基于VHDL汽车尾灯控制电路的设计

1、 基于VHDL汽车尾灯控制电路的设计摘要： 现在我们正处在21世纪，也是高科技时代，更是电子信息的时代。EDA技术不断的深入和扩展。尤其在电子信息，各行业的通信方面，自动控制方面，以及计算机等方面的重要性越来越起到举足轻重的地位。本设计是基于EDA技术中的VHDL所开发的新型尾灯控制器，实验调试平台软件是QuartusII，并对控制器进行了编译，功能仿真并验证正确。它的体积小，功耗低，低成本，安全可靠，能够实现汽车正常行驶，左转，右转，刹车时的尾灯相应的明灭功能。本设计升级与改进极为方便，对更高层的汽车尾灯控制设计具有一定的拓展性。实验结果表示，这样的系统没有传统的系统设计中的串线的问题，硬件

2、的功能也可以像软件一样通过编程来修改，非常有可靠性，体积小，极大的提高了电子系统的设计的灵活性和通用性。本设计实现的主要功能是：当汽车左转时，左边的三个LED灯从右向左依次亮灭；当汽车右转时，右边的三个LED灯从左向右依次亮灭；当汽车刹车时，六个LED灯同时亮灭。关键词：VHDL; 汽车尾灯；Quartus The design of the automobile taillight control circuit on VHDL languageAbstract：Now we are in the 21st century, which is also the high-tech era,

3、but also the era of electronic information. EDA technology continues to in-depth and extension. Especially in electronic information, various industries of communications, automatic control, and computer and so on .The importance of more and more play a pivotal position. This design is based on the

4、technology of EDA VHDL development of new tail light controller, the experiment platform of commissioning QuartusII sofeware, and the controller compiled, timing simulation and verify correct. Its small size, low power consumption, low cost, safe, reliable, and can make the normal driving, turn left

5、, turn right, the corresponding braking tail lights flicker function. This design upgrade and improvement is extremely convenient , the higher automobile tail light control design has certain expanding. The result of the experiment, which said such a system without the traditional occurrences of pro

6、blems in system design, the function of the hardware can also be programmatically modify like software, great reliability, small volume, greatly improve the electrical system design flexibility and versatility. The main function is designed and implemented: When the car turn left, the left three LED

7、 lights in turn from right to left out; When the car turn right, the right of the three LED lights from left to right in turn bright; when the car brakes, six and bright LED lightskey words： VHDL ; Car taillight; Quartus 目 录摘要1Abstract.2第一章 引言11.1 设计的背景11.2 设计的目的11.3 课题的内容11.3.1 设计的主要内容1 1.3.2 工作原理1

8、第二章 电路及各模块介绍12.1总体电路原理框图12.2 主要模块介绍12.2.1时钟分频模块12.2.2汽车尾灯主控模块12.2.3左边灯控制模块12.2.4右边灯控制模块1第三章 硬件描述语言的介绍13.1 VHDL语言的特点13.2 VHDL结构1第四章 软件程序14.1 Quartus 主要符号介绍14.2总体流程图1第五章 系统仿真1第六章 总结1参考文献1致 谢1附录 11附录 21第一章 引言1.1 设计的背景随科学技术的快速发展,电子行业经历了大跃进。集成电路的各方面设计是朝着更快速、高性能、大容量、体积小、低功耗的方向发展,此趋势必然导致集成电路设计规模的增加,并增高了复杂性

9、。在现代信息科技快速发展的情况下,使用超过十多年的电路设计方法不能满足现代这种更高速，更高性能，更大容量，低功耗的需要。所以我们必须采用一种新方法硬件电路的设计,而不是传统的硬件电路的设计方法,以满足大规模电路设计的需要，根据硬件系统的行为和功能的要求,“自上而下”和一层的完整描述模拟、合成、优化和布线工作等等,直到可以实现硬件的设计或计划。在设计过程中除了硬件的行为和功能描述,其他可以使用计算机来完成设计过程,这种方法被称为电子设计自动化(EDA)。“电子设计自动化”的首要特质是要求利用的语言是形式上的。来描绘各种硬件电路的种种功能,硬件语言就是通常我们所接触的硬件的电子电路。VHDL语言全

10、称为Very High Speed Intergrated Circuit Hardware Description，各种EDA工具和共同认可和促进集成电路制造商,目前在发达国家及全球电子系统设计范围广泛的应用程序。 不论是现在我们所处的社会，还是在未来将会有越来越多的人接受它,并且会大量使用它。1.2 设计的目的这个计划的方针是在对计算机组成原理深入理解的基础上来完成,了解而且能够把握EDA和VHDL语言描绘各种语言以及各种思想的方式。在计算机构成的原理的指引下,经过对VHDL语言的研究，在此情况下并且连接电子电路的计划理论与实际的知识,操作的步骤和所计划的各种学问以及根本单元的电路中的不同

11、设计应用程序集成。基于适用的汽车尾灯这种控制器的计划,归纳并且发挥所学习的学问,增强和升高集成电路计划的能力,提升计算机技术和单独能够解决实际问题的能力首先设计一个能满足现代汽车的智能汽车尾灯控制电路。改进体系,降低计划筹划等。其次, 学习VHDL硬件描述语言,可以深化VHDL语言知识的理解和掌握,提高我们的学习能力和创新精神在工作或生活中,适应21世纪社会的快速发展。此次设计的目的是经过实践能够辅助我们加深对计算机构成原理的更为深入了解。并且机身对EDA技术的印象以及对VHDL硬件描述语言和思想的设计方法。计算机构成原理的指引下,经过VHDL的研究连接电子电路的计划理论与实际中我们所学习的知

12、识,掌握课程的常识和根本单元电路计划应用程序的各种集成。基于此次对适用的汽车尾灯这种控制器的计划方案,归纳和发挥我们所学过的常识或者学问,增强和抬升集成电路计划能力, 提高能力和解决实际问题的个人计算机技术的工作方式。仿真技术的不断发展(EDA)与此同时,数字系统在许多方面发生了很大的变化，例如设计技术，还有设计工具, 硬件描述语言(VHDL)来描绘的数字系统的硬件电路是我们所学习的EDA的关键技术之一。在我们所使用的硬件描述语言中VHDL语言是其中的主流,因为它拥有一个强大的“电路描述”,“建模功能”,并对电路的具体特征是独立的,易于阅读的语言和层次结构显示了强大的生命力和应用前景。在人民生

13、活水平富裕的情况下，汽车的需要会不停的增加。是因为人们会跟着生活的快速节拍也愈来愈忙碌，无论是黑夜还是雨天，大雾或者还有其他气候原因的状态下，我们都会开着各种汽车在拥挤的马路上行驶，所以在车辆安全驾驶人各方面要求也越来越高，“尾灯控制系统带来了极大的方便。“汽车智能系统”的开发来控制汽车尾灯，硬件电路也有其自身的局限性，不仅不能改变和内部电路性能的作用。为了提高人们夜间或因为天气原因交错开车在路上的安全系数,也为了减少交通事故的数量。因此选用了比较前卫的EDA技术,Quartus平台和VHDL语言,之后我们可以设计基于FPGA的汽车尾灯的各种控制系统,并且系统我们举行了仿真和考证。利用FPGA

14、芯片来完成现代汽车尾灯控制系统。通过模拟和分析结果的验证,它适应现代汽车智能的发展需求。它不仅化简了汽车尾灯其中的各种控制系统,也能够降低成本,并且可以升高体系的先进性也能够提升体系的可靠性，更能实现控制器的各方面的系统编程。使用这个设备开发的数字系统的改进和升级非常的方便。此种控制电路,结构特别简单,性能非常稳定,操作十分方便,抗干扰能力很强。它不仅能够应用于现代汽车,不会受到黑暗和大雾、潮湿的天气因素等各方面的影响,这种电路可以提高行车安全,同时也可以避免交通事故的发生。真正可以让汽车消费者体会到驾驶的方便和安全开车。1.3 课题的内容1.3.1 设计的主要内容依据状态机的原理,使用硬件描

15、述语言,每个模块计划的汽车尾灯控制器,并使用EDA工具仿真模块。尾灯控制器有四个控制模块:第一个模块为时钟分频模块，还有所熟知的模块即尾灯控制模块，以及通常所说的灯控制模块上的左侧和右侧灯控制模块。和各个模块形成后的汽车尾灯控制器。时钟信号输入系统的分析之后,我们知道控制信号和相关的汽车,汽车尾灯显示控制的情况。可以使用6“LED”模仿6盏尾灯（左3，右3），转弯的时候分别可以由两个开关来控制（右转弯一个开关控制，左边转弯一个控制）。要求：如果是往前正在行驶时（此时两个开关都没有在接通的状态下），则此时6盏灯全灭。若右转弯（接通右拐弯的开关被接通时），右边3盏尾灯从左到右依次亮灭，左边的那3盏

16、灯全灭；转左（左转向开关），左3盏尾灯从右到左的可以看到他们熄了灯，这对3灯不亮的状态。当左、右两个开关都接通时，明、暗闪烁为此时6盏灯的状态。用6只发光二极管(leftdeng0，leftdeng1，leftdeng2，righdeng0，righdeng1，righdeng2)来示意为6个尾灯（左右各3个），此时的两个开关tleft，tright，状态此时表示为：前进行驶中，左转弯状态中，右转弯状态中，和刹车的状态。 前往行驶时，6个汽车尾灯被控制为全灭；向左转，3灯从右到左依次亮灭，右侧3个灯被控制为全灭；向右转时，3灯从左到右被控制为依次亮灭，左边3个灯被控制为全灭；刹车时，6个灯被控

17、制为同时明、暗闪烁。依据以上的所以剖析能够画出尾灯和汽车运转关系的状态表:表1 尾灯和汽车运转关系开关状态左侧灯右侧灯ldeng（0、1、2）rdeng（0、1、2）0 0汽车前往行驶灯灭灭灯1 0向左转弯从右到左依次亮灭灭灯0 1右侧转弯灭从左侧到右侧亮灭1 1刹车6个灯同时明、暗闪烁通过以上分析，我们可以写出的VHDL语言程序代码，通过Quartus II软件进行编译和仿真流程。1.3.2 工作原理汽车尾灯控制器是一个状态机实例。当所有的灯都不亮时,汽车可以被理解为正常,如果汽车的右转时,右边RD1明亮;如果我们说开的车子转向左侧的时候,在车子的左侧的LD1亮;当汽车刹车时候,RD2和LD

18、2明亮是在相同时间;当汽车在夜间行驶时，汽车右侧的指示灯RD3和汽车左侧的指示灯LD3同时一直亮。建立了输入信号的系统时钟作为时钟信号，左转向信号，控制信号的左边，右边是正确的汽车的控制信号，用于汽车制动器的制动信号。第二章 电路及各模块介绍2.1总体电路原理框图图 1 尾灯控制原理图 功能表:依据设计的课题要求和电路原理框图，它们的逻辑功能表:表二 逻辑功能表开关控制三进制计数器6个指示灯tleft trightQ1 Q0Lefdeng(0,1,2) rideng(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

19、 0 00 10 11 01 10 0 0 0 0 10 0 0 0 1 00 0 0 1 0 01 1X X1 1 1 1 1 12.2 主要模块介绍 汽车尾灯主要由四个模块构成：分别是时钟分频模块，主控模块，左边模块，右边模块。2.2.1时钟分频模块“时钟分频模块”图图 2 时钟分频模块工作框图时钟分频模块”可以通过VHDL程序实现，代码是用VHDL语言描述：ARCHITECTURE ART OF SZ ISSIGNAL COUNT:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(CLK) BEGIN IF CLKEVENT AND CLK = 1THE

20、N COUNT = COUNT + 1; END IF; END PROCESS; CP= COUNT(3);END ART;2.2.2汽车尾灯主控模块下面是汽车尾灯的主要控制模块的框图 图 3 主控模块工作框图主控制模块，汽车尾灯可以VHDL程序来实现的，下面的VHDL代码是用来表达语言的主要控制模块汽车尾灯：ARCHITECTURE ART OF CTRL ISBEGIN NIGHT_LED=NIGHT; BRAKE_LEDLP=0;RP=0;LRLP=0;RP=1;LRLP=1;RP=0;LRLP=0;RP=0;LR=1; END CASE; END PROCESS;END ART;2.

21、2.3左边灯控制模块 左灯的控制模块图如图所示图 4 左边灯控制模块的工作框图左边灯的实现控制模块：ARCHITECTURE ART OF LC ISBEGIN LEDB=BRAKE; LEDN=NIGHT;PROCESS(CLK,LP,LR)BEGIN IF CLKEVENT 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 ART;2.2.4右边灯控制模块右边的控制模块图如图所示图 5 右边灯控制模块的

22、工作框图主控制模块的VHDL程序，可以实现的VHDL代码，下面是主控制模块用于语言说车右灯：ARCHITECTURE ART OF RC ISBEGIN LEDB=BRAKE; LEDN=NIGHT; PROCESS(CLK,RP,LR) BEGIN IF CLKEVENT AND CLK = 1 THEN IF(LR = 0)THEN IF(RP = 0)THEN LEDR =0; ELSE LEDR = 1; END IF; ELSE LEDR 顺序处理语句；END CASE;“= “不操作条件，只相当于“然后”。 第四章 软件程序4.1 Quartus 主要符号介绍QuartusII的主

23、要界面工具按钮信息显示 工作区层次结构显示菜单栏图6 QuartusII界面【New】选项：新建工程或文件【Open】选项：打开一个文件。【New Project Wizard】创建一个新的项目。对话框。图7 New Project对话框【View】：这个按钮可以全屏显示或各种窗开关，开关包括一个层次结构窗口，状态窗口，窗口消息。【Assignments】菜单图8 Assignments菜单【processing】：这个菜单功能可以正确的我们所有的电路在编纂工作的电路设计和电路设计的检查。图9 processing电路设计【Start Compilation】开始的按钮开始全编译过程点，包括集

24、成电路设计，分析适应，程序集的文件工作，时序分析，【tools】菜单【tools】菜单的功能是【run EDA timing analyzer tool】选项：时序分析工具在EDA上运行，EDA此时是作为第三方仿真工具。【Programmer】按下此按钮后，你可以让程序员打开窗户，Altera的各个组件可以下载编程4.2总体流程图图10 总体流程图我们打开Quartus II在桌面软件选择文件按钮【File】向导后，在选择【New】，之后单击【New Project Wizard】指定的对话框。其中，选择好我们选择的保存路径，输入的工程名可以名为wei deng，我们只是进行功能和时序仿真，所

25、以在此界面上只单击【Finish】即可。然后就可以来建立VHDL程序文件，此时的操作为【File】，【New】操作为打开新建文件。而后在选择VHDL File就行了。在最后面的是输入我们所写的汽车尾灯程序的控制代码，后面在保存以及可以对该工程文件进行编译，若是在编译过程中出现错误，或者警告，应该找出错误并加以改正，直到编译成功为止。 第五章 系统仿真编译结果：图11 编译结果编译的过程：我们打开Quartus II在桌面软件点击文件按钮【File】向导后点击【New】，再点击【New Project Wizard】。其中，选择好我们选择的保存路径，输入的工程名可以名为wei deng，我们只是

26、进行功能和时序仿真，所以在此界面上只单击【Finish】即可。然后就可以来建立VHDL程序文件，此时的操作为【File】，【New】操作为打开新建文件。在后面的是控制代码输入我们所写的程序后尾灯，保存以及项目文件，如果出现错误在编译过程中，或警告，要找出错误并改正，直到编译成功为止。仿真过程及步骤：首先我们应该点击按钮为【File】【New OtherFiles】【VectorWaveformFilter】在单击此界面的OK建就行，然后再此界面上的name下单击鼠标右键InsertInsert Nodoe or BusNodeFinder，之后在Filter：之中选择Pins：allList单

27、击符号添加所有引脚OKOK设置好电平后保存。之后再选择ProcessingSimulatorTool在Simulation mode在此界面上选择Function仿真时间选择定时如果功能仿真功能；之后再选择Generate Functional Simulation NetliststartReport才能完成功能仿真。进行时序仿真和功能仿真差不多步骤。只需要在Simulation mode界面中选择Timing就可以了。功能仿真的波形图如下所示：图12 波形图由上图仿真的波形可以看出：当左、右信号都无效时，则6个灯全灭；当左、右信号都有效时全亮；当左信号有效、右信号无效时，左边3个灯从右到左

28、依次亮灭，右边灯全灭；当右信号有效、左信号无效时，右边3个灯从左到右依次亮灭，左边灯全灭；完全与功能表一致。 第六章 总 结 通过设计汽车尾灯电路，我使用了各种硬件描述语言的访问，尤其在数据上和思考上,与导师讨论并完成这个项目。在计划主题选择后犹豫以及繁复的设计过程阶段,如提高思考和编程能力，更加深了我对硬件描述语言这门课的理解和学习。在设计中遇到的问题，我们知道自己应该积极思考的同时，也要向老师和同学们请教，要以积极的态度和分析设计项目的设计，完成最终的设计。此次设计我们了解了仅仅是书本上的学问是不够的，还应当加强自身的动手能力，将我们所接触的理论应用于到实际中去，才能学到真实的知识。通过本

29、次设计，不仅培养了我们的实际操作能力,同时也培养我们灵活的运用知识,理论联系实际,独立设计的能力。设计不仅是一个机会，学习新的知识，新的方法，在全面考察和检讨我们的知识，让我们了解缺陷的知心朋友，为了检查。这样的设计,真正让我们把这个使用可以，我们要有耐心和毅力,但也小心,稍不小心,一个小的错误将导致结果是不正确的,两个检查错误,要求我们要有足够的耐心。通过设计,我们也积攒了的经许多的验。应用硬件描述语言(VHDL)的过程中让我们把握与其他软件运行的并行运行顺序不同电路设计及其优越性。使用VHDL语言方便、灵活。这种设计方法不仅降低了开发成本,缩短开发周期。本设计不足之处就是还不能够在一个模块

30、上控制左转，右转及刹车，只是做了仿真，没有进行实物的制作，后期还需要进一步的研究。致 谢我的毕业论文是在老师的精心指导和大力支持下完成的，她渊博的知识开阔的视野给了我深深的启迪，论文凝聚着他的血汗，她以严谨的治学态度和敬业精神深深的感染了我，对我的工作学习产生了深渊的影响，在此我向她表示衷心的谢意。这四年来感谢学院的老师对我专业思维及专业技能的培养，他们在学业上的心细指导为我工作和继续学习打下了良好的基础，在这里我要像诸位老师深深的鞠上一躬！特别是我的辅导员，虽然他不是我的专业老师，但是在这四年来，在思想以及生活上给予我鼓舞与关怀让我走出了很多失落的时候，“明师之恩，诚为过于天地，重于父母”，

31、对郑老师万分感激，向郑老师致以感谢！感谢这四年来朋友以及电科二班的三十多位同学对我的学习，和各方面的支持和关心。四年来感情深厚！更要感谢我的父母，你们生我养我，要离开你们出去工作了，我在心里默默的祝福你们平安健康，我不会让你们失望的，会好好工作回报社会的。参考文献1鲍宁宁. 基于VHDL的汽车尾灯控制电路的设计J. 科技信息,2011,03:100-1012方建,石永山. 数字电路的VHDL语言设计方法J. 光电技术应用,2006,03:38-42.3李喜军. 数字逻辑电路设计新方法J. 内蒙古民族大学学报(自然科学版),2006,06:634-6364李颀. 基于FPGA的片上多处理器建模方

32、法D.中国科学技术大学,2012.5刘昌华. EDA技术综述J. 计算机与数字工程,2007,12:49-53+161.6何芳. 网络控制系统同步控制性能研究D.哈尔滨工业大学,2010.7毕萍萍. 时钟控制单元代码自动生成技术的实现及验证D.西安电子科技大学,2013.8潘松. 电子设计自动化(EDA)技术及其应用(一)J. 电子与自动化,2000,01:51-54.9李要球,卢璐. VHDL硬件描述语言在数字电路设计中的应用J. 实验室科学,2011,05:97-99+10310李国洪、胡辉、沈明山.EDA技术与实验.机械工业出版社，200911周荣. 基于FPGA的嵌入式CPU的VHDL

33、建模和设计J. 浙江工业大学学报,2006,05:550-553+588.12马梦雅. 嵌入式软核CPU的FPGA实现和比较研究D.北京工业大学,201213 Khawar M,Zuberi,Design and Implementation of Efficient Message Scheduling for Controller Area Network.IEEE Transactions on Computers,2000,49(2),pp182-18514VHDL语言及其应用，付永庆 高等教育出版社15硬件描述语言VHDL教程，姜雪松，西安交通大学出版社16基于VHDL语言的微机接口

34、电路设计，赵世霞，谭耀麟 清华大学出版社17VHDL语言程序设计及应用，姜立东 编著，北京邮电大学出版社18 Sinem,Coreli,Ergen,Zigbee/IEEE802.15.4 summary,Sep 10,200419 Mao-Cheng Huang,Jyun-Ciang Huang,Jing-Cyun You,PGwo-Jia Jong,The WirelessSensor Network for Home-Care System Using ZigBee. Proceedings of the ThirdInternational Conference on Internati

35、onal Information Hiding and Multimedia SignalProcessing,Nov. 2007,pp643-646附录 11主控模块LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY CTRL IS PORT (LEFT,RIGHT,BRAKE,NIGHT: IN STD_LOGIC; LP,RP,LR,BRAKE_LED,NIGHT_LED:OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE ART OF CTRL ISBEGIN NIGHT_LED=NIGHT; BRAKE_LEDLP=0;RP=0

36、;LRLP=0;RP=1;LRLP=1;RP=0;LRLP=0;RP=0;LR=1; END CASE; END PROCESS;END ART;2时钟分频模块LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY SZ IS PORT(CLK:IN STD_LOGIC; CP:OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE ART OF SZ ISSIGNAL COUNT:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(CLK) BEGI

37、N IF CLKEVENT AND CLK = 1THEN COUNT = COUNT + 1; END IF; END PROCESS; CP= COUNT(3);END ART;3右边灯控制模块LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY RC IS PORT(CLK,RP,LR,BRAKE,NIGHT:IN STD_LOGIC; LEDR,LEDB,LEDN: OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE ART OF RC ISBEGIN LEDB=BRAKE; LEDN=NIGHT; PROCESS(CLK,RP,L

38、R) BEGIN IF CLKEVENT AND CLK = 1 THEN IF(LR = 0)THEN IF(RP = 0)THEN LEDR =0; ELSE LEDR = 1; END IF; ELSE LEDR =0; END IF; END IF; END PROCESS;END ART;4左边灯控制模块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;ARCHITECTURE ART OF LC ISBEGIN LEDB=BRAKE; LEDN=NIGHT;PROCESS(CLK,LP,LR)BEGIN IF CLKEVENT 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 ART;附录2，系统需求分析 根据我们现代的汽车交通规则,我们设计的汽车尾灯控制器应当满足下面