可编程课程设计报告-汽车尾灯控制电路.doc

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1、编号： 课程设计（可编程逻辑器件与应用） 题目：汽车尾灯控制电路设计与实现院 （系） 计算机与信息工程学院 专 业 信息工程 班 级 信息111 学生姓名 李会希 2014年6月摘要本次设计旨在完成汽车尾灯的控制电路,汽车尾灯控制电路使得汽车的行驶更加有秩序,更加方便操作。分析汽车尾灯控制电路设计原理, 采用Verilog HDL硬件描述语言实现汽车尾灯控制电路的设计, 具有可编程性、线路简单、可靠性高等特点,采用Quartus II 开发平台进行逻辑综合和时序仿真，并下载到PEC12Q240C8芯片上进行验证，获得了预期的结果。实验结果表明，该系统没有传统设计中的接线问题，硬件功能可以像软件

2、一样通过编程来修改，可靠性高、体积小，极大地提高了电子系统设计的灵活性和通用性。关键词：汽车尾灯控制电路； Verilog HDL ；Quartus II ；PEC12Q240C8芯片目录1. 1 绪论12. 2 设计方案分析13. 2.1 汽车尾灯控制电路的基本功能14. 2.2汽车尾灯控制电路设计原理15. 2.3汽车尾灯控制电路FPGA 的实现26. 3 汽车尾灯控制方案实施2a) 3.1利用 Verilog HDL语言实现主控模块2b) 3.3 实验箱连线57. 4 系统测试分析6a) 4.1 功能仿真测试分析6b) 4.2 电路下载测试分析68. 5 结论69.参考文献71 绪论 随

3、着集成电路工艺EDA技术的高速发展, 电子系统的设计技术和工具发生了深刻的变化，以现场可编程门阵列(FPGA)为代表的ASIC器件得到了迅速普及和发展，器件集成度和速度都在高速增长。FPGA既具有门阵列的高逻辑密度和高可靠性, 又具有可编程特性。利用它进行产品开发,不仅微功耗、成本低、周期短、可靠性高, 而且可以实现静态可重复编程、动态在系统重构、硬件功能可以像软件一样通过编程来修改，因此极大地提高了电子系统设计的灵活性和通用性。在汽车运行过程中，驾车司机通过尾灯通知后继车辆本人的运行意图，对于维持正常的交通秩序，保障安全具有极其重要的意义。汽车尾灯控制电路是随汽车智能化技术的发展而迅速发展起

4、来的，汽车尾灯一般是用基于微处理的硬件电路构成， 正因为硬件电路的局限性，不能随意的更改电路的功能和性能，且可靠性得不到保证，因此对汽车尾灯控制系统的发展带来一定的局限性，难以满足现代汽车的智能化发展。本设计使用复杂可编程逻辑器件FPGA，用Verilog HDL语言对汽车尾灯控制电路进行设计，并用Quartus II 软件进行FPGA芯片的编译和下载，生成的是集成化的数字电路，没有传统设计中的接线问题，硬件功能的改变可以通过编程来修改，所以故障率低、可靠性高，而且体积小，体现了EDA 技术在数字电路设计中的优越性。2 设计方案分析2.1 汽车尾灯控制电路的基本功能用6个发光管模拟6个汽车尾灯

5、（左右各3个），用4个开关作为汽车控制信号,分别为：左拐、右拐、故障和刹车。车匀速行驶时，6个汽车尾灯全灭；右拐时，车右边3个尾灯从左至右顺序亮灭；左拐时，车左边3个尾灯从右至左顺序亮灭；故障时，车6个尾灯一起明灭闪烁；刹车时，6个尾灯全亮。2.2汽车尾灯控制电路设计原理汽车尾部两侧各有三个指示灯。按一般规律,汽车正常行驶时尾部的指示灯全灭; 右转弯时, 右侧的三个指示灯按右循环的顺序点亮; 左转弯时,左侧的三个指示灯按左循环的顺序点亮; 刹车时,所有指示灯随clk脉冲同步闪烁。表1中列出汽车尾灯点亮和汽车运行状态之间的关系, 其中clk为控制灯闪烁的脉冲信号,left1left3为左侧指示灯

6、,right1right3为右侧指示灯,L1L4为状态控制开关。2.3汽车尾灯控制电路FPGA 的实现本控制电路采用Verilog HDL语言设计, 运用自顶而下的设计思想, 按功能逐层分割实现层次化设计根据汽车尾灯控制电路设计原理, 将整个控制电路分为主控模块、右侧灯控制模块和左侧灯控制模块, 然后利用Verilog HDL语言编程描述各模块的接口及电路功能, 最后利用原理图方式实现顶层电路设计。表2-1 汽车尾灯点亮与汽车运行状态之间的关系L1 L2 L3 L4运行状态左侧尾灯left1left3右侧尾灯right1right30000正常运行灯灭0100右转弯灯灭right1right3

7、从左到右循环点亮1000左转弯left1left3从右到左循环点亮灯灭0010故障所有指示灯随clk脉冲同步闪烁0001刹车全亮全亮3 汽车尾灯控制方案实施3.1利用 Verilog HDL语言实现主控模块module carled(clk,cro,cout,VGA);input clk;input 3:0 cro;/开关控制output reg5:0 cout;/6个输出output 3:0 VGA;assign VGA = 4b0001;reg3:0 i=4b0000;/初始时灯为全亮always (posedge clk)beginif(i!=cro)/判断汽车不为匀速行驶时begini

8、f(cro=4b0000) cout=6b;else if(cro=4b1000) cout=6b;else if(cro=4b0100) cout=6b;else if(cro=4b0010)cout=6b;else if(cro=4b0001)cout=6b;endelse if(i=cro)/判断汽车为匀速行驶时beginif(cro=4b0000) /匀速行驶，灯全灭cout=6b;else if(cro=4b1000) /左拐beginif(cout=6b)cout=6b;else cout=(cout1)|6b;endelse if(cro=4b0100) /右拐beginif(c

9、out=6b)cout=6b;else cout1)|6b;endelse if(cro=4b0010)/故障cout=cout;else if(cro=4b0001)/刹车cout=6b;else cout=6b;endi=cro;endendmodule3.2 功能仿真及下载验证各模块Verilog HDL程序经过编译优化后, 选择合适的目标芯片进行综合、管脚配置。本电路选用ALTERA公司的可编程逻辑芯片PEC12Q240C8, 在Quartus软件上进行编程仿真并采用第三方验证工具EDI-VI试验箱验证所有预期功能, 根据现象对程序进行修改，以至准确实现所有功能。用EDI-VI试验箱验

10、证时管脚定义及配置管脚图如表2-2、图2-1所示。表2-2 管脚定义Inputclk时钟信号，引脚28Inputcro3:0汽车尾灯控制信号，引脚105 104 101 100高电平有效InputVGA控制方式0001OutputLed5:0尾灯，引脚132-137低电平有效图2-1 配置管脚3.3 实验箱连线如图3-1为硬件实验箱验证的连线图。 图3-1 硬件实验箱仿真连线图4 系统测试分析4.1 功能仿真测试分析如图4-1为用Quartus软件仿真得到的结果。图4-1 功能仿真的波形图该汽车尾灯控制电路在Quartus II中进行仿真， 仿真波形如图4-1所示。其中clk为时钟源提供连续时

11、钟信号；cro寄存器是控制左、右转弯、匀速、刹车以及故障的模拟开关，负责接收系统外的输入信号，cout寄存器显示的是左侧尾灯left1left3及右侧尾灯right1right3的相应状态。通过对仿真图进行分析，可以看出，本设计的输入输出逻辑关系已符合预期要求:车匀速行驶时，6个汽车尾灯全灭；右拐时，车右边3个尾灯从左至右顺序亮灭；左拐时，车左边3个尾灯从右至左顺序亮灭；故障时，车6个尾灯一起明灭闪烁；刹车时6个尾灯全亮。这说明软件部分设计基本完成。4.2 电路下载测试分析将所设计的程序下载到Altera公司的FPGA器件PEC12Q240C8芯片中(注意：往实验箱烧程序之前要将所有管脚状态设

12、置为三态As input tri-stated)，并进行在线测试。根据各输入端的逻辑功能，分别赋予相应的值。通过观察输出指示灯的变化，设计电路符合要求。5 结论本设计基于完成汽车尾灯控制电路，在确立总体预期实现功能的前提下，分层次进行描述, 满足设计要求。在Quartus II环境下，用语言实现该电路，根据Verilog HDL的语法规则，对系统的逻辑行为进行描述， 然后通过综合工具进行电路结构的综合、编译、优化，利用波形仿真工具，可在短时间内设计出高效、稳定、符合设计要求的电路。这种利用FPGA设计的汽车尾灯电路，具有较强的灵活性，具备系统可编程能力，便于扩展，而且使用一块核心芯片就可以完成多项功能。另外，使用Verilog HDL进行编程，易学易用，便于调试。随着电子设计自动化技术的发展和普及, 利用EDA工具, 采用可编程逻辑器件缩短了电子产品的设计周期, 为设计者提供了方便。参考文献1 王金明. 数字系统设计与Verilog HDL（第四版） M. 北京:电子工业出版社. 2012. 2 李皓瑜. 汽车尾灯控制电路设计J. 软件导刊, 2013,12（8）：33-34.3 刘宗佳. 汽车尾灯控制电路设计J. 科技资讯, 2013, 34(8):100