汽车转向灯控制设计

课程设计说明书（本科）题目:汽车转向灯控制设计姓名:杨健、赵晓宇、周钱亮专业:电子信息工程班级:08级1班2011年6月21日日录摘要………………3设计任务和目的…………3设计任务……………3设计目的……………3设计中所用工具……………………3EDA、CPLD及VHDL语言概述……………4EDA概述及开发工具………………4CPLD概述及开发工具……………4VHDL语言概述及特点……………4.第三章总体设计的方案…………53.1总体设计思想………53.2总体硬件设计方案…………………53.3总体软件设计方案…………………5第四章软件设计及仿真…………54.1软件设计…………………64.2时序仿真……………………64.3符号图……………………8第五章总结………………10致谢………………………11参考文献…………………12汽车转向灯控制设计摘要设计任务的目的设计任务设计并实现数字钟的基本功能。下载芯片：Altera的MAX3000系列EPM3256ATC144-10。时钟具有以下基本功能：1．具有时、分、秒显示，24小时循环计时功能（基本功能）；2．具有时间校准（调时或对时）功能（扩展功能）；设计目的1．掌握可编程逻辑器件的基本原理及利用EDA开发工具QuartusII5.0(Max+plusII)进行可编程逻辑器件设计的方法；2．熟练掌握可编程逻辑器件的原理图层次化设计方法；3．掌握利用QuartusII5.0(Max+plusII10.2)进行软件仿真及对可编程逻辑器件进行硬件下载的方法。4．熟悉实际工程项目开发的流程与设计思想；1.3设计中所用工具本设计硬件是基于CPLD/FPGA芯片制作一个简单的数字秒表，具体实现是用CPLD/FPGA开发硬件实验系统上的EPM3254ATC144-10芯片作主控模块，显示模块用8个七段数码管显示，实验开发板一有很多的时钟信号，本实验中所用的1MHz时钟可从开发板上很容易获得。开发软件是基于QuartusⅡ5.0，它继承了MAX-plusⅡ所有优点，是更加完善的PLD设计工具。它提供了完整的多平台设计环境，能够直接满足特定设计需要，为可编程芯片系统（SOPC）提供全面的设计环境，将为Altera的DSP模块进行系统模型设计提供了集成综合环境。它可以完成VHDL语言的编译、时序的仿真和程序的调试烧写工作等工作。本设计中所用语言为VHDL（Very-High-SpeedIntegratedCircuitHDL），设计思想是从底层到顶层依次调试、仿真。VHDL是以高级语言为甚而，能够以形式化方式描述电路的结构和行为并用于模拟和综合的高级描述方法。目的是用软件的方法实现硬件电路的设计，实现RTL级仿真，验证设计的正确性，而不必像在传统的手工设计过程中那样，必须等到完成后才能进行实测和调试。第二章EDA、CPLD及VHDL语言概述2.1EDA技术概述及工具EDA技术概述电子设计自动化（EDA，ElectronicsDesignAutomation）技术是电子设计和电子制作的核心，EDA技术的发展和推广应用极大地推动了电子信息行业的发展。EDA技术是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。本文所指的EDA技术，主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。EDA设计可分为系统级、电路级和物理实现级。EDA技术工具电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE；multiSIM7；Matlab；SystemView；MMICADLiveWire、Edison、TinaProBrightSpark等。下面简单介绍前三个软件。①SPICE（SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis）：是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件，1998年被定为美国国家标准。1984年，美国MicroSim公司推出了基于SPICE的微机版PSPICE（Personal-SPICE）。现在用得较多的是PSPICE6.2，可以说在同类产品中，它是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真EDA软件，在国内普遍使用。最新推出了PSPICE9.1版本。它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真，都可以得到精确的仿真结果，并可以自行建立元器件及元器件库。②multiSIM（EWB的最新版本）软件：是InteractiveImageTechnologiesLtd在20世纪末推出的电路仿真软件。其最新版本为multiSIM7，目前普遍使用的是multiSIM2001，相对于其它EDA软件，它具有更加形象直观的人机交互界面，特别是其仪器仪表库中的各仪器仪表与操作真实实验中的实际仪器仪表完全没有两样，但它对模数电路的混合仿真功能却毫不逊色，几乎能够100%地仿真出真实电路的结果，并且它在仪器仪表库中还提供了万用表、信号发生器、瓦特表、双踪示波器（对于multiSIM7还具有四踪示波器）、波特仪（相当实际中的扫频仪）、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真度分析仪、频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流表等仪器仪表。还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件，比如电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路。数字电路方面有74系列集成电路、4000系列集成电路、等等还支持自制元器件。MultiSIM7还具有I-V分析仪（相当于真实环境中的晶体管特性图示仪）和Agilent信号发生器、Agilent万用表、Agilent示波器和动态逻辑平笔等。同时它还能进行VHDL仿真和VerilogHDL仿真。③MATLAB产品族：它们的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块，包含了完整的函数集用来对图像信号处理、控制系统设计、神经网络等特殊应用进行分析和设计。它具有数据采集、报告生成和MATLAB语言编程产生独立C/C++代码等功能。MATLAB产品族具有下列功能：数据分析；数值和符号计算、工程与科学绘图；控制系统设计；数字图像信号处理；财务工程；建模、仿真、原型开发；应用开发；图形用户界面设计等。MATLAB产品族被广泛应用于信号与图像处理、控制系统设计、通讯系统仿真等诸多领域。开放式的结构使MATLAB产品族很容易针对特定的需求进行扩充，从而在不断深化对问题的认识同时，提高自身的竞争力。3.2PCB设计软件PCB（Printed-CircuitBoard）设计软件种类很多，如Protel、AltiumDesigner、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、CadencePSD、MentorGraphices的ExpeditionPCB、ZukenCadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCBStudio、TANGO、PCBWizard（与LiveWire配套的PCB制作软件包）、ultiBOARD7（与multiSIM2001配套的PCB制作软件包）等等。目前在我国用得最多当属Protel，下面仅对此软件作一介绍。Protel是PROTEL（现为Altium）公司在20世纪80年代末推出的CAD工具，是PCB设计者的首选软件。它较早在国内使用，普及率最高，在很多的大、中专院校的电路专业还专门开设Protel课程，几乎所在的电路公司都要用到它。早期的Protel主要作为印刷板自动布线工具使用，其最新版本为AltiumDesigner10，现在普遍使用的是Protel99SE，它是个完整的全方位电路设计系统，包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印刷电路板设计（包含印刷电路板自动布局布线），可编程逻辑器件设计、图表生成、电路表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务体系结构），同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。使用多层印制线路板的自动布线，可实现高密度PCB的100%布通率。Protel软件功能强大（同时具有电路仿真功能和PLD开发功能）、界面友好、使用方便，但它最具代表性的是电路设计和PCB设计。2.2CPLD概述及设计工具CPLD技术概述PLD（ProgrammableLogicDevice）是一种由用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。目前主要有两大类型：CPLD（ComplexPLD）和FPGA(FieldProgrammableGateArray)。它们的基本设计方法是借助于EDA软件，用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，最后用编程器或下载电缆，由目标器件实现。生产PLD的厂家很多，但最有代表性的PLD厂家为Altera、Xilinx和Lattice公司。CPLD开发工具PLD的开发工具一般由器件生产厂家提供，但随着器件规模的不断增加，软件的复杂性也随之提高，目前由专门的软件公司与器件生产厂家使用，推出功能强大的设计软件。下面介绍主要器件生产厂家和开发工具。①ALTERA：20世纪90年代以后发展很快。主要产品有：MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、Stratix等。其开发工具-MAX+PLUSII是较成功的PLD开发平台，最新又推出了QuartusII开发软件。Altera公司提供较多形式的设计输入手段，绑定第三方VHDL综合工具，如：综合软件FPGAExpress、LeonardSpectrum，仿真软件ModelSim。②XILINX：FPGA的发明者。产品种类较全，主要有：XC9500/4000、Coolrunner(XPLA3)、Spartan、Vertex等系列，其最大的Vertex-IIPro器件已达到800万门。开发软件为Foundation和ISE。通常来说，在欧洲用Xilinx的人多，在日本和亚太地区用ALTERA的人多，在美国则是平分秋色。全球PLD/FPGA产品60%以上是由Altera和Xilinx提供的。可以讲Altera和Xilinx共同决定了PLD技术的发展方向。③Lattice-Vantis：Lattice是ISP（In-SystemProgrammability）技术的发明者。ISP技术极大地促进了PLD产品的发展，与ALTERA和XILINX相比，其开发工具比Altera和Xilinx略逊一筹。中小规模PLD比较有特色，大规模PLD的竞争力还不够强（Lattice没有基于查找表技术的大规模FPGA），1999年推出可编程模拟器件，1999年收购Vantis（原AMD子公司），成为第三大可编程逻辑器件供应商。2001年12月收购Agere公司（原Lucent微电子部）的FPGA部门。主要产品有ispLSI2000/5000/8000，MACH4/5。④ACTEL：反熔丝（一次性烧写）PLD的领导者。由于反熔丝PLD抗辐射、耐高低温、功耗低、速度快，所以在军品和宇航级上有较大优势。ALTERA和XILINX则一般不涉足军品和宇航级市场。⑤Quicklogic：专业PLD/FPGA公司，以一次性反熔丝工艺为主，在中国地区销售量不大。⑥Lucent：主要特点是有不少用于通讯领域的专用IP核，但PLD/FPGA不是Lucent的主要业务，在中国地区使用的人很少。⑦ATMEL：中小规模PLD做得不错。ATMEL也做了一些与Altera和Xilinx兼容的片子，但在品质上与原厂家还是有一些差距，在高可靠性产品中使用较少，多用在低端产品上。⑧ClearLogic：生产与一些著名PLD/FPGA大公司兼容的芯片，这种芯片可将用户的设计一次性固化，不可编程，批量生产时的成本较低。⑨WSI：生产PSD（单片机可编程外围芯片）产品。这是一种特殊的PLD，如最新的PSD8xx、PSD9xx集成了PLD、EPROM、Flash，并支持ISP（在线编程），集成度高，主要用于配合单片机工作。⑦Altium：提供Actel、Altera、Lattice和Xilinx四家PLD/FPGA器件的通用跨厂商开发平台，最新推出了AltiumDesigner10软件中集成了AldecHDL仿真功能。顺便提一下：PLD（可编程逻辑器件）是一种可以完全替代74系列及GAL、PLA的新型电路，只要有数字电路基础，会使用计算机，就可以进行PLD的开发。PLD的在线编程能力和强大的开发软件，使工程师可以几天，甚至几分钟内就可完成以往几周才能完成的工作，并可将数百万门的复杂设计集成在一颗芯片内。PLD技术在发达国家已成为电子工程师必备的技术。2.3VHDL语言概述及特点VHDL语言概述VHDL全名Very-High-SpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage,诞生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言。自IEEE-1076（简称87版)之后，各EDA公司相继推出自己的VHDL设计环境，或宣布自己的设计工具可以和VHDL接口。1993年，IEEE对VHDL进行了修订，从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展VHDL的内容，公布了新版本的VHDL，即IEEE标准的1076-1993版本，简称93版。VHDL和Verilog作为IEEE的工业标准硬件描述语言，得到众多EDA公司支持，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。VHDL语言特点支持广泛、易于修改由于VHDL已经成为IEEE标准所规范的硬件描述语言，目前大多数EDA工具几乎都支持VHDL，这为VHDL的进一步推广和广泛应用奠定了基础。在硬件电路设计过程中，主要的设计文件是用VHDL编写的源代码，因为VHDL易读和结构化，所以易于修改设计。强大的系统硬件描述能力VHDL具有多层次的设计描述功能，既可以描述系统级电路，又可以描述门级电路。而描述既可以采用行为描述、寄存器传输描述或结构描述，也可以采用三者混合的混合级描述。另外，VHDL支持惯性延迟和传输延迟，还可以准确地建立硬件电路模型。VHDL支持预定义的和自定义的数据类型，给硬件描述带来较大的自由度，使设计人员能够方便地创建高层次的系统模型。独立于器件的设计、与工艺无关设计人员用VHDL进行设计时，不需要首先考虑选择完成设计的器件，就可以集中精力进行设计的优化。当设计描述完成后，可以用多种不同的器件结构来实现其功能。很强的移植能力VHDL是一种标准化的硬件描述语言，同一个设计描述可以被不同的工具所支持，使得设计描述的移植成为可能。易于共享和复用VHDL采用基于库（Library）的设计方法，可以建立各种可再次利用的模块。这些模块可以预先设计或使用以前设计中的存档模块，将这些模块存放到库中，就可以在以后的设计中进行复用，可以使设计成果在设计人员之间进行交流和共享，减少硬件电路设计。第三章总体设计方案3.1总体设计思想设计并实现汽车转向的灯光控制要求控制。下载芯片：Altera的MAX3000系列的EPM3256ATC144-10。车转向的灯光控制具有以下基本功能：1．用6只发光二极管模拟6只汽车尾灯，左右各3只，转向开关左右各1只；2.当汽车前进时，转向开关布起作用，尾灯熄灭；3．右转时，右尾灯顺序闪烁，左转时，左尾灯顺序闪烁；4.汽车后退时，左右同时闪烁；图3-2总体设计流程图3.2总体硬件设计方案图3-2EPM3254ATC144-10引脚图3-3总硬件电路图3.3总体软件设计方案通过左转、右转、后退3个开关选择三种状态，当三个开关都关的时候，即向前，此时灯都不亮，右转时，右尾灯顺序闪烁，左转时，左尾灯顺序闪烁，汽车后退时，左右同时闪烁；第四章软件设计及仿真4.1软件设计源程序：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityqicheisport(clk,zuozhuan,youzhuan,houtui:instd_logic;zuodeng:outstd_logic_vector(2downto0);youdeng:outstd_logic_vector(2downto0));endentityqiche;architecturebehvofqicheissignalzuo:std_logic_vector(1downto0);signalyou:std_logic_vector(1downto0);signalhoutui1:std_logic;beginkongzhi:process(clk,you,zuo,houtui1)beginifclk'eventandclk='1'thenifyou="11"thenyou<="01";elseyou<=you+1;endif;ifzuo="11"thenzuo<="01";elsezuo<=zuo+1;endif;ifhoutui1='0'thenhoutui1<='1';elsehoutui1<='0';endif;endif;endprocesskongzhi;xunhuan:process(clk,youzhuan,you)beginifclk'eventandclk='1'thenifyouzhuan='1'thenzuodeng<="000";caseyouiswhen"01"=>youdeng<="001";when"10"=>youdeng<="010";when"11"=>youdeng<="100";whenothers=>youdeng<="000";endcase;elseyoudeng<="000";endif;ifzuozhuan='1'thenyoudeng<="000";casezuoiswhen"01"=>zuodeng<="010";when"10"=>zuodeng<="100";when"11"=>zuodeng<="001";whenothers=>zuodeng<="000";endcase;elsezuodeng<="000";endif;ifhoutui='1'thenifhoutui1='1'thenzuodeng<="111";