硬件课程设计 汽车尾灯

1、学 号： 0540410118课 程 设 计题 目汽车尾灯控制教 学 院计算机学院专 业计算机科学与技术班 级05级本（1）班姓 名石 广指导教师马学军 晏伯武 姚 莉 张 玲2008年12月30日目 录1概述11.1硬件描述语言简介1VHDL的起源与发展1EDA技术的发展史1本设计所使用的开发工具11.2课程设计的目的11.3课程设计的要求11.4设计思路21.5功能要求22 总体方案设计32.1选择方案3方案一3方案二33详细设计43.1细化框图4汽车尾灯主控制模块4左尾灯功能模块4右侧尾灯功能模块5夜间行驶功能控制模块5刹车功能控制模块63.2编写应用程序并仿真6汽车尾灯主控制模块CTR

2、L6右侧尾灯控制模块RC8左侧尾灯控制模块LC94 程序的调试与运行结果说明114.1仿真波形结果与分析11仿真结果114.1.2 顶层原理图124.1.3 生成的电路图124.2硬件测试134.3结论135 课程设计总结14参考文献151概述1.1 硬件描述语言简介 1.1.1 VHDL的起源与发展Very high speed integrated Hardware Description Language (VHDL)它是70年代末和80年代初，起源于美国国防部提出的超高速集成电路VHSIC研究计划，目的是为了把电子电路的设计意义以文字或文件的方式保存下来，以便其他人能轻易地了解电路的设

3、计意义 。1.1.2 EDA技术的发展史EDA是电子设计自动化（Electron Design Automation）的缩写，是在90年代初，从CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAT（计算机辅助测试）和CAE（计算机辅助工程）的概念发展起来的。 EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向 1.1.3 本设计所使用的开发工具Quartus II 是Altera公司的综合性PLD开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计

4、输入到硬件配置的完整PLD设计流程。Quartus II可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl脚本完成设计流程外，提供了完善的用户图形界面设计方式。具有运行速度快，界面统一，功能集中，易学易用等特点。1.2 课程设计的目的1理解和掌握该课程中的有关基本概念，程序设计思想和方法。2培养综合运用所学知识独立完成课题的能力。3培养勇于探索、严谨推理、实事求是、有错必改，用实践来检验理论，全方位考虑问题等科学技术人员应具有的素质。4掌握从资料文献、科学实验中获得知识的能力，提高学生从别人经验中找到解决问题的新途径的悟性，初步培养工程意识和创新能力。5掌握利用单片机接口技术解决问题

5、的基本方法1.3 课程设计的要求假设汽车尾灯两侧各有3盏指示灯，设计其控制功能如下：1.汽车正常行驶时指示灯都不亮；2.汽车右转弯时，右侧三盏指示灯亮；3.汽车左转弯时，左侧三盏指示灯亮；4.汽车刹车时，左右两侧其中三盏指示灯亮；5.汽车夜间行驶时，左右两侧的三盏指示灯同时亮，以供照明。1.4 设计思路根据系统设计要求，系统采用自顶向下的设计方法，顶层设计采用原理图设计的方式，如下所示：1.5 功能要求正常行驶时所有的灯都不亮，当汽车右转弯时，右侧灯RD1闪烁；左转弯，左侧灯LD1闪烁；刹车时，左侧灯LD2和右侧灯RD2同时亮；夜间行驶时，右侧RD3和左侧LD3同时亮；并不可能出现RD1 和L

6、D1同时亮的情况。2 总体方案设计2.1 选择方案2.1.1 方案一采用传统的自底向上的设计方法。该根据系统对硬件的要求，写出详细的技术规格书，并画出系统的控制流程图。根据技术规格书和控制流程，对系统的功能进行细化，合理的划分功能模块，画出系统的功能框图。对各个功能模块进行细化和电路设计。各个功能模块电路设计、调试完成后，将各个功能模块的硬件电路连接起来在进行系统的调试，最后完成整个系统的硬件测试。2.1.2 方案二应用VHDL进行自顶向下的设计，是采用可完全独立于目标器件芯片物理结构的硬件描述语言。就是使用VHDL模型在所有综合级别上对硬件设计进行说明、建模和仿真测试。其设计流程如下：（1）

7、设计说明书（6）逻辑综合（2）建立VHDL行为模型（7）测试向量生成（3）VHDL行为仿真（8）功能仿真（4）VHDL-RTL级建模（5）前端功能仿真设计完成（11）硬件测试（9）结构综合（10）门级时序仿真由于VHDL设计的可移植性、EDA平台的通用性以及与具体硬件结构的无关性，使得前期的设计可以容易的应用于新的设计项目，而且项目设计的周期可以显著缩短。另外本方案还具有简单易行的特性。综上所述，选用方案2。3详细设计3.1 细化框图该设计划分为六个功能子模块，分别如下：3.1.1 汽车尾灯主控制模块汽车尾灯主控模块左侧灯选择控制模块输入信号右侧灯选择控制模块LD1LD2RD1RD2RD3LD

8、33.1.2 左尾灯功能模块汽车尾灯主控模块左侧灯选择控制模块左转弯控制信号LD1时钟模块时钟信号3.1.3 右侧尾灯功能模块右转弯控制信号汽车尾灯主控模块右侧灯选择控制模块RD1时钟模块时钟信号3.1.4 夜间行驶功能控制模块夜间行驶控制信号汽车尾灯主控模块左侧灯选择控制模块右侧灯选择控制模块LD3RD33.1.5 刹车功能控制模块刹车控制信号汽车尾灯主控模块左侧灯选择控制模块LD2RD2右侧灯选择控制模块3.2 编写应用程序并仿真3.2.1 汽车尾灯主控制模块CTRL1) 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；2) 数据出口：L

9、P：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；3) 程序功能描述：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。4) 具体操作：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY CTRL IS PORT(LEFT,RIGHT,BRAKE,NIGHT: I

10、N STD_LOGIC; LP,RP,LR,BRAKE_LED,NIGHT_LED: OUT STD_LOGIC);END ENTITY CTRL;ARCHITECTURE ART OF CTRL IS BEGIN NIGHT_LED<=NIGHT; BRAKE_LED<=BRAKE; PROCESS(LEFT,RIGHT) VARIABLE TEMP:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); BEGIN TEMP:=LEFT&RIGHT; CASE TEMP IS WHEN "00"=>LP<='0'RP&

11、lt;='0'LR<='0' WHEN "01"=>LP<='0'RP<='1'LR<='0' WHEN "10"=>LP<='1'RP<='0'LR<='0' WHEN OTHERS=>LP<='0'RP<='0'LR<='1' END CASE; END PROCESS;END ARCHITECTUR

12、E ART;5) 仿真波形图如下：3.2.2 右侧尾灯控制模块RC1) 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；2) 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；3) 程序功能描述：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。4) 具体操作:LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.A

13、LL;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 CLK'EVENT AND CLK='1' THEN IF(LR='0') THEN IF(RP='0') THEN LEDR<='0

14、9; ELSE LEDR<='1' END IF; ELSE LEDR<='0' END IF; END IF; END PROCESS;END ARCHITECTURE ART;3.2.3 左侧尾灯控制模块LC1) 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；2) 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；3) 程序功能描述：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

15、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。4) 具体操作：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;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 CLK'EV

16、ENT AND CLK='1' THEN IF(LR='0') THEN IF(LP='0') THEN LEDL<='0' ELSE LEDL<='1' END IF; ELSE LEDL<='0' END IF; END IF; END PROCESS;END ARCHITECTURE ART;4 程序的调试与运行结果说明4.1 仿真波形结果与分析仿真结果仿真就是对设计项目进行一项全面彻底的测试，以确保设计项目的功能和时序特性，以及最后的硬件器件的功能与原设计相吻合。仿真操作前

17、必须利用QUARTUSII5.0的波形编辑器建了一个矢量波形文件作为仿真激励。VWF文件将仿真输入矢量和仿真输出描述成为一波形的图形来实现仿真。程序编译成功后，系统不会自己生成波形图，这里我们需要自己动手来创建一个波形文件，再把所有要仿真的接口都添加进去，然后保存波形文件。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。 顶层原理图 生成的电路图把设计编译一次后在设计文件上右键选

18、择locate in rtl viewer,即可生成电路图，电路图如下：4.2 硬件测试1、 按亮键1，D1灯闪亮，表示车辆左转。2、 按亮键2，D4灯闪亮，表示车辆右转。3、 同时按亮键1和键2，所有的灯都不亮，表示出现错误的输入信号。4、 在3的基础上，按灭键1，D4灯闪亮，表示车辆右转；按灭键2，D1灯闪亮，表示车辆左转。5、 按亮键3，D2和D5灯长亮，表示车辆刹车。6、 按亮键4，D3和D6灯长亮，表示车辆夜间行驶。7、 同时按亮键3和键4，D2、D3、D5、D6都长亮，表示车辆在夜间行驶时刹车。8、 同时按亮键3、键4、键1，D2、D3、D5、D6长亮，D1灯闪烁，表示车辆夜间行驶

19、并在左转时刹车。9、 同时按亮键3、键4、键2，D2、D3、D5、D6长亮，D4灯闪烁，表示车辆夜间行驶并在右转时刹车。10、 同时按亮键3、键1，D2和D5灯长亮，D1灯闪烁，表示车辆左转时刹车。11、 同时按亮键3、键2，D2和D5灯长亮，D4灯闪烁，表示车辆左转时刹车。12、 同时按亮键4、键1，D3和D6灯长亮，D1灯闪烁，表示车辆夜间行驶时左转。13、 同时按亮键4、键2，D3和D6灯长亮，D4灯闪烁，表示车辆夜间行驶时左转。综上，硬件测试结果满足方案中的功能要求。4.3 结论经过波形仿真和硬件测试知，该设计方案完全符合预期的功能。5 课程设计总结近年来，VHDL又有了一些新的发展。例如，为了大幅度提高EDA 工具的设计能力，出现了一系列对HDL语言的扩展。OO-VHDL(Object-Oriteted VHDL，即面向对象的VHDL) 模型的代码比VHDL模型短30%50%，缩短了开发时间，提高了设计效率。VHDL语言是目前超大规模集成电路设计中不可缺少的工具之一，其在电子信息、通信、自动控制及计算机应用等领域的重要性日益突出。作为一名自动化专业的本科生，应该系统的掌握这门课并且能够在模仿别人的设计思路的基础上有所创新。EDA技术就是以计算机为工具，在EDA软