汽車尾燈控制器的設(shè)計.EDA課程設(shè)計

1、2008級學(xué)生EDA課程設(shè)計 2008級學(xué)生EDA課程設(shè)計 EDA課程設(shè)計報告書課題名稱汽車尾燈控制器的設(shè)計姓 名謝亨學(xué) 號0812201-48院 系物理與電信工程系專 業(yè)電子信息工程指導(dǎo)教師周來秀 講師2011年 6月10日 一、 設(shè)計任務(wù)及要求：設(shè)計一個汽車尾燈控制器,功能及要求如下:（1）汽車正常行駛時，指示燈不亮。（2）汽車右轉(zhuǎn)時，右側(cè)的指示燈亮。（3）汽車左轉(zhuǎn)時，左側(cè)的指示燈亮。（4）汽車剎車時，左右兩側(cè)的指示燈同時亮。（5）汽車在霧中行駛時，左側(cè)的指示燈不斷閃爍。（6）汽車在倒車時，右側(cè)的指示燈不斷閃爍。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 二、指導(dǎo)教師評語：指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 三、

2、成績驗收蓋章 年 月 日 汽車尾燈控制器的設(shè)計謝 亨（湖南城市學(xué)院物理與電信工程系電子信息工程專業(yè)，湖南益陽，41300）1設(shè)計目的（1）學(xué)會在Quartus環(huán)境中運用VHDL語言設(shè)計方法來構(gòu)建具有一定邏輯功能的模塊，并能運用原理圖設(shè)計方法完成頂層設(shè)計。掌握所學(xué)的課程知識和基本單元電路的綜合設(shè)計應(yīng)用。（2）通過對實用汽車尾燈控制器的設(shè)計，鞏固和綜合運用所學(xué)知識，提高設(shè)計能力,并掌握汽車尾燈控制在FPGA中實現(xiàn)的方法。2設(shè)計的主要內(nèi)容和要求（1）汽車正常行駛時，指示燈不亮。（2）汽車右轉(zhuǎn)時，右側(cè)的指示燈亮。（3）汽車左轉(zhuǎn)時，左側(cè)的指示燈亮。（4）汽車剎車時，左右兩側(cè)的指示燈同時亮。（5）汽車在霧

3、中行駛時，左側(cè)的指示燈不斷閃爍。（6）汽車在倒車時，右側(cè)的指示燈不斷閃爍。3 整體設(shè)計方案汽車尾燈控制器就是一個狀態(tài)機的實例。整體設(shè)計方框圖如圖3.1所示圖3.1 整體設(shè)計方框圖整個系統(tǒng)由4個模塊組成：主控制模塊，左側(cè)控制模塊，霧、倒車控制模塊，右側(cè)控制模塊和顯示模塊。其中主控制模塊主要包括轉(zhuǎn)向控制、霧中行駛控制和倒車控制， CLK為時鐘信號。左側(cè)控制模塊主要包括對左側(cè)轉(zhuǎn)向和剎車指示燈的控制。右側(cè)控制模塊主要包括對右側(cè)轉(zhuǎn)向和剎車指示燈的控制。霧、倒車控制模塊主要包括對霧中行駛指示燈和倒車指示燈的控制。顯示模塊為各狀態(tài)的指示燈。汽車尾燈控制器工作過程：當(dāng)汽車正常行駛時所有指示燈都不亮；汽車右轉(zhuǎn)彎

4、時，汽車右側(cè)的指示燈RD1亮；汽車左轉(zhuǎn)彎時，汽車左側(cè)的指示燈LD1亮；剎車時，汽車右側(cè)的指示燈RD2和左側(cè)的指示燈LD2同時亮；汽車在霧中行駛時，左側(cè)的指示燈LD3不斷閃爍。汽車在倒車時，右側(cè)的指示燈RD3不斷閃爍。各個狀態(tài)之間相互不影響。4硬件電路的設(shè)計根據(jù)汽車尾燈工作過程，設(shè)置系統(tǒng)的輸入信號：系統(tǒng)時鐘信號CLK，汽車左轉(zhuǎn)彎控制信號LEFT，汽車右轉(zhuǎn)彎控制信號RIGHT，剎車控制信號BRAKE，霧中行駛控制信號FOG，倒車控制信號BACK和系統(tǒng)的輸出信號：汽車左側(cè)3盞指示燈LD1、LD2、LD3和汽車右側(cè)3盞指示燈RD1、RD2、RD3來實現(xiàn)尾燈控制器的功能。系統(tǒng)的整體設(shè)計原理圖如圖4.1所

5、示。圖4.1 整體設(shè)計原理圖系統(tǒng)的工作原理及過程：當(dāng)汽車正常行駛時所有指示燈都不亮；汽車在右轉(zhuǎn)彎時，右轉(zhuǎn)彎控制信號RIGHT為1，此時汽車右側(cè)的指示燈RD1亮；汽車在左轉(zhuǎn)彎時，左轉(zhuǎn)彎控制信號LEFT為1，此時汽車左側(cè)的指示燈LD1亮；汽車在剎車時，剎車控制信號BRAKE為1，此時汽車右側(cè)的指示燈RD2和左側(cè)的指示燈LD2同時亮；汽車在霧中行駛時，霧中行駛控制信號FOG為1，此時汽車左側(cè)的指示燈LD3不斷閃爍（閃爍的頻率與時鐘CLK的頻率相等）。汽車在倒車時，倒車控制信號BACK為1，此時汽車右側(cè)的指示燈RD3不斷閃爍（閃爍的頻率與時鐘CLK的頻率相等）。在汽車尾燈控制器工作過程中各個狀態(tài)之間無

6、影響。5 軟件設(shè)計5.1 主控制模塊主控制模塊master如圖5.1所示，LEFT為汽車左轉(zhuǎn)彎控制信號LEFT，RIGHT為汽車右轉(zhuǎn)彎控制信號，BRAKE為剎車控制信號，F(xiàn)OG為霧中行駛控制信號，BACK為倒車控制信號，上述信號均在高電平時有效。LP為左轉(zhuǎn)彎輸出脈沖：當(dāng)LEFT為1，CLK由0往1跳變時LP輸出為1。RP為右轉(zhuǎn)彎輸出脈沖：當(dāng)RIGHT為1，CLK由0往1跳變時RP輸出為1。LR為左側(cè)控制模塊和右側(cè)控制模塊的使能信號（低電平有效）當(dāng)LEFT和RIGHT同時為1時，LR輸出為1，此時左右兩側(cè)控制模塊均不起作用。F為霧中行駛輸出脈沖：當(dāng)FOG為1，CLK由0往1跳變時F輸出為1。B為

7、倒車輸出脈沖：當(dāng)BACK為1，CLK由0往1跳變時B輸出為1。BRAKE_LED為剎車輸出脈沖：當(dāng)BRAKE為1，CLK由0往1跳變時BRAKE_LED輸出為1。該模塊各輸入輸出信號之間無影響。圖5.1 主控制模塊圖主控制模塊由VHDL程序來實現(xiàn)，下面是其中的一段VHDL代碼：ENTITY master IS PORT (LEFT,RIGHT,BRAKE,FOG,BACK: IN STD_LOGIC; -端口定義 LP,RP,LR,F,B,BRAKE_LED:OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE ART OF master ISBEGIN BRAKE_LED<=

8、BRAKE; -將剎車控制信號BRAKE賦給剎車輸出脈沖BRAKE_LED F<=FOG; -將霧中行駛控制信號FOG賦給霧中行駛輸出脈沖F B<=BACK;-將倒車控制信號BACK賦給倒車輸出脈沖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為1，右轉(zhuǎn)彎輸出脈沖 WHEN "10" =>LP<='1'RP<='0'LR<='0' -LP為1，左轉(zhuǎn)彎輸出脈沖 WHEN OTHERS=>LP<='0'RP<='0'LR<='1' -LR為1，轉(zhuǎn)彎無效 END CASE; END PROCESS;END ART;5.2 左側(cè)

10、控制模塊左側(cè)控制模塊L_ctrl如圖5.2所示，CLK為時鐘輸入信號；LP為左轉(zhuǎn)彎輸入脈沖（高電平有效）；LR為該模塊使能信號（低電平有效）；BRAKE為剎車輸入脈沖（高電平有效）；LEDL為左轉(zhuǎn)彎輸出信號：當(dāng)LP為1，CLK由0往1跳變時LEDL輸出為1；LEDB為剎車輸出信號：當(dāng)BRAKE為1，CLK由0往1跳變時LEDB輸出為1。該模塊中各個輸入輸出信號之間無影響。圖5.2 左側(cè)控制模塊圖左側(cè)控制模塊由VHDL程序來實現(xiàn)，下面是其中的一段VHDL代碼：ENTITY L_ctrl IS PORT(CLK,LP,LR,BRAKE:IN STD_LOGIC; -端口定義 LEDL,LEDB:

11、OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE ART OF L_ctrl ISBEGIN LEDB<=BRAKE; -將剎車輸入脈沖BRAKE賦給剎車輸出信號LEDBPROCESS(CLK,LP,LR)BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK = '1' THEN-上升沿有效 IF(LR ='0')THEN-轉(zhuǎn)彎使能信號LR IF(LP = '0')THEN-左轉(zhuǎn)彎輸入脈沖LP為高時，左轉(zhuǎn)彎輸出信號LEDL輸出為高 LEDL<='0' ELSE LEDL<='1

12、9; END IF; ELSE LEDL <='0' END IF; END IF;END PROCESS;END ART;5.3 霧、倒車控制模塊霧、倒車控制模塊FogBack如圖5.3所示，CLK為時鐘輸入信號；F為霧中行駛輸入脈沖（高電平有效）；B為倒車輸入脈沖（高電平有效）；LEDFOG為霧中行駛輸出信號：當(dāng)F為1時，LEDFOG輸出為CLK信號（即高低電平，頻率與時鐘信號一致）；LEDBACK為倒車輸出信號：當(dāng)B為1時，LEDBACK輸出為CLK信號（即高低電平，頻率與時鐘信號一致）。該模塊中各個輸入輸出信號之間無影響。圖5.3 霧、倒車控制模塊圖霧、倒車控制模

13、塊由VHDL程序來實現(xiàn)，下面是其中的一段VHDL代碼：ENTITY FogBack IS PORT(CLK,F,B:IN STD_LOGIC;-端口定義 LEDFOG,LEDBACK: OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE ART OF FogBack ISBEGIN PROCESS(CLK,F,B)BEGINIF(F = '1')THEN-判斷霧中行駛輸入脈沖F是否為高電平LEDFOG <=CLK; -若F為高，將時鐘信號賦給霧中行駛輸出信號LEDFOG ELSE LEDFOG<='0' -若F為低，LEDFOG為低 EN

14、D IF; IF (B = '1') THEN -判斷倒車輸入脈沖B是否為高電平LEDBACK <=CLK; -若B為高，將時鐘信號賦給倒車輸出信號LEDBACKELSE LEDBACK<='0' -若B為低，LEDBACK為低 END IF; END PROCESS;END ART;5.4 右側(cè)控制模塊右側(cè)控制模塊R_ctrl如圖5.4所示，CLK為時鐘輸入信號；RP為右轉(zhuǎn)彎輸入脈沖（高電平有效）；LR為該模塊使能信號（低電平有效）；BRAKE為剎車輸入脈沖（高電平有效）；LEDR為右轉(zhuǎn)彎輸出信號：當(dāng)RP為1，CLK由0往1跳變時LEDR輸出為1。

15、LEDB為剎車輸出信號：當(dāng)BRAKE為1，CLK由0往1跳變時LEDB輸出為1。該模塊中各個輸入輸出信號之間無影響。圖5.4 右側(cè)控制模塊圖右側(cè)控制模塊由VHDL程序來實現(xiàn)，下面是其中的一段VHDL代碼：BEGIN LEDB<=BRAKE; -將剎車輸入脈沖BRAKE賦給剎車輸出信號LEDB PROCESS(CLK,RP,LR) BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK = '1' THEN -上升沿有效 IF(LR = '0')THEN -轉(zhuǎn)彎使能信號LR IF(RP = '0')THEN-右轉(zhuǎn)彎輸入脈沖RP為高時，右

16、轉(zhuǎn)彎輸出信號LEDR輸出為高 LEDR <='0' ELSE LEDR <= '1' END IF; ELSE LEDR <='0' END IF; END IF; END PROCESS;END ART;5.5 顯示模塊顯示模塊為LED燈，左側(cè)與右側(cè)分別3個：LD1、LD2、LD3，RD1、RD2、RD3。LED燈均為高電平亮，其中LD1與RD1分別為左轉(zhuǎn)向指示燈和右轉(zhuǎn)向指示燈，LD2與RD2分別為左右兩側(cè)剎車指示燈，LD3為霧中行駛指示燈，RD3為倒車指示燈。當(dāng)LED均在工作狀態(tài)時，LD1、LD2、RD1、RD2亮，LD3、

17、RD3閃爍（閃爍的頻率與時鐘信號一致）。6 系統(tǒng)仿真6.1 主控制模塊仿真汽車尾燈主控制模塊由VHDL程序?qū)崿F(xiàn)后，其仿真圖如圖6.1所示。圖6.1 汽車主控模塊仿真圖對時序仿真圖進行分析：RIGHT,LEFT,BRAKE,FOG,BACK為輸入信號，RIGHT為1表示右轉(zhuǎn),LEFT為1表示左轉(zhuǎn),BRAKE為1表示剎車,FOG為1表示在霧中行駛,BACK為1表示倒車。RP,LP,B,F ,BRAKE_LED,LR為輸出信號。如圖所示：當(dāng)RIGHT為1時，產(chǎn)生一個RP為1的信號脈沖輸出；當(dāng)LEFT為1時，產(chǎn)生一個LP為1的信號脈沖輸出；當(dāng)FOG為1時，產(chǎn)生一個F為1的信號脈沖輸出；當(dāng)BRAKE為1

18、時，產(chǎn)生一個BRAKE_LED為1的信號脈沖輸出；當(dāng)BACK為1時，產(chǎn)生一個B為1的信號脈沖輸出；當(dāng)LEFT和RIGHT同為1時產(chǎn)生一個LR為1的信號脈沖輸出。由仿真圖分析可知該模塊中各個輸入輸出信號之間無影響。6.2左側(cè)控制模塊仿真左側(cè)控制模塊由VHDL程序?qū)崿F(xiàn)后，其仿真圖如圖6.2所示。圖6.2 左側(cè)控制模塊仿真圖對時序仿真圖進行分析：LP,LR,BRAKE為輸入信號，CLK為時鐘輸入信號。 LP為1表示左轉(zhuǎn)，LR為1表示該模塊沒有被使能，BRAKE為1表示剎車。LEDL,LEDB為輸出信號,并與汽車左側(cè)的兩盞指示燈相連。如圖所示：當(dāng)LP為1時，LEDL輸出為1表示左側(cè)一盞指示燈亮，此時為

19、左轉(zhuǎn)彎；當(dāng)BRAKE為1時，LEDB輸出為1表示左側(cè)一盞指示燈亮，此時為剎車。由仿真圖分析可知該模塊中各個輸入輸出信號之間無影響。6.3 霧、倒車控制模塊仿真霧、倒車控制模塊由VHDL程序?qū)崿F(xiàn)后，其仿真圖如圖6.3所示。圖6.3 霧、倒車控制模塊仿真圖對時序仿真圖進行分析：B,F為輸入信號，CLK為時鐘輸入信號。B為1表示倒車，F(xiàn)為1表示在霧中行駛。LEDBACK,LEDFOG為輸出信號,分別與右側(cè)和左側(cè)的一盞指示燈相連。如圖所示：當(dāng)B為1時，LEDBACK輸出為CLK信號，表示右側(cè)一盞指示燈閃爍，此時為霧中行駛；當(dāng)F為1時，LEDFOG輸出CLK信號，表示左側(cè)一盞指示燈閃爍，此時為倒車。由仿

20、真圖分析可知該模塊中各個輸入輸出信號之間無影響。6.4右側(cè)控制模塊仿真右側(cè)控制模塊由VHDL程序?qū)崿F(xiàn)后，其仿真圖如圖6.4所示。圖6.4 右側(cè)控制模塊仿真圖對時序仿真圖進行分析：RP,LR,BRAKE為輸入信號，CLK為時鐘輸入信號。 RP為1表示右轉(zhuǎn)，LR為1表示該模塊沒有被使能，BRAKE為1表示剎車。LEDR,LEDB為輸出信號,并與汽車右側(cè)的兩盞指示燈相連。如圖所示：當(dāng)RP為1時，LEDR輸出為1表示右側(cè)一盞指示燈亮，此時為右轉(zhuǎn)彎；當(dāng)BRAKE為1時，LEDB輸出為1表示右側(cè)一盞指示燈亮，此時為剎車。由仿真圖分析可知該模塊中各個輸入輸出信號之間無影響。6.5 控制器系統(tǒng)仿真按圖4.1連接好各模塊組成的尾燈控制器系統(tǒng)的仿真圖如圖6.5所示。圖6.5 控制器系統(tǒng)仿真圖對時序仿真圖進行分析：CLK為時鐘輸入信號，LEFT為汽車左轉(zhuǎn)彎控制信號，RIGHT為汽車右轉(zhuǎn)彎控制信號，BRAKE為剎車控制信號，F(xiàn)OG為霧中行駛控制信號，BACK為倒車控制信號，上述信號均在高電平時有效。LD1為左轉(zhuǎn)彎輸出信號：當(dāng)LEFT為1，CLK由0往1跳變時LD1輸出為1，此時LD1指示燈亮。RD1為右轉(zhuǎn)彎輸出信號：當(dāng)RIGHT為1，CLK由0往1跳變時RD1輸出為1，此時RD1指示燈亮。LD2和RD2為剎車輸出信號：當(dāng)BRAKE為1，CLK由0往1跳變時LD2和RD2輸出均為1