eda課程設計——汽車尾燈控制器設計

1、<p>　　課 程 設 計</p><p>　　課程設計名稱： EDA課程設計 </p><p>　　專 業(yè) 班 級 </p><p>　　學 生 姓 名 ： </p><p>　　學 號 ：

2、 </p><p>　　指 導 教 師 ： </p><p>　　課程設計時間： </p><p>　　電子信息科學與技術專業(yè)課程設計任務書</p><p>　　說明：本表由指導教師填寫，由教研室主任審核后下達給選題學生，裝訂在設計（論文）首頁<

3、;/p><p><b>　　汽車尾燈控制器設計</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著集成電路和計算機技術的飛速發(fā)展，EDA技術應運而生，它是一種高級、快速、有效的電子設計自動化技術。EDA將大量的電路功能集成到一個芯片中，并且可以由用戶自行設計邏輯功能，提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性。運用ED

4、A技術可以方便、快捷設計電路系統(tǒng)。 本文基于EDA系統(tǒng)，在MAX+plusII軟件平臺上，完成了汽車尾燈電路的設計。采用VHDL硬件描述語言描述汽車尾燈電路，完成對電路的功能仿真。在設計過程中，重點探討了汽車尾燈電路的設計思路和功能模塊劃分，通過分析仿真波形表明設計的汽車尾燈電路完成了預期的功能。</p><p><b>　　1 設計任務及要求</b></p><

5、p><b>　　1.1設計內(nèi)容</b></p><p>　　根據(jù)計算機中狀態(tài)機原理，利用VHDL設計汽車尾燈控制器的各個模塊，并使用EDA 工具對各模塊進行仿真驗證。汽車尾燈控制器的設計分為4個模塊：時鐘分頻模塊、汽車尾燈主控模塊，左邊燈控制模塊和右邊燈控制模塊。把各個模塊整合后就形成了汽車尾燈控制器。通過輸入系統(tǒng)時鐘信號和相關的汽車控制信號，汽車尾燈將正確顯示當前汽車的控制狀態(tài)。&l

6、t;/p><p><b>　　1.2設計要求</b></p><p>　?。?）汽車尾部左右兩側(cè)各有多盞指示燈。</p><p>　?。?）汽車正常行駛時指示燈都不亮。</p><p>　　（3）汽車右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)的一盞指示燈亮。</p><p>　?。?）汽車左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)的一盞指示燈亮。</

7、p><p>　?。?）汽車剎車時，左右兩側(cè)的一盞指示燈同時亮。</p><p>　　（6）汽車在夜間行駛時，左右兩側(cè)有指示燈同時一直亮，供照明使用。</p><p>　　2設計原理及總體框圖</p><p>　　汽車尾燈控制器就是一個狀態(tài)機的實例。當汽車正常行駛時所有指示燈都不亮；當汽車向右轉(zhuǎn)彎時，汽車右側(cè)的指示燈ldright亮；當汽車向左側(cè)轉(zhuǎn)

8、彎時，汽車左側(cè)的指示燈ldleft亮；當汽車剎車時，汽車右側(cè)的指示燈ldbrake1和汽車左側(cè)的指示燈ldbrake2同時亮；當汽車在夜間行駛時，汽車右側(cè)的指示燈ldnight1和汽車左側(cè)的指示燈ldnight2同時一直亮；當于大霧天行駛時右側(cè)指示燈ldfoggy1和左側(cè)指示燈ldfoggy2同時亮。</p><p>　　通過設置系統(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r

9、ight，剎車信號brake，夜間行駛信號night，霧燈信號foggy和系統(tǒng)的輸出信號：汽車左側(cè)4盞指示燈ldleft，dbrake1，dnight1，dfoggy1和汽車右側(cè)4盞指示燈ldright，ldbrake2，ldnight2，ldfoggy2實現(xiàn)以上功能。</p><p>　　系統(tǒng)的整體組裝設計原理如圖所示：</p><p><b>　　3 程序設計</b&g

10、t;</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)設計要求，系統(tǒng)設計采用自頂向下的設計方法，頂層設計采用原理圖設計方案，它是由時鐘分頻模塊、汽車尾燈主控模塊、左邊燈控制模塊、右邊燈控制模塊四部分組成。</p><p>　　系統(tǒng)的輸入信號包括：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，剎車信號BRAKE，夜間行駛信號NIGHT。</p><p>　

11、　系統(tǒng)的輸入信號包括：汽車左側(cè)4 盞指示燈LLED1，LLED2，LLED3，LLED4和汽車右側(cè)4 盞指示燈RLED1，RLED2，RLED3，RLED4。</p><p>　　當汽車正常行駛時所有的指示燈都不亮，當汽車向左轉(zhuǎn)時，汽車左邊的指示燈LLED1亮，當汽車向右轉(zhuǎn)時，汽車右邊的指示燈RLED1亮，當汽車剎車時，左右的LLED2、RLED2亮，當汽車夜間行駛時，汽車左右的LLED3、LLED4、RLED3

12、 、RLED4一直亮。</p><p>　　3.1各組成模塊原理及程序</p><p>　　3.1.1汽車尾燈主控模塊</p><p>　　VHDL程序（CTRL.VHD）</p><p>　　LIBRARY IEEE;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p>

13、<p>　　ENTITY CTRL IS</p><p>　　PORT(LEFT,RIGHT,BRAKE,NIGHT: IN STD_LOGIC; </p><p>　　LP,RP,LR,BRAKE_LED,NIGHT_LED: OUT STD_LOGIC);</p><p>　　END ENTITY CTRL;</p><p>

14、　　ARCHITECTURE ART OF CTRL IS</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　NIGHT_LED<=NIGHT;</p><p>　　BRAKE_LED<=BRAKE;</p><p>　　PROCESS(LEFT,RIGHT)</p><

15、p>　　VARIABLE TEMP:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　TEMP:=LEFT&RIGHT;</p><p>　　CASE TEMP IS</p><p>　　WHEN "00"=&

16、gt;LP<='0';RP<='0';LR<='0'; --當汽車直行時，左右燈都不亮</p><p>　　WHEN "01"=>LP<='0';RP<='1';LR<='0';; --當汽車右拐時，右拐指示燈亮</p><p>

17、;　　WHEN "10"=>LP<='1';RP<='0';LR<='0'; --當汽車左拐時，左指示燈亮</p><p>　　WHEN OTHERS=>LP<='0';RP<='0';LR<='1'; --當汽車剎車時，左右燈都亮</p>

18、;<p><b>　　END CASE;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　END ARCHITECTURE ART;</p><p><b>　　功能：</b></p><p>　　該段程序用于對汽車尾燈進行整體控制，當輸入為左轉(zhuǎn)信號時，輸出左

19、側(cè)燈控制信號；當輸入為右轉(zhuǎn)信號時，輸出右側(cè)燈控制信號；當同時輸入LEFT和RIGHT信號時，輸出錯誤控制信號。當輸入為剎車信號時，輸出剎車控制信號；當輸入為夜間行駛信號時，輸出為夜間行駛控制信號。 </p><p>　　3.1.2左邊燈控制模塊</p><p>　　VHDL程序（LC.VHD）</p><p>　　LIBRARY IEEE;</p>&

20、lt;p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>　　ENTITY LC IS</p><p>　　PORT(CLK,LP,LR,BRAKE,NIGHT: IN STD_LOGIC;</p><p>　　LEDL,LEDB,LEDN: OUT STD_LOGIC);</p><p>　　END EN

21、TITY LC;</p><p>　　ARCHITECTURE ART OF LC IS</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　LEDB<=BRAKE;</p><p>　　LEDN<=NIGHT;</p><p>　　PROCESS(CLK,LP,LR)

22、</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN --時鐘上升沿有效</p><p>　　IF(LR='0') THEN --沒有剎車信號時</p><p>　　IF(LP=&

23、#39;0')THEN --沒有左拐信號時</p><p>　　LEDL<='0'; --左信號燈不亮</p><p>　　ELSE --相反情況</p><p>　　LEDL<='1';</p><p><b>　　END IF;</b>

24、;</p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　LEDL<='0';</p><p><b>　　END IF;</b></p><p><b>　　END IF; </b></p><p>　　END PR

25、OCESS;</p><p>　　END ARCHITECTURE ART;</p><p><b>　　功能：</b></p><p>　　本程序用于控制左側(cè)燈的亮、滅和閃爍情況，當時鐘上升沿信號和左側(cè)燈控制信號或剎車控制信號或夜間行駛信號同時出現(xiàn)時，左側(cè)相應的燈亮或出現(xiàn)閃爍。當錯誤控制信號出現(xiàn)時，LD1燈不亮。</p><

26、;p>　　3.1.3右邊燈控制模塊</p><p>　　VHDL程序（RC.VHD）</p><p>　　LIBRARY IEEE;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>　　ENTITY RC IS</p><p>　　PORT(CLK,RP,LR,BRA

27、KE,NIGHT: IN STD_LOGIC;</p><p>　　LEDR,LEDB,LEDN: OUT STD_LOGIC);</p><p>　　END ENTITY RC;</p><p>　　ARCHITECTURE ART OF RC IS</p><p><b>　　BEGIN</b></p>

28、<p>　　LEDB<=BRAKE;</p><p>　　LEDN<=NIGHT;</p><p>　　PROCESS(CLK,RP,LR)</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN

29、 --檢測時鐘上升沿</p><p>　　IF(LR='0') THEN</p><p>　　IF(RP='0') THEN</p><p>　　LEDR<='0';</p><p><b>　　ELSE</b></p>&l

30、t;p>　　LEDR<='1';</p><p><b>　　END IF;</b></p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　LEDR<='0';</p><p><b>　　END IF;</b>&l

31、t;/p><p><b>　　END IF; </b></p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　END ARCHITECTURE ART;</p><p><b>　　功能：</b></p><p>　　本描述用于控制右側(cè)燈的亮、滅和閃爍情況，當時鐘上

32、升沿信號和右側(cè)燈控制信號或剎車控制信號或夜間行駛信號同時出現(xiàn)時，右側(cè)相應的燈亮或出現(xiàn)閃爍。當錯誤控制信號出現(xiàn)時，RD1燈不亮。</p><p>　　3.1.4時鐘分頻模塊</p><p>　　VHDL程序（SZ.VHD）</p><p>　　LIBRARY IEEE;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL

33、;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p><p>　　ENTITY SZ IS</p><p>　　PORT(CLK: IN STD_LOGIC; --時鐘輸入</p><p>　　CP: OUT STD_LOGIC);</p&g

34、t;<p>　　END ENTITY SZ;</p><p>　　ARCHITECTURE ART OF SZ IS</p><p>　　SIGNAL COUNT:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); --定義八位標準邏輯位矢量數(shù)據(jù)類型</p><p><b>　　BEGIN</b></p>

35、<p>　　PROCESS(CLK)</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN --檢測時鐘上升沿</p><p>　　COUNT<=COUNT+1;</p><p&g

36、t;<b>　　END IF;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　CP<=COUNT(3); --輸出第五位</p><p>　　END ARCHITECTURE ART;</p><p><

37、;b>　　功能：</b></p><p>　　這塊的功能是對左右兩邊的LLED1、RLED1的閃爍時間間隔，以CLK為輸入信號，CP為輸出信號，在程序中定義一個八位節(jié)點信號COUNT來放計數(shù)值，當CLK的上升沿到來時就開始計數(shù)，最后將COUNT(3)給CP，實現(xiàn)對CLK的八分頻。</p><p>　　再將CP的電平信號分別和LEDL、LEDR電平與，最后用輸出的電平來控制

38、汽車左右的LLED1、RLED1，實現(xiàn)左右轉(zhuǎn)的指示功能。 </p><p><b>　　3.1.5原理圖</b></p><p>　　頂層文件VHDL程序（tp.VHD）</p><p>　　Library ieee;</p><p>　　Use ieee.std_logic_1164.all;</p>&

39、lt;p>　　Use ieee.std_logic_unsigned.all;</p><p>　　Entity tp is</p><p>　　Port(clk:in std_logic;</p><p>　　Left:in std_logic;</p><p>　　Right:in std_logic;</p><

40、;p>　　Brake:in std_logic;</p><p>　　Night:in std_logic;</p><p>　　Ld1,ld2,ld3:out std_logic;</p><p>　　Rd1,rd2,rd3:out std_logic);</p><p><b>　　End;</b></p

41、><p>　　Architecture bh of tp is</p><p>　　Component sz is</p><p>　　Port(clk:in std_logic;</p><p>　　Cp:out std_logic);</p><p>　　End component;</p><p&

42、gt;　　Component ctrl is</p><p>　　Port(left,right,brake,night:in std_logic;</p><p>　　Lp,rp,lr,brake_led,night_led:out std_logic);</p><p>　　End component;</p><p>　　Compone

43、nt lc is</p><p>　　Port(clk,lp,lr,brake,night:in std_logic;</p><p>　　Ledl,ledb,ledn:out std_logic);</p><p>　　End component;</p><p>　　Component rc is</p><p>

44、　　Port(clk,rp,lr,brake,night:in std_logic;</p><p>　　Ledr,ledb,ledn:out std_logic);</p><p>　　End component;</p><p>　　Signal tmp0,tmp1,tmp2,tmp3,tmp4:std_logic;</p><p>　　

45、Signal err0,err1,err2,err3,err4,err5:std_logic;</p><p>　　signal bm:std_logic;</p><p><b>　　Begin</b></p><p>　　U1:sz port map(clk,bm);</p><p>　　U2:ctrl port m

46、ap(left,right,brake,night,tmp0,tmp1,tmp2,tmp3,tmp4);</p><p>　　U3:lc port map(clk,tmp0,tmp2,tmp3,tmp4,err0,err1,err2);</p><p>　　U4:rc port map(clk,tmp1,tmp2,tmp3,tmp4,err3,err4,err5);</p>

47、<p>　　Ld1<=err0 and bm;</p><p>　　Ld2<=err1;</p><p>　　Ld3<=err2;</p><p>　　Rd1<=err3 and bm;</p><p>　　Rd2<=err4;</p><p>　　Rd3<=err5;&l

48、t;/p><p><b>　　End;</b></p><p><b>　　4 編譯及仿真</b></p><p>　　4.1 主控模塊的時序仿真及原理圖</p><p><b>　　數(shù)據(jù)入口：</b></p><p>　　RIGHT：右轉(zhuǎn)信號；</p

49、><p>　　LEFT：左轉(zhuǎn)信號；</p><p>　　BRAKE：剎車信號；</p><p>　　NIGHT：夜間行駛信號；</p><p><b>　　數(shù)據(jù)出口：</b></p><p>　　LP：左側(cè)燈控制信號；</p><p>　　RP：右側(cè)燈控制信號；</p&g

50、t;<p>　　LR：錯誤控制信號；</p><p>　　BRAKE_LED：剎車控制信號；</p><p>　　NIGHT_LED：夜間行駛控制信號；</p><p><b>　　仿真波形</b></p><p>　　4.2 左邊燈模塊的時序仿真及原理圖</p><p><

51、b>　　數(shù)據(jù)入口：</b></p><p>　　CLK：時鐘控制信號；</p><p>　　LP：左側(cè)燈控制信號；</p><p>　　LR：錯誤控制信號；</p><p>　　BRAKE：剎車控制信號；</p><p>　　NIGHT：夜間行駛控制信號；</p><p>&l

52、t;b>　　數(shù)據(jù)出口：</b></p><p>　　LEDL：左側(cè)LD1燈控制信號；</p><p>　　LEDB：左側(cè)LD2燈控制信號；</p><p>　　LEDN：左側(cè)LD3燈控制信號；</p><p><b>　　仿真波形</b></p><p>　　4.3 右邊燈模塊的

53、時序仿真及原理圖</p><p><b>　　數(shù)據(jù)入口：</b></p><p>　　CLK：時鐘控制信號；</p><p>　　RP：右側(cè)燈控制信號；</p><p>　　LR：錯誤控制信號；</p><p>　　BRAKE：剎車控制信號；</p><p>　　NIGHT

54、：夜間行駛控制信號；</p><p><b>　　數(shù)據(jù)出口：</b></p><p>　　LEDR：右側(cè)RD1燈控制信號；</p><p>　　LEDB：右側(cè)RD2燈控制信號；</p><p>　　LEDN：右側(cè)RD3燈控制信號；</p><p><b>　　仿真波形</b>

55、</p><p>　　4.4 時鐘分頻模塊的時序仿真及原理圖</p><p><b>　　仿真波形</b></p><p>　　4.5 頂層文件的時序仿真及原理圖</p><p><b>　　仿真波形</b></p><p>　　4.6 整體組裝設計原理圖</p>

56、<p><b>　　整體組裝設計原理圖</b></p><p>　　5 硬件調(diào)試與結(jié)果分析</p><p>　　器件選擇ACEX1系列的EP1K30TC144-1。選擇后對原理圖進行引腳鎖定。因為自己沒有寫16進制到10進制譯碼器，所以選擇模式5自帶譯碼器的方式進行硬件驗證。</p><p>　　編譯以后對程序進行配置，打開電源，

57、在實驗板上選擇模式5，打開下載鎖定后開始配置。配置完成后，進行調(diào)試，完成功能要求。</p><p><b>　　6 參考文獻</b></p><p>　　[1] 焦素敏.EDA課程設計指導書.鄭州：河南工業(yè)大學，2008</p><p>　　[2] 焦素敏.EDA應用技術，清華大學出版社，2007</p><p>　　[

58、3] 曹昕燕，周鳳成等，EDA技術實驗與課程設計，清華大學出版社，2006</p><p>　　[4] 盧杰，賴毅.VHDL與數(shù)字電路設計.北京：科學出版社，2001社，2006</p><p><b>　　7 心得體會</b></p><p>　　通過兩星期的緊張工作，最后完成了我的設計任務——汽車尾燈控制器的設計。通過本次課程設計的學習，我

59、深深的體會到設計課的重要性和目的性。本次設計課不僅僅培養(yǎng)了我們實際操作能力，也培養(yǎng)了我們靈活運用課本知識，理論聯(lián)系實際，獨立自主的進行設計的能力。它不僅僅是一個學習新知識新方法的好機會，同時也是對我所學知識的一次綜合的檢驗和復習，使我明白了自己的缺陷所在，從而查漏補缺。希望學校以后多安排一些類似的實踐環(huán)節(jié)，讓同學們學以致用。</p><p>　　在設計中要求我要有耐心和毅力，還要細心，稍有不慎，一個小小的錯誤就會

60、導致結(jié)果的不正確，而對錯誤的檢查要求我要有足夠的耐心，通過這次設計和設計中遇到的問題，也積累了一定的經(jīng)驗，對以后從事集成電路設計工作會有一定的幫助。在應用VHDL的過程中讓我真正領會到了其并行運行與其他軟件順序執(zhí)行的差別及其在電路設計上的優(yōu)越性。用VHDL硬件描述語言的形式來進行數(shù)字系統(tǒng)的設計方便靈活，利用EDA軟件進行編譯優(yōu)化仿真極大地減少了電路設計時間和可能發(fā)生的錯誤，降低了開發(fā)成本，這種設計方法必將在未來的數(shù)字系統(tǒng)設計中發(fā)揮越來越