(完整word版)汽车尾灯控制器的设计.EDA课程设计

1、探2008级学生EDA 课程设计探崗衍挾京呼略EDA 课程设计报告书课题名称汽车尾灯控制器的设计姓名谢亨学号0812201 -48院系物理与电信工程系专业电子信息工程指导教师周来秀讲师20112011 年 6 6 月 1010 日1设计任务及要求:设计一个汽车尾灯控制器，功能及要求如下：（1）汽车正常行驶时，指示灯不亮。（2）汽车右转时，右侧的指示灯亮。（3）汽车左转时，左侧的指示灯亮。（4）汽车刹车时，左右两侧的指示灯同时亮。（5）汽车在雾中行驶时，左侧的指示灯不断闪烁。（6）汽车在倒车时，右侧的指示灯不断闪烁。指导教师签名：年 月 日、指导教师评语:指导教师签名：年 月 日二、成绩验收盖章

2、年 月 日图 3.1 整体设计方框图2汽车尾灯控制器的设计谢亨(湖南城市学院物理与电信工程系电子信息工程专业，湖南益阳，41300)1设计目的(1) 学会在 QuartusU环境中运用 VHDL 语言设计方法来构建具有一定逻辑功 能的模块，并能运用原理图设计方法完成顶层设计。 掌握所学的课程知识和基本 单元电路的综合设计应用。(2) 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，提高设计 能力，并掌握汽车尾灯控制在 FPGA 中实现的方法。2设计的主要内容和要求(1) 汽车正常行驶时，指示灯不亮。(2) 汽车右转时，右侧的指示灯亮。(3) 汽车左转时，左侧的指示灯亮。(4) 汽车刹车

3、时，左右两侧的指示灯同时亮。(5) 汽车在雾中行驶时，左侧的指示灯不断闪烁。(6) 汽车在倒车时，右侧的指示灯不断闪烁。3整体设计方案汽车尾灯控制器就是一个状态机的实例。整体设计方框图如图3.1 所示左侧控制模块主控制模块( (含CLK)雾、倒车控制模块显示模块3整个系统由 4 个模块组成：主控制模块，左侧控制模块，雾、倒车控制模块， 右侧控制模块和显示模块。其中主控制模块主要包括转向控制、 雾中行驶控制和 倒车控制，CLK 为时钟信号。左侧控制模块主要包括对左侧转向和刹车指示灯 的控制。右侧控制模块主要包括对右侧转向和刹车指示灯的控制。雾、倒车控制模块主要包括对雾中行驶指示灯和倒车指示灯的控

4、制。显示模块为各状态的指示灯。汽车尾灯控制器工作过程：当汽车正常行驶时所有指示灯都不亮；汽车右转 弯时，汽车右侧的指示灯 RD1 亮；汽车左转弯时，汽车左侧的指示灯 LD1 亮；刹 车时，汽车右侧的指示灯 RD2 和左侧的指示灯 LD2 同时亮；汽车在雾中行驶时， 左侧的指示灯LD3 不断闪烁。汽车在倒车时，右侧的指示灯 RD3 不断闪烁。各个 状态之间相互不影响。4硬件电路的设计根据汽车尾灯工作过程，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 刹车控制信号 BRAKE 雾中行 驶控制信号 FOG 倒车控制信号 BACK 和系统的输出信

5、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 来实现尾灯控制器的功能。系统的整体设计原理图如图 4.1 所示。L_ctrl .I右侧控制模块图 3.1 整体设计方框图4图 4.1 整体设计原理图系统的工作原理及过程：当汽车正常行驶时所有指示灯都不亮；汽车在右转 弯时，右转弯控制信号 RIGHT 为 1,此时汽车右侧的指示灯 RD1 亮；汽车在左转 弯时，左转弯控制信号 LEFT 为 1,此时汽车左侧的指示灯 LD1 亮；汽车在刹车 时，刹车控制信号BRAKE 为 1,此时汽车右侧的指示灯 RD2 和左侧的指示灯 LD2 同时亮；汽车在雾

6、中行驶时，雾中行驶控制信号 FOG 为 1,此时汽车左侧的指示 灯 LD3 不断闪烁（闪烁的频率与时钟 CLK 的频率相等）。汽车在倒车时，倒车控 制信号 BACK 为 1,此时汽车右侧的指示灯 RD3 不断闪烁（闪烁的频率与时钟 CLK 的频率相等）。在汽车尾灯控制器工作过程中各个状态之间无影响。5软件设计5.1 主控制模块主控制模块 master 如图 5.1 所示，LEFT 为汽车左转弯控制信号 LEFT RIGHT 为汽车右转弯控制信号，BRAKES 刹车控制信号，FOG 为雾中行驶控制信号，BACK 为倒车控制信号，上述信号均在高电平时有效。LP 为左转弯输出脉冲：当 LEFT为 1

7、, CLK 由 0 往 1 跳变时 LP 输出为 1。RP 为右转弯输出脉冲：当 RIGHT 为 1, CLK由 0 往 1 跳变时 RP 输出为 1。LR 为左侧控制模块和右侧控制模块的使能信 号（低电平有效）当 LEFT 和 RIGHT 同时为 1 时，LR 输出为 1,此时左右两侧控 制模块均不起5作用。F 为雾中行驶输出脉冲：当 FOG 为 1, CLK 由 0 往 1 跳变时 F 输出为 1。B 为倒车输出脉冲：当 BACK 为 1, CLK 由 0 往 1 跳变时 B 输出为 1。 BRAKE_LE 为刹车输出脉冲：当 BRAKES 1, CLK 由 0 往 1 跳变时 BRAKE

8、_LE 输 出为 1。该模块各输入输出信号之间无影响。图 5.1 主控制模块图主控制模块由 VHDL 程序来实现，下面是其中的一段 VHDL 弋码：ENTITY master ISPORT (LEFT,RIGHT,BRAKE,FOG,BACK: IN STD_LOGIC;-端口定义LP,RP,LR,F,B,BRAKE_LED:OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE ART OF master ISBEGINBRAKE_LED=BRAKE;-将刹车控制信号 BRAKE 赋给刹车输出脉冲 BRAKE_LEDF=FOG;- 将雾中行驶控制信号 FOG 赋给雾中行驶输出脉冲 F

9、BLP=0;RP=0;LRLPLP=1;RP=0;LRLPv=0;RP=0;LRv=1;-LR为 1,转弯无效6END CASE;END PROCESS;END ART;5.2 左侧控制模块左侧控制模块 L_ctrl如图 5.2所示， CLK为时钟输入信号； LP为左转弯输 入脉冲(高电平有效)； LR 为该模块使能信号(低电平有效)； BRAKES 刹车输入 脉冲(高电平有效)；LEDL 为左转弯输出信号：当 LP 为 1, CLK 由 0 往 1 跳变时 LEDL 输出为 1； LEDB为杀 V 车输出信号：当 BRAKES 1, CLK 由 0 往 1 跳变时 LEDB 输出为 1。该模

10、块中各个输入输出信号之间无影响。左侧控制模块由 VHDI 程序来实现，下面是其中的一段 VHDL 弋码：ENTITY L_ctrl ISPORT(CLK,LP, LR,BRAKE:IN STD_LOGIC;-端口定义LEDL,LEDB: OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE ART OF L_ctrl ISBEGINLEDB=BRAKE;-将刹车输入脉冲BRAKE赋给刹车输出信号LEDBPROCESS(CLK,LP,LR)BEGINIF CLKEVENT AND CLK = 1 THEN-上升沿有效1CLKLEDLLPLEDBLR1BRAKEL CtrlKKinst图

11、 5.2 左侧控制模块图7IF(LR =0)THEN-转弯使能信号LRIF(LP = O)THEN-左转弯输入脉冲LP为高时，左转弯输出信号LEDL输出为高LEDL=0;ELSELEDL=1;END IF;ELSELEDL =0;END IF;END IF;END PROCESS;END ART;5.3 雾、倒车控制模块雾、倒车控制模块 FogBack 如图 5.3 所示，CLK 为时钟输入信号；F 为雾中 行驶输入脉冲（高电平有效）;B为倒车输入脉冲（高电平有效）；LEDFO 为雾中 行驶输出信号：当 F 为 1 时，LEDFO 输出为 CLK 信号（即高低电平，频率与时 钟信号一致）；LE

12、DBAC 为倒车输出信号：当 B 为 1 时，LEDBAC 输出为 CLK 信号（即高低电平，频率与时钟信号一致）。该模块中各个输入输出信号之间无影响。FogBack雾、倒车控制模块由 VHDL 程序来实现，下面是其中的一段 VHDL 弋码:ENTITY FogBack ISPORT(CLK,F,B:IN STD_LOGIC;-端口定义LEDFOG ,L EDBACK: OUT STD_LOGIC);CLKLEDFOGFLEDBACKXBinst图 5.3 雾、倒车控制模块图XX8END;ARCHITECTURE ART OF FogBack ISBEGINPROCESS(CLK,F,B)BE

13、GINIF(F = 1)THEN-判断雾中行驶输入脉冲 F 是否为高电平LEDFOG =CLK;-若 F 为高，将时钟信号赋给雾中行驶输岀信号LEDFOGELSE LEDFOG=0;-若 F 为低，LEDFOG 为低END IF;IF (B = 1) THEN-判断倒车输入脉冲B 是否为高电平LEDBACK =CLK;-若 B 为高，将时钟信号赋给倒车输出信号LEDBACKELSE LEDBACK=0;-若 B 为低，LEDBACK 为低END IF;END PROCESS;END ART;95.4 右侧控制模块右侧控制模块 R_ctrl 如图 5.4 所示，CLK 为时钟输入信号；RP 为右

14、转弯输 入脉冲（高电平有效）；LR 为该模块使能信号（低电平有效）；BRAKES 刹车输入 脉冲（高电平有效）；LEDF 为右转弯输出信号：当 RP 为 1, CLK 由 0 往 1 跳变时 LEDR 俞出为 1。LEDB 为杀 V 车输出信号：当 BRAKES 1, CLK 由 0 往 1 跳变时 LEDB 输出为 1。该模块中各个输入输出信号之间无影响。ctrlinst图 5.4 右侧控制模块图右侧控制模块由 VHDL 程序来实现，下面是其中的一段 VHDL 弋码:BEGINLEDB=BRAKE;-将刹车输入脉冲BRAKE赋给刹车输出信号LEDBPROCESS（CLK,RP,LR）BEGI

15、NIF CLKEVENT AND CLK = 1 THEN-上升沿有效IF(LR = 0)THEN-转弯使能信号LRIF(RP = 0)THEN-右转弯输入脉冲 RP 为高时，右转弯输出信号LEDR输出为高LEDR =0;ELSELEDR = 1;END IF;ELSELEDR 1till111111ipi11金4LEDBBiii11111111iiiLEDRBiiiiiiiii1Ii1i11111i1iiiiiPi11图 6.4 右侧控制模块仿真图对时序仿真图进行分析：RP,LR,BRAK 助输入信号，CLK 为时钟输入信号。RP 为1 表示右转，LR 为 1 表示该模块没有被使能，BRAK

16、ES 1 表示刹车。LEDR,LEDB 为输出信号,并与汽车右侧的两盏指示灯相连。如图所示：当RP 为 1 时，LEDR输出为 1 表示右侧一盏指示灯亮，此时为右转弯；当 BRAKES 1 时，LEDB1出 为 1表示右侧一盏指示灯亮，此时为刹车。由仿真图分析可知该模块中各个输入 输出信号之间无影响。6.5 控制器系统仿真按图 4.1 连接好各模块组成的尾灯控制器系统的仿真图如图6.5 所示。图 6.5 控制器系统仿真图对时序仿真图进行分析：CLK 为时钟输入信号，LEFT 为汽车左转弯控制信号,RIGHT 为汽车右转弯控制信号，BRAKE 为刹车控制信号，FOG 为雾中行驶控制信 号，Han

17、eValue al !17.63IU1吹ClB 0UF1B jWBIGHTB 3BKAKEB J叭FOGB DKBOB J0bLDLB j07KDLS JLD?i： 0*1003H 011BJ3S 0)1400 0 m QUO 0 ni3.Zus14BACK 为倒车控制信号，上述信号均在高电平时有效。LD1 为左转弯输出信号: 当 LEFT为 1, CLK 由 0 往 1 跳变时 LD1 输出为 1,此时 LD1 指示灯亮。RD1 为右 转弯输出信号：当 RIGHT 为 1, CLK 由 0 往 1 跳变时 RD1 输出为 1,此时 RD1 指 示灯亮。LD2 和RD2 为刹车输出信号：当 B

18、RAKES 1，CLK 由 0 往 1 跳变时 LD2 和 RD2 输出均为 1,此时 LD2 RD2 指示灯亮。LD3 为雾中行驶输出信号：当 FOG 为 1 时，LD3 输出为时钟信号（CLK,此时 LD3 指示灯不断闪烁。RD3 为倒车输 出信号：当 BACK 为 1 时，RD3 输出为时钟信号（CLK,此时 RD3 指示灯不断闪 烁。通过对该系统仿真图的分析可知该系统中各输入输出信号之间无影响。7设计总结本次课程设计使我受益匪浅，他使我更加深入的了解了硬件设计的整个流程，并且加深了我对 EDA 技术这门的课内容的理解，让我巩固了以前所学过的 知识。通过本次课程设计，我加深了我对 VHDL 语言的理解，扩充了我的知识 面。本次设计课不仅仅培养了我们的实际操作能力， 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。本次课程设计给我提供了一个既动手又动脑、自学、独立实践的机会，也培 养了我的耐心和毅力， 设计中遇到不少问题， 而一个小小的错误就会导致结果的 不正确，而对错误的检查要求我要有足够的耐心， 因此本次课程设计使我积累了