè)計</b>

18、</p><p><b>　　2.1需求分析</b></p><p>　　根據(jù)現(xiàn)代交通規(guī)則，汽車尾燈控制器應滿足以下基本要求：</p><p>　　1.汽車正常使用是指示燈不亮</p><p>　　2.汽車右轉(zhuǎn)時，右側(cè)的一盞燈亮</p><p>　　3.汽車左轉(zhuǎn)時，左側(cè)的一盞燈亮</p>

19、;<p>　　4.汽車剎車時，左右兩側(cè)的指示燈同時亮</p><p>　　5.汽車夜間行駛時，左右兩側(cè)的指示燈同時一直亮，供照明使用 </p><p>　　2.2汽車尾燈控制器的工作原理</p><p>　　汽車尾燈控制器就是一個狀態(tài)機的實例。當汽車正常行駛時所有指示燈都不亮；當汽車向右轉(zhuǎn)彎時，汽車右側(cè)的指示燈RD1亮；當汽車向左側(cè)轉(zhuǎn)彎時，汽車左側(cè)的指

20、示燈LD1亮；當汽車剎車時，汽車右側(cè)的指示燈RD2和汽車左側(cè)的指示燈LD2同時亮；當汽車在夜間行駛時，汽車右側(cè)的指示燈RD3和汽車左側(cè)的指示燈LD3同時一直亮。通過設(shè)置系統(tǒng)的輸入信號：系統(tǒng)時鐘信號CLK，汽車左轉(zhuǎn)彎控制信號LEFT，汽車右轉(zhuǎn)彎控制信號RIGHT，剎車信號BRAKE，夜間行駛信號NIGHT和系統(tǒng)的輸出信號：汽車左側(cè)3盞指示燈LD1、LD2、LD3和汽車右側(cè)3盞指示燈RD1、RD2、</p><p>

21、　　RD3實現(xiàn)以上功能。系統(tǒng)的整體組裝設(shè)計原理如圖3.1所示。</p><p>　　圖2.3整體組裝設(shè)計原理</p><p>　　2.3 汽車運行狀態(tài)表和總體框圖</p><p>　　汽車尾燈和汽車運行狀態(tài)表如表1所示。</p><p>　　汽車尾燈和汽車運行狀態(tài)表1-1</p><p>　　汽車尾燈控制電路設(shè)計總體框

22、圖如圖1所示：</p><p>　　圖1 汽車尾燈控制電路設(shè)計總體框圖</p><p><b>　　3.詳細設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1各組成模塊</b></p><p>　　實現(xiàn)的主要功能是通過開關(guān)控制從而實現(xiàn)汽車尾燈的點亮方式。汽車尾燈控制器有4個模塊組成，分別為：時鐘

23、分頻模塊、汽車尾燈主控模塊，左邊燈控制模塊和右邊燈控制模塊，以下介紹各模塊的詳細設(shè)計。</p><p><b>　　3.2時鐘分頻模塊</b></p><p>　　整個時鐘分頻模塊的工作框圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2時鐘分頻模塊工作框圖</p><p>　　時鐘分頻模塊由VHDL程序來實現(xiàn)，下面是其中

24、的一段VHDL代碼：</p><p>　　ARCHITECTURE ART OF SZ IS</p><p>　　SIGNAL COUNT:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　PROCESS(CLK)</p><

25、;p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　IF CLK'EVENT AND CLK = '1'THEN</p><p>　　COUNT <= COUNT + 1;</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　END PR

26、OCESS;</p><p>　　CP<= COUNT(3);</p><p><b>　　END ART;</b></p><p>　　3.3 汽車尾燈主控模塊</p><p>　　汽車尾燈主控模塊工作框圖如圖3.3所示</p><p>　　圖3.3 主控模塊工作框圖</p>

27、<p>　　汽車尾燈主控模塊由VHDL程序來實現(xiàn)，下面是其中的一段VHDL代碼：</p><p>　　ARCHITECTURE ART OF CTRL IS</p><p><b>　　BEGIN </b></p><p>　　NIGHT_LED<=NIGHT;</p><p>　　BRAKE_LED&

28、lt;=BAKE;</p><p>　　PROCESS(LEFT,RIGHT)</p><p>　　VARIABLE TEMP:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　TEMP:=LEFT & RIGHT;</p>

29、<p>　　CASE TEMP IS</p><p>　　WHEN "00" =>LP<='0';RP<='0';LR<='0';</p><p>　　WHEN "01" =>LP<='0';RP<='1';LR&l

30、t;='0';</p><p>　　WHEN "10" =>LP<='1';RP<='0';LR<='0';</p><p>　　WHEN OTHERS=>LP<='0';RP<='0';LR<='1';<

31、/p><p><b>　　END CASE;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><p><b>　　END ART;</b></p><p>　　3.4左邊燈控制模塊 </p><p>　　左邊燈控制模塊的工作框圖如圖3.4所示。</p>

32、<p>　　圖3.4左邊燈控制模塊的工作框圖</p><p>　　左邊燈控制模塊由VHDL程序來實現(xiàn)，下面是其中的一段VHDL代碼：</p><p>　　ARCHITECTURE ART OF LC IS</p><p><b>　　BEGIN </b></p><p>　　LEDB<=BRAKE;&l

33、t;/p><p>　　LEDN<=NIGHT;</p><p>　　PROCESS(CLK,LP,LR)</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　IF CLK'EVENT AND CLK = '1' THEN</p><p>　　IF(LR =

34、'0')THEN</p><p>　　IF(LP = '0')THEN</p><p>　　LEDL<='0';</p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　LEDL<='1';</p><p>&l

35、t;b>　　END IF;</b></p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　LEDL <='0';</p><p><b>　　END IF; </b></p><p><b>　　END IF;</b><

36、/p><p>　　END PROCESS;</p><p><b>　　END ART;</b></p><p>　　3.5右邊燈控制模塊</p><p>　　右邊燈控制模塊的工作框圖如圖3.5所示</p><p>　　圖3.5 右邊燈控制模塊的工作框圖</p><p>　　右

37、邊燈控制模塊由VHDL程序來實現(xiàn)，下面是其中的一段VHDL代碼：</p><p>　　ARCHITECTURE ART OF RC IS</p><p><b>　　BEGIN </b></p><p>　　LEDB<=BRAKE;</p><p>　　LEDN<=NIGHT;</p><

38、p>　　PROCESS(CLK,RP,LR)</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　IF CLK'EVENT AND CLK = '1' THEN</p><p>　　IF(LR = '0')THEN</p><p>　　IF(RP = '

39、;0')THEN</p><p>　　LEDR <='0';</p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　LEDR <= '1';</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>&

40、lt;b>　　ELSE</b></p><p>　　LEDR <='0';</p><p><b>　　END IF;</b></p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><p&

41、gt;<b>　　END ART;</b></p><p><b>　　4.系統(tǒng)仿真與調(diào)試</b></p><p>　　4.1分頻模塊仿真及分析</p><p>　　分頻模塊由VHDL程序?qū)崿F(xiàn)后，其仿真圖如圖4.1所示</p><p>　　圖4.1 分頻模塊仿真圖</p><p&

42、gt;　　對其仿真圖進行仿真分析：如圖所示,首先生成一個600ns的時鐘脈沖，通過時鐘分頻把600ns的脈沖分成一個40ns的脈沖，實現(xiàn)了信號同步。</p><p>　　4.2汽車尾燈主控模塊仿真及分析</p><p>　　汽車尾燈主控模塊由VHDL程序?qū)崿F(xiàn)后，其仿真圖如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2主控模塊時序仿真圖</p><p

43、>　　對時序仿真圖進行分析：RIGHT，LEFT,NIGHT,BRAKE 為輸入信號，RIGHT為1表示右轉(zhuǎn)，LEFT為1表示左轉(zhuǎn)，NIGHT為1表示夜間行路，BRAKE為1表示剎車。RP,LP,NIGHT_LED,BRAKE_LED為輸出信號。如圖所示：當RIGHT為1時，產(chǎn)生一個RP為1的信號脈沖輸出，當LEFT為1時，產(chǎn)生一個LP為1的信號脈沖輸出，當NIGHT為1時，產(chǎn)生一個NIGHT_LED為1的信號脈沖輸出。當BRAK

44、E為1時，產(chǎn)生一個BRAKE_LED為1的信號脈沖輸出。</p><p>　　4.3左邊燈控制模塊仿真及分析</p><p>　　左邊燈控制模塊由VHDL程序?qū)崿F(xiàn)后，其仿真圖如下圖4.3所示。</p><p>　　對時序仿真圖進行分析：LP，LR,NIGHT,BRAKE 為輸入信號，LP為1表示左轉(zhuǎn)，LR為1表示右轉(zhuǎn)，NIGHT為1表示夜間行路，BRAKE為1表示剎

45、車。LEDL,LEDB,LEDN為輸出信號,表示汽車左側(cè)的三盞燈。如圖所示：當LP為1時，LEDL輸出為1表示左側(cè)燈亮，當BRAKE為1時，LEDB輸出為1表示左側(cè)燈亮，當NIGHT為1時，LEDN輸出為1表示左側(cè)燈亮。當LR為1時，左側(cè)三盞燈輸出均為0。即沒有燈亮。</p><p>　　圖4.3左邊燈控制模塊時序仿真圖</p><p>　　4.4右邊燈控制模塊仿真及分析</p>

46、;<p>　　右邊燈控制模塊由VHDL程序?qū)崿F(xiàn)后，其仿真圖如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 右邊燈控制模塊時序仿真圖</p><p>　　對時序仿真圖進行分析：RP，LR,NIGHT,BRAKE 為輸入信號，LR為1表示左轉(zhuǎn)，RP為1表示右轉(zhuǎn)，NIGHT為1表示夜間行路，BRAKE為1表示剎車。LEDR,LEDB,LEDN為輸出信號,表示汽車右側(cè)的三盞燈。如圖所

47、示：當RP為1時，LEDR輸出為1表示右側(cè)燈亮，當BRAKE為1時，LEDB輸出為1表示右側(cè)燈亮，當NIGHT為1時，LEDN輸出為1表示右側(cè)燈亮。當LR為1時，右側(cè)三盞燈輸出均為0。即沒有燈亮。 </p><p>　　4.5整個系統(tǒng)仿真及分析</p><p>　　按圖2.3組裝系統(tǒng)后的仿真圖如下圖4.5所示。</p><p>　　對時序仿真圖進行分析：RIGHT，

48、LEFT,NIGHT,BRAKE 為輸入信號，RIGHT為1表示右轉(zhuǎn)，LEFT為1表示左轉(zhuǎn)，NIGHT為1表示夜間行路，BRAKE為1表示剎車。RD1,RD2,RD3為輸出信號，表示汽車右側(cè)的三盞燈。LD1,LD2,LD3為輸出信號，表示汽車左側(cè)的三盞燈。如圖所示：當RIGHT為1時，RD1輸出為1表示右側(cè)燈亮，當LEFT為1時，LD1為輸出為1表示左側(cè)燈亮，當NIGHT為1時，LD2,RD2輸出均為1，表示左，右兩側(cè)各有一盞燈亮。當B

49、RAKE為1時，LD3,RD3輸出均為1，表示左，右兩側(cè)各有一盞燈亮。</p><p>　　圖4.5 整個系統(tǒng)仿真圖</p><p>　　4.6 總體設(shè)計電路圖</p><p>　　圖4.6總體設(shè)計電路圖</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過兩星期的緊張工作，最后完成

50、了我的設(shè)計任務——汽車尾燈控制器的設(shè)計。通過本次課程設(shè)計的學習，我深深的體會到設(shè)計課的重要性和目的性。本次設(shè)計課不僅僅培養(yǎng)了我們實際操作能力，也培養(yǎng)了我們靈活運用課本知識，理論聯(lián)系實際，獨立自主的進行設(shè)計的能力。它不僅僅是一個學習新知識新方法的好機會，同時也是對我所學知識的一次綜合的檢驗和復習，使我明白了自己的缺陷所在，從而查漏補缺。希望學校以后多安排一些類似的實踐環(huán)節(jié)，讓同學們學以致用。</p><p>　　在

51、設(shè)計中要求我要有耐心和毅力，還要細心，稍有不慎，一個小小的錯誤就會導致結(jié)果的不正確，而對錯誤的檢查要求我要有足夠的耐心，通過這次設(shè)計和設(shè)計中遇到的問題，也積累了一定的經(jīng)驗，對以后從事集成電路設(shè)計工作會有一定的幫助。在應用VHDL的過程中讓我真正領(lǐng)會到了其并行運行與其他軟件順序執(zhí)行的差別及其在電路設(shè)計上的優(yōu)越性。用VHDL硬件描述語言的形式來進行數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方便靈活，利用EDA軟件進行編譯優(yōu)化仿真極大地減少了電路設(shè)計時間和可能發(fā)生的錯誤

52、，降低了開發(fā)成本，這種設(shè)計方法必將在未來的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中發(fā)揮越來越重要的作用。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 王愛英.計算機組成與結(jié)構(gòu).北京:清華大學出版社,2001.2， </p><p>　　[2]黃仁欣.EDA技術(shù)實用教程.北京:清華大學出版社,2006</p><p>

53、;　　[3] 曹昕燕，周鳳臣，聶春燕.EDA技術(shù)實驗與課程設(shè)計.北京:清華大學出版社,2006.5</p><p>　　[4] 楊亦華,延明.數(shù)字電路EDA入門.北京:北京郵電大學出版社,2003</p><p>　　[5] 彭容修,《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》, 武漢,武漢理工大學出版社,2005</p><p>　　[6] 潘松 ,黃繼業(yè)《EDA技術(shù)與VHDL》,北京