【正文】 汽車尾燈控制器的設(shè)計(jì) 摘 要 本課程設(shè)計(jì) 根據(jù)計(jì)算機(jī)中狀態(tài)機(jī)原理， 采用 EDA 技術(shù) 設(shè)計(jì)了簡易的汽車尾燈控制器。 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 采用 自頂向下的設(shè)計(jì)方法，頂層設(shè)計(jì)采用原理圖設(shè)計(jì)方式，它由時(shí)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四部分組成。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采用硬件描述語言 VHDL 把系統(tǒng)電路按 模塊化方式進(jìn)行設(shè)計(jì)， 然后 進(jìn)行 編譯 、時(shí)序仿真等。本文詳細(xì) 地 介紹了整個(gè)設(shè)計(jì)流程。 關(guān)鍵字 EDA； 汽車尾燈控制器；時(shí)鐘分頻 目錄 1引 言 .................................................................. 1 設(shè)計(jì)的目的 ........................................................ 1 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 .................................................... 1 2 EDA、 VHDL 簡介 ......................................................... 1 EDA 技術(shù) .......................................................... 1 EDA 技術(shù)的概念 ............................................... 1 EDA 技術(shù)的特點(diǎn) ............................................... 2 EDA 設(shè)計(jì)流程 ................................................. 2 硬件描述語言（ VHDL） .............................................. 2 VHDL 簡介 .................................................... 2 VHDL 語言的特點(diǎn) .............................................. 3 3汽車尾燈控制器的設(shè)計(jì)過程 ................................................ 3 系統(tǒng)需求分析 ...................................................... 3 汽車尾燈控制器的工作原理 .......................................... 3 各組成模塊原理及程序 .............................................. 4 時(shí)鐘分頻模塊 ................................................. 5 汽車尾燈主控模塊 ............................................ 5 左邊燈控制模塊 ............................................... 6 右邊燈控制模塊 ............................................... 6 4系統(tǒng)仿真 ................................................................ 7 分頻模塊仿真及分析 ................................................ 7 汽車尾燈主控模塊仿真及分析 ........................................ 8 左邊燈控制模塊仿真及 分析 .......................................... 8 右邊燈控制模塊仿真及分析 .......................................... 9 整個(gè)系統(tǒng)仿真及分析 ................................................ 9 結(jié)束語 .................................................................. 11 致謝 .................................................................... 12 參考文獻(xiàn) ................................................................ 13 附錄 .................................................................... 14 熊雄 汽車尾燈控制器的設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 16 頁 1 1 引 言 隨著 社會(huì)的 發(fā)展， 科學(xué)技術(shù)也在不斷的進(jìn)步 ， 狀態(tài)機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。 現(xiàn)代交通越來越 擁擠，安全問題日益突出，在這種情況下汽車尾燈控制器的設(shè)計(jì)成為解決交通安全問題一種好的途徑。在 本課程 設(shè)計(jì)根據(jù)狀態(tài)機(jī)原理 [1]實(shí)現(xiàn)了汽車尾燈常用控制。 設(shè)計(jì)的 目的 本次設(shè)計(jì)的目的就是 通過實(shí)踐深入理解計(jì)算機(jī)組成原理， 了解 EDA 技術(shù) [2]并 掌握VHDL硬件描述語言的設(shè)計(jì)方法和思想 。 以計(jì)算機(jī)組成原理為指導(dǎo)， 通過學(xué)習(xí)的 VHDL 語言結(jié)合電子電路的設(shè)計(jì)知識(shí)理論聯(lián)系實(shí)際，掌握所學(xué)的課程知識(shí) 和 基本單元電路的綜合設(shè)計(jì)應(yīng)用。通過對 實(shí)用 汽車尾燈控制器 [3]的設(shè)計(jì)，鞏固和綜合 運(yùn)用 所學(xué) 知識(shí) ，提高 IC設(shè)計(jì)能力，提高分析、解決計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)際問題的獨(dú)立工作能力。 設(shè)計(jì)的 基本 內(nèi)容 根據(jù)計(jì)算機(jī)中狀態(tài)機(jī)原理， 利用 VHDL 設(shè)計(jì) 汽車尾燈控制器 的各個(gè)模塊 ，并使用 EDA 工具對 各模塊 進(jìn)行仿真驗(yàn)證 。 汽車尾燈控制器的設(shè)計(jì) 分為 4 個(gè)模塊： 時(shí)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(gè)模塊整合后就形成了汽車尾燈控制器。 通過輸入系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)和相關(guān)的汽車控制信號(hào)，汽車尾燈將正確顯示當(dāng)前汽車的控制狀態(tài)。 2 EDA、 VHDL 簡介 EDA 技術(shù) EDA 技術(shù) 的 概念 EDA 是電 子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ Electronic Design Automation）的縮寫，在 20 世紀(jì) 90年代初從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（ CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測試（ CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（ CAE）的概念發(fā)展而來的。 EDA技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在EDA軟件平臺(tái)上，用硬件描述語言 HDL 完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。 熊雄 汽車尾燈控制器的設(shè)計(jì) 第 2 頁 共 16 頁 2 技術(shù) 的 特點(diǎn) 利用 EDA 技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具有 以下幾個(gè)特點(diǎn)：① 用軟件的方式設(shè)計(jì)硬件；② 用軟件方式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)的開發(fā)軟件自動(dòng)完成的；③ 設(shè)計(jì)過程中可用有關(guān)軟件進(jìn)行各種仿真；④ 系統(tǒng)可現(xiàn)場編程，在線升級(jí)；⑤ 整個(gè)系統(tǒng)可集成在一個(gè)芯片上，體積小、功耗低、可靠性高。因此， EDA 技術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢。 EDA 設(shè)計(jì)流程 典型的 EDA 設(shè)計(jì)流程如下 : 文本 /原理圖編輯與修改。首先利用 EDA 工具的文本或圖形編輯器將設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖用文本或圖形方式表達(dá)出來。 編譯。完成設(shè)計(jì)描述后即可通過編譯器進(jìn)行排錯(cuò)編譯，變成特 定的文本格式，為下一步的綜合做準(zhǔn)備。 綜合。將軟件設(shè)計(jì)與硬件的可實(shí)現(xiàn)性掛鉤，是將軟件轉(zhuǎn)化為硬件電路的關(guān)鍵步驟。 行為仿真和功能仿真。利用產(chǎn)生的網(wǎng)表文件進(jìn)行功能仿真，以便了解設(shè)計(jì)描述與設(shè)計(jì)意圖的一致性。 適配。利用 FPGA/CPLD 布局布線適配器將綜合后的網(wǎng)表文件針對某一具體的目標(biāo)器件進(jìn)行邏輯映射操作，其中包括底層器件配置、邏輯分割、邏輯優(yōu)化、布局布線。適配報(bào)告指明了芯片內(nèi)資源的分配與利用、引腳鎖定、設(shè)計(jì)的布爾方程描述情況。 功能仿真和時(shí)序仿真。 下載。如果以上 的所有過程都沒有發(fā)現(xiàn)問題，就可以將適配器產(chǎn)生的下載文件通過 FPGA/CPLD 下載電纜載入目標(biāo)芯片中。 硬件仿真與測試。 硬件描述語言 （ VHDL） VHDL 簡介 VHDL(VeryHighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language)主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，行為，功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語句外，VHDL 的語言形式和描述風(fēng)格與句法是十分類似于一般的計(jì)算機(jī)高級(jí)語言。 VHDL 的程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將一項(xiàng)工程設(shè) 計(jì)，或稱設(shè)計(jì)實(shí)體（可以是一個(gè)元件，一個(gè)電路模塊或一個(gè)系 熊雄 汽車尾燈控制器的設(shè)計(jì) 第 3 頁 共 16 頁 3 統(tǒng)）分成外部（或稱可是部分 ,及端口 )和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實(shí)體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在對一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設(shè)計(jì)就可以直接調(diào)用這個(gè)實(shí)體。這種將設(shè)計(jì)實(shí)體分成內(nèi)外部分的概念是 VHDL 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本點(diǎn) 。 VHDL 語言的特點(diǎn) VHDL 代碼而不是用原理 圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，意味著整個(gè)電路板的模型及性能可用計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行驗(yàn)證。 元件的設(shè)計(jì)與工藝無關(guān)，與工藝獨(dú)立，方便工藝轉(zhuǎn)換。 支持各 種設(shè)計(jì)方法，自頂向下、自底向上或者混合的都可以。 ，即混合描述。 區(qū)別于其他的 HDL，已形成標(biāo)準(zhǔn)，其代碼在不同的系統(tǒng)中可交換建模。 3 汽車尾燈控制器的設(shè)計(jì)過程 系統(tǒng)需求分析 根據(jù) 現(xiàn)代交通規(guī)則，汽車尾燈控制器應(yīng) 滿足以下基本要求： 1. 汽車正常使用是指示燈不亮 2. 汽車右轉(zhuǎn)時(shí)，右側(cè)的一盞燈亮 3. 汽車左轉(zhuǎn)時(shí)，左側(cè)的一盞燈亮 4. 汽車剎車時(shí)，左右兩側(cè)的指示燈同時(shí)亮 5. 汽車夜間行駛時(shí)，左右兩側(cè)的指示燈同時(shí)一直亮，供照明使用 汽車尾燈控制器 的工作原理 汽車尾燈控制器 就 是一個(gè)狀態(tài)機(jī)的實(shí)例。 當(dāng)汽車正常行駛時(shí)所有指示燈都不亮；當(dāng)汽車向右轉(zhuǎn)彎時(shí)，汽車右側(cè)的指示燈 RD1 亮；當(dāng)汽車向左側(cè)轉(zhuǎn)彎時(shí)，汽車左側(cè)的指示燈LD1亮；當(dāng)汽車剎車時(shí)，汽車右側(cè)的指示燈 RD2 和汽車左側(cè)的指示燈 LD2 同時(shí)亮；當(dāng)汽車在夜間行駛時(shí)，汽車右側(cè)的指示燈 RD3 和汽車左側(cè)的指示燈 LD3 同時(shí)一直亮。通過設(shè)置系統(tǒng)的輸入信號(hào)：系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào) CLK，汽車左轉(zhuǎn)彎控制信號(hào) LEFT，汽車右轉(zhuǎn)彎控制信號(hào) RIGHT，剎車信號(hào) BRAKE，夜間行駛信號(hào) NIGHT 和系統(tǒng)的輸出信號(hào)：汽車左側(cè) 3盞指示燈 LD LD LD3 和汽車右側(cè) 3盞指示燈 RD RD RD3 實(shí)現(xiàn)以上功能。 系統(tǒng)的整體組裝設(shè)計(jì)原理如圖 。 熊雄 汽車尾燈控制器的設(shè)計(jì) 第 4 頁 共 16 頁 4 圖 系統(tǒng)的整體組裝設(shè)計(jì)原理 各組成模塊 原理及程序 汽車尾燈控制器有 4 個(gè)模塊組成，分別為：時(shí)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 ，以下介紹各模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)。 熊雄 汽車尾燈控制器的設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 16 頁 5 時(shí)鐘分頻模塊 整個(gè) 時(shí)鐘分頻模塊 的工作框圖如圖 。 圖 時(shí)鐘分頻模塊 工作框圖 時(shí)鐘分頻模塊 由 VHDL 程序來實(shí)現(xiàn)，下面是其中的一段 VHDL代碼： ARCHITECTURE ART OF SZ IS SIGNAL COUNT:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)。 BEGIN PROCESS(CLK) BEGIN IF CLK39。EVENT AND CLK = 39。139。THEN COUNT = COUNT + 1。 END IF。 END PROCESS。 CP= COUNT(3)。 END ART。 汽車尾燈主控模塊 汽車尾燈主控模塊 工作 框圖如圖 所示。 . 圖 主控模塊工作框圖 汽車尾燈主控模塊 由 VHDL 程序來實(shí)現(xiàn)，下面是其中的一段 VHDL 代碼 ： ARCHITECTURE ART OF CTRL IS BEGIN NIGHT_LED=NIGHT。 BRAKE_LED=BAKE。