汽车尾灯控制器的设计.EDA课程设计

1、2008级学生EDA课程设计 2008级学生EDA课程设计 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2011年 6月10日 一、 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 二、指导教师评语：指导教师签名： 年 月 日 三、

2、成绩验收盖章 年 月 日 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Quartus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）汽车刹车时，左右两侧的指示灯同时亮。（5）汽车在雾

3、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所示图3.1 整体设计方框图整个系统由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

4、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

5、示。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

6、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，BRAKE为刹车控制信号，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，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

7、倒车输出脉冲：当BACK为1，CLK由0往1跳变时B输出为1。BRAKE_LED为刹车输出脉冲：当BRAKE为1，CLK由0往1跳变时BRAKE_LED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代码：ENTITY master IS PORT (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 ISBEGIN BRAKE_LED<=

8、BRAKE; -将刹车控制信号BRAKE赋给刹车输出脉冲BRAKE_LED F<=FOG; -将雾中行驶控制信号FOG赋给雾中行驶输出脉冲F B<=BACK;-将倒车控制信号BACK赋给倒车输出脉冲B PROCESS(LEFT,RIGHT) VARIABLE TEMP:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); BEGIN TEMP:=LEFT & RIGHT; CASE TEMP IS WHEN "00" =>LP<='0'RP<='0'LR<='0' WHEN &

9、quot;01" =>LP<='0'RP<='1'LR<='0' -RP为1，右转弯输出脉冲 WHEN "10" =>LP<='1'RP<='0'LR<='0' -LP为1，左转弯输出脉冲 WHEN OTHERS=>LP<='0'RP<='0'LR<='1' -LR为1，转弯无效 END CASE; END PROCESS;END ART;5.2 左侧

10、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）；BRAKE为刹车输入脉冲（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为刹车输出信号：当BRAKE为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。图5.2 左侧控制模块图左侧控制模块由VHDL程序来实现，下面是其中的一段VHDL代码：ENTITY L_ctrl IS PORT(CLK,LP,LR,BRAKE:IN STD_LOGIC; -端口定义 LEDL,LEDB:

11、OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE ART OF L_ctrl ISBEGIN LEDB<=BRAKE; -将刹车输入脉冲BRAKE赋给刹车输出信号LEDBPROCESS(CLK,LP,LR)BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK = '1' THEN-上升沿有效 IF(LR ='0')THEN-转弯使能信号LR IF(LP = '0')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' ELSE LEDL<='1

12、9; END IF; ELSE LEDL <='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）；LEDFOG为雾中行驶输出信号：当F为1时，LEDFOG输出为CLK信号（即高低电平，频率与时钟信号一致）；LEDBACK为倒车输出信号：当B为1时，LEDBACK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。图5.3 雾、倒车控制模块图雾、倒车控制模

13、块由VHDL程序来实现，下面是其中的一段VHDL代码：ENTITY FogBack IS PORT(CLK,F,B:IN STD_LOGIC;-端口定义 LEDFOG,LEDBACK: OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE ART OF FogBack ISBEGIN PROCESS(CLK,F,B)BEGINIF(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出信号LEDFOG ELSE LEDFOG<='0' -若F为低，LEDFOG为低 EN

14、D 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;5.4 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）；BRAKE为刹车输入脉冲（高电平有效）；LEDR为右转弯输出信号：当RP为1，CLK由0往1跳变时LEDR输出为1。

15、LEDB为刹车输出信号：当BRAKE为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。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代码：BEGIN LEDB<=BRAKE; -将刹车输入脉冲BRAKE赋给刹车输出信号LEDB PROCESS(CLK,RP,LR) BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK = '1' THEN -上升沿有效 IF(LR = '0')THEN -转弯使能信号LR IF(RP = '0')THEN-右转弯输入脉冲RP为高时，右

16、转弯输出信号LEDR输出为高 LEDR <='0' ELSE LEDR <= '1' END IF; ELSE LEDR <='0' END IF; END IF; END PROCESS;END ART;5.5 显示模块显示模块为LED灯，左侧与右侧分别3个：LD1、LD2、LD3，RD1、RD2、RD3。LED灯均为高电平亮，其中LD1与RD1分别为左转向指示灯和右转向指示灯，LD2与RD2分别为左右两侧刹车指示灯，LD3为雾中行驶指示灯，RD3为倒车指示灯。当LED均在工作状态时，LD1、LD2、RD1、RD2亮，LD3、

17、RD3闪烁（闪烁的频率与时钟信号一致）。6 系统仿真6.1 主控制模块仿真汽车尾灯主控制模块由VHDL程序实现后，其仿真图如图6.1所示。图6.1 汽车主控模块仿真图对时序仿真图进行分析：RIGHT,LEFT,BRAKE,FOG,BACK为输入信号，RIGHT为1表示右转,LEFT为1表示左转,BRAKE为1表示刹车,FOG为1表示在雾中行驶,BACK为1表示倒车。RP,LP,B,F ,BRAKE_LED,LR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FOG为1时，产生一个F为1的信号脉冲输出；当BRAKE为1

18、时，产生一个BRAKE_LED为1的信号脉冲输出；当BACK为1时，产生一个B为1的信号脉冲输出；当LEFT和RIGHT同为1时产生一个LR为1的信号脉冲输出。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。6.2左侧控制模块仿真左侧控制模块由VHDL程序实现后，其仿真图如图6.2所示。图6.2 左侧控制模块仿真图对时序仿真图进行分析：LP,LR,BRAKE为输入信号，CLK为时钟输入信号。 LP为1表示左转，LR为1表示该模块没有被使能，BRAKE为1表示刹车。LEDL,LEDB为输出信号,并与汽车左侧的两盏指示灯相连。如图所示：当LP为1时，LEDL输出为1表示左侧一盏指示灯亮，此时为

19、左转弯；当BRAKE为1时，LEDB输出为1表示左侧一盏指示灯亮，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。6.3 雾、倒车控制模块仿真雾、倒车控制模块由VHDL程序实现后，其仿真图如图6.3所示。图6.3 雾、倒车控制模块仿真图对时序仿真图进行分析：B,F为输入信号，CLK为时钟输入信号。B为1表示倒车，F为1表示在雾中行驶。LEDBACK,LEDFOG为输出信号,分别与右侧和左侧的一盏指示灯相连。如图所示：当B为1时，LEDBACK输出为CLK信号，表示右侧一盏指示灯闪烁，此时为雾中行驶；当F为1时，LEDFOG输出CLK信号，表示左侧一盏指示灯闪烁，此时为倒车。由仿

20、真图分析可知该模块中各个输入输出信号之间无影响。6.4右侧控制模块仿真右侧控制模块由VHDL程序实现后，其仿真图如图6.4所示。图6.4 右侧控制模块仿真图对时序仿真图进行分析：RP,LR,BRAKE为输入信号，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，BRAKE为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BRAKE为1时，LEDB输出为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，BACK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BRAKE为1，CLK由0往1跳变时LD2和RD2输出均为1