基于VHDL語(yǔ)言的汽車尾燈的設(shè)計(jì)

1、長(zhǎng)沙理工大學(xué)城南學(xué)院EDA技術(shù)與運(yùn)用課程項(xiàng)目報(bào)告基于VHDL語(yǔ)言的汽車尾燈的設(shè)計(jì)系別：水利計(jì)通系專業(yè)班級(jí)：通信1202班組長(zhǎng)：羅華偉，8成員：梁承武，0李 蕾，9張蒙蒙，2雷子夜，7指導(dǎo)老師：?jiǎn)螛涿衲?錄 1設(shè)計(jì)項(xiàng)目及問(wèn)題分析211 設(shè)計(jì)項(xiàng)目212 項(xiàng)目分析22設(shè)計(jì)的目的及意義321 設(shè)計(jì)的目的322 設(shè)計(jì)的意義33設(shè)計(jì)步驟431 畫出總體電路原理框圖432 畫出功能表433 編寫VHDL程序代碼534 用Quartus 軟件進(jìn)行調(diào)試635 頂層模塊圖74波形仿真及分析741 波形仿真742 波形分析75總結(jié)81設(shè)計(jì)項(xiàng)目及問(wèn)題分析11 設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)一個(gè)汽車尾燈的控制電路，用6只發(fā)光二極管模擬6

2、盞汽車尾燈（汽車尾部左、右各3盞），用兩個(gè)開關(guān)作為轉(zhuǎn)彎控制信號(hào)（一個(gè)開關(guān)控制右轉(zhuǎn)彎，另一個(gè)開關(guān)控制左轉(zhuǎn)彎）。要求：當(dāng)汽車往前行駛時(shí)（此時(shí)兩個(gè)開關(guān)都未接通），6盞燈全滅。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，若右轉(zhuǎn)彎（即右轉(zhuǎn)彎開關(guān)接通），右邊3盞尾燈從左到右順序亮滅，左邊3盞燈全滅；若左轉(zhuǎn)彎（即左轉(zhuǎn)開關(guān)接通），左邊3盞尾燈從右至左順序亮滅，右邊3盞燈全滅。當(dāng)左、右兩個(gè)開關(guān)同時(shí)接通時(shí)，6盞尾燈同時(shí)明、暗閃爍。12 項(xiàng)目分析用6只發(fā)光二極管(leftdeng0、leftdeng1、leftdeng2、righdeng0、righdeng1、righdeng2)模擬6個(gè)汽車尾燈（左右各3個(gè)），用兩個(gè)開關(guān)(tleft、trig

3、ht)作為汽車控制信號(hào)，分別為：前往行駛、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、和剎車。前往行駛時(shí)，6個(gè)汽車尾燈全滅；左轉(zhuǎn)彎時(shí)，左邊3個(gè)燈從右到左順序亮滅，右邊3個(gè)燈全滅；右轉(zhuǎn)彎時(shí)，右邊3個(gè)燈從左到右順序亮滅，左邊3個(gè)燈全滅；剎車時(shí)，6個(gè)燈同時(shí)明、暗閃爍。根據(jù)以上分析可以畫出尾燈和汽車運(yùn)行關(guān)系表如下所示：開關(guān)控制汽車運(yùn)行狀態(tài)左邊燈右邊燈tleft trightleftdeng（0、1、2）rightdeng（0、1、2）0 0汽車前往行駛燈滅燈滅1 0汽車左轉(zhuǎn)彎從右到左順序亮滅燈滅0 1汽車右轉(zhuǎn)彎燈滅從左到右亮滅1 1剎車6個(gè)燈同時(shí)明、暗閃爍通過(guò)以上分析，可以編寫出VHDL語(yǔ)言程序代碼，通過(guò)Quartus 軟件進(jìn)行

4、程序的調(diào)試和仿真。2設(shè)計(jì)的目的及意義21 設(shè)計(jì)的目的其一、設(shè)計(jì)一個(gè)能適應(yīng)現(xiàn)代汽車智能化發(fā)展要求的汽車尾燈控制電路。改善以前的汽車尾燈控制系統(tǒng)，降低汽車尾燈控制器的生產(chǎn)成本。其二、學(xué)好VHDL這門硬件描述語(yǔ)言，加深對(duì)VHDL語(yǔ)言知識(shí)的理解和掌握，提高學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，使自己適應(yīng)不斷發(fā)展的21世紀(jì)。22 設(shè)計(jì)的意義隨著(EDA)仿真技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)工具發(fā)生了深刻的變化。利用硬件描述語(yǔ)言（VHDL）對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行描述是EDA的關(guān)鍵技術(shù)之一。VHDL語(yǔ)言是目前主流的硬件描述語(yǔ)言，它具有很強(qiáng)的電路描述和建模能力，具有與具體電路無(wú)關(guān)和與設(shè)計(jì)平臺(tái)無(wú)關(guān)的特性，在語(yǔ)言易讀性和層次

5、化結(jié)構(gòu)方面表現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力和應(yīng)用潛力。隨著人們生活水平的提高，汽車的消費(fèi)量越來(lái)越大。因?yàn)槿藗円苍絹?lái)越忙，不管是夜晚還是陰雨、大霧等天氣原因的影響，人們都開著車在縱橫交錯(cuò)的馬路上行駛，所以人們對(duì)汽車安全行駛的要求也越來(lái)越高，汽車尾燈控制系統(tǒng)給大家?guī)?lái)了極大的方便。汽車尾燈控制系統(tǒng)是隨著汽車智能化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，汽車尾燈一般是用于微處理器的硬件結(jié)構(gòu)構(gòu)成，正是因?yàn)橛布娐返木窒扌?，不但不能隨意的更改電路內(nèi)部功能和性能，而且可靠性得不到保證，因此對(duì)汽車尾燈控制系統(tǒng)的發(fā)展帶來(lái)一定的局限性，難以滿足現(xiàn)代汽車的智能化發(fā)展。為了提高人們因夜晚或因天氣原因在縱橫交錯(cuò)的馬路上駕駛的安全系數(shù)，也是為了減少

6、交通事故的發(fā)生。我們采用了先進(jìn)的EDA技術(shù)，Quartus 工作平臺(tái)和VHDL語(yǔ)言，設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的汽車尾燈控制系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真機(jī)驗(yàn)證。用一片F(xiàn)PGA芯片實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代汽車智能化的尾燈控制系統(tǒng)。通過(guò)仿真及驗(yàn)證的結(jié)果分析，完全適應(yīng)現(xiàn)代汽車智能化發(fā)展要求。不但簡(jiǎn)化了以前的汽車尾燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，大大降低了生產(chǎn)成本，而且提高了系統(tǒng)的先進(jìn)性和可靠性。能實(shí)現(xiàn)控制器的系統(tǒng)編程。采用這種器件開發(fā)的數(shù)字系統(tǒng)其升級(jí)與改進(jìn)非常方便。這一控制電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、操作方便、抗干擾能力強(qiáng)。將它應(yīng)用于現(xiàn)代汽車，不受黑夜或大霧、陰雨天氣因素的影響，可以提高安全行駛，避免交通事故的發(fā)生。真正的讓消費(fèi)者駕駛汽車

7、的方便和安全。 3設(shè)計(jì)步驟31 畫出總體電路原理框圖通過(guò)12的項(xiàng)目分析，可以畫出汽車尾燈控制電路的總體電路原理框圖如下所示：32 畫出功能表根據(jù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目要求和電路原理框圖可以畫出汽車尾燈控制邏輯功能表如下所示：開關(guān)控制三進(jìn)制計(jì)數(shù)器6個(gè)指示燈tleft trightQ1 Q0Leftdeng(0、1、2) rightdeng(0、1、2)0 0X X0 0 0 0 0 01 00 11 01 11 0 0 0 0 00 1 0 0 0 00 0 1 0 0 00 10 11 01 00 0 0 0 0 10 0 0 0 1 00 0 0 1 0 01 1X X1 1 1 1 1 133 編寫VH

8、DL程序代碼根據(jù)以上汽車尾燈控制邏輯功能表和控制電路原理框圖可以編寫出汽車尾燈控制電路的VHDL程序代碼如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use ieee.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY weideng IS -實(shí)體 port(clk,tright,tleft:IN STD_LOGIC; -端口說(shuō)明 rightdeng:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); leftdeng:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);END ENTITY weideng; AR

9、CHITECTURE qiche OF weideng IS -結(jié)構(gòu)體部分 SIGNAL leftd:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); SIGNAL rightd:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);BEGINcontrol:PROCESS(clk,tleft,tright)BEGIN IF clkEVENT AND clk=1THEN IF rightd=01THEN -右信號(hào) rightd=11; ELSE rightd=(rightd-1); END IF; IF leftd=01THEN -左信號(hào) leftd=11; ELSE leftd

10、=(leftd-1); END IF; END IF;END PROCESS control;proout:PROCESS(clk,tright,tleft,rightd,leftd)BEGIN IF clkEVENT AND clk=1THEN IF tright=1THEN -右信號(hào)有效時(shí) leftdengrightdengrightdengrightdengrightdeng=000; END CASE; ELSIF tright=0THEN -右信號(hào)無(wú)效 rightdeng=000; -右邊3個(gè)燈全滅 END IF; IF tleft=1THEN -左信號(hào)有效 rightdenglef

11、tdeng leftdeng leftdeng leftdeng=000; END CASE; ELSIF tleft=0THEN -左信號(hào)無(wú)效 leftdeng=000; -左邊3個(gè)燈全滅 END IF; END IF; IF tleft=1AND tright=1 THEN -左右信號(hào)都有效時(shí)6個(gè)燈全亮 leftdeng=111; rightdeng=111; ELSIF tright=0AND tleft=0THEN -左右信號(hào)都無(wú)效時(shí)6個(gè)燈全滅 leftdeng=000; rightdengNew Project Wizard進(jìn)入新建工程對(duì)話框單擊Next進(jìn)入新建工程路徑、名稱、頂層實(shí)

12、體指定對(duì)話框（選擇好保存路徑、輸入工程名為weideng）,由于只是進(jìn)行功能和時(shí)序仿真，所以直接單擊Finish即可。其次是建立VHDL程序文件（選擇FileNew打開新建文件對(duì)話框選擇VHDL File即可）。最后是輸入汽車尾燈控制電路程序代碼保存對(duì)該工程文件進(jìn)行全程編譯處理。如果在編譯的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)誤，則找出并更正錯(cuò)誤，直至編譯成功為止。35 頂層模塊圖4波形仿真及分析41 波形仿真先選擇FileNew Other FilesVector Waveform File單擊OK即可在name下單擊鼠標(biāo)右鍵InsertInsert Nodoe or BusNode Finder先在Filter

13、：中選擇Pins:allList單擊“”符號(hào)添加所有引腳OKOK設(shè)置好電平后保存。再選擇ProcessingSimulator Tool在Simulation mode:欄選擇Functional(如果是進(jìn)行時(shí)序仿真要選擇Timing、進(jìn)行功能仿真選擇Functional)Generate Functional Simulation NetliststartReport完成了功能仿真。進(jìn)行時(shí)序仿真與功能仿真的步驟差不多，只是要在Simulation mode欄選擇Timing就行了。42 波形分析功能仿真的波形圖如下所示：由上圖仿真的波形可以看出：當(dāng)左、右信號(hào)都無(wú)效時(shí)，則6個(gè)燈全滅；當(dāng)左、右信

14、號(hào)都有效時(shí)全亮；當(dāng)左信號(hào)有效、右信號(hào)無(wú)效時(shí)，左邊3個(gè)燈從右到左依次亮滅，右邊燈全滅；當(dāng)右信號(hào)有效、左信號(hào)無(wú)效時(shí)，右邊3個(gè)燈從左到右依次亮滅，左邊燈全滅；完全與功能表一致。5總結(jié) 通過(guò)設(shè)計(jì)汽車尾燈控制電路，我們（雷遠(yuǎn)輝、羅運(yùn)康）查閱各種VHDL語(yǔ)言資料及思考討論而完成這次設(shè)計(jì)項(xiàng)目。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中經(jīng)過(guò)了選題的彷徨以及設(shè)計(jì)程序的繁復(fù)等階段，提高了思考、編程能力和團(tuán)隊(duì)的協(xié)作能力，更加加深了我們對(duì)于硬件描述語(yǔ)言這門課程的理解和學(xué)習(xí)。我們?cè)O(shè)計(jì)的汽車尾燈控制電路有我們自己團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新。對(duì)于設(shè)計(jì)中遇到的難題，我們明白了應(yīng)該自己積極動(dòng)腦思考的同時(shí)，還要請(qǐng)教老師和同學(xué)，要以積極的態(tài)度去設(shè)計(jì)和分析設(shè)計(jì)項(xiàng)目，最終完成設(shè)計(jì)。這次設(shè)計(jì)使我們明白了只有書本上的知識(shí)是不夠的，還應(yīng)該加強(qiáng)自己的動(dòng)手能力，將理論應(yīng)用于實(shí)踐，才能學(xué)到真正的知識(shí)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，不僅培養(yǎng)了我們實(shí)際操作能力，也培養(yǎng)了我們靈活運(yùn)用知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，獨(dú)立自主的進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力。這次設(shè)計(jì)不僅是一個(gè)學(xué)習(xí)新知識(shí)、新方法的機(jī)會(huì)，同時(shí)也是對(duì)我們所學(xué)知識(shí)的一次綜合的檢驗(yàn)和復(fù)習(xí)，使我們明白了知己的缺陷所在，從而及時(shí)的查缺補(bǔ)漏。這樣的設(shè)計(jì)，真正的讓我們學(xué)以致用。在設(shè)計(jì)中要求我們要有耐心和毅力，還要細(xì)心，稍不謹(jǐn)慎，一個(gè)小小的錯(cuò)誤就會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的不正