長(zhǎng)沙理工大學(xué)城南學(xué)院《EDA技術(shù)與運(yùn)用》課程工程報(bào)告基于VHDL語(yǔ)言的汽車(chē)尾燈的設(shè)計(jì)系別：水利計(jì)通系 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：通信1202班組長(zhǎng)：羅華偉，202385250228 成員：梁承武，202385250230 李蕾，202385250229 張蒙蒙，202385250222 雷子夜，202385250227指導(dǎo)老師：?jiǎn)螛?shù)民目錄1．設(shè)計(jì)工程及問(wèn)題分析21．1設(shè)計(jì)工程21．2工程分析22．設(shè)計(jì)的目的及意義32．1設(shè)計(jì)的目的32．2設(shè)計(jì)的意義33．設(shè)計(jì)步驟43．1畫(huà)出總體電路原理框圖43．2畫(huà)出功能表43．3編寫(xiě)VHDL程序代碼53．4用QuartusⅡ軟件進(jìn)行調(diào)試63．5頂層模塊圖74．波形仿真及分析74．1波形仿真74．2波形分析75．總結(jié)81．設(shè)計(jì)工程及問(wèn)題分析1．1設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì)一個(gè)汽車(chē)尾燈的控制電路，用6只發(fā)光二極管模擬6盞汽車(chē)尾燈〔汽車(chē)尾部左、右各3盞〕，用兩個(gè)開(kāi)關(guān)作為轉(zhuǎn)彎控制信號(hào)〔一個(gè)開(kāi)關(guān)控制右轉(zhuǎn)彎，另一個(gè)開(kāi)關(guān)控制左轉(zhuǎn)彎〕。要求：當(dāng)汽車(chē)往前行駛時(shí)〔此時(shí)兩個(gè)開(kāi)關(guān)都未接通〕，6盞燈全滅。當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，假設(shè)右轉(zhuǎn)彎〔即右轉(zhuǎn)彎開(kāi)關(guān)接通〕，右邊3盞尾燈從左到右順序亮滅，左邊3盞燈全滅；假設(shè)左轉(zhuǎn)彎〔即左轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)接通〕，左邊3盞尾燈從右至左順序亮滅，右邊3盞燈全滅。當(dāng)左、右兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)接通時(shí)，6盞尾燈同時(shí)明、暗閃爍。1．2工程分析用6只發(fā)光二極管(leftdeng0、leftdeng1、leftdeng2、righdeng0、righdeng1、righdeng2)模擬6個(gè)汽車(chē)尾燈〔左右各3個(gè)〕，用兩個(gè)開(kāi)關(guān)(tleft、tright)作為汽車(chē)控制信號(hào)，分別為：前往行駛、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、和剎車(chē)。前往行駛時(shí)，6個(gè)汽車(chē)尾燈全滅；左轉(zhuǎn)彎時(shí)，左邊3個(gè)燈從右到左順序亮滅，右邊3個(gè)燈全滅；右轉(zhuǎn)彎時(shí)，右邊3個(gè)燈從左到右順序亮滅，左邊3個(gè)燈全滅；剎車(chē)時(shí)，6個(gè)燈同時(shí)明、暗閃爍。根據(jù)以上分析可以畫(huà)出尾燈和汽車(chē)運(yùn)行關(guān)系表如下所示：開(kāi)關(guān)控制汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)左邊燈右邊燈tlefttrightleftdeng〔0、1、2〕rightdeng〔0、1、2〕00汽車(chē)前往行駛燈滅燈滅10汽車(chē)左轉(zhuǎn)彎從右到左順序亮滅燈滅01汽車(chē)右轉(zhuǎn)彎燈滅從左到右亮滅11剎車(chē)6個(gè)燈同時(shí)明、暗閃爍通過(guò)以上分析，可以編寫(xiě)出VHDL語(yǔ)言程序代碼，通過(guò)QuartusⅡ軟件進(jìn)行程序的調(diào)試和仿真。2．設(shè)計(jì)的目的及意義2．1設(shè)計(jì)的目的其一、設(shè)計(jì)一個(gè)能適應(yīng)現(xiàn)代汽車(chē)智能化開(kāi)展要求的汽車(chē)尾燈控制電路。改善以前的汽車(chē)尾燈控制系統(tǒng)，降低汽車(chē)尾燈控制器的生產(chǎn)本錢(qián)。其二、學(xué)好VHDL這門(mén)硬件描述語(yǔ)言，加深對(duì)VHDL語(yǔ)言知識(shí)的理解和掌握，提高學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，使自己適應(yīng)不斷開(kāi)展的21世紀(jì)。2．2設(shè)計(jì)的意義隨著(EDA)仿真技術(shù)的開(kāi)展，數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)工具發(fā)生了深刻的變化。利用硬件描述語(yǔ)言〔VHDL〕對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行描述是EDA的關(guān)鍵技術(shù)之一。VHDL語(yǔ)言是目前主流的硬件描述語(yǔ)言，它具有很強(qiáng)的電路描述和建模能力，具有與具體電路無(wú)關(guān)和與設(shè)計(jì)平臺(tái)無(wú)關(guān)的特性，在語(yǔ)言易讀性和層次化結(jié)構(gòu)方面表現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力和應(yīng)用潛力。隨著人們生活水平的提高，汽車(chē)的消費(fèi)量越來(lái)越大。因?yàn)槿藗円苍絹?lái)越忙，不管是夜晚還是陰雨、大霧等天氣原因的影響，人們都開(kāi)著車(chē)在縱橫交錯(cuò)的馬路上行駛，所以人們對(duì)汽車(chē)平安行駛的要求也越來(lái)越高，汽車(chē)尾燈控制系統(tǒng)給大家?guī)?lái)了極大的方便。汽車(chē)尾燈控制系統(tǒng)是隨著汽車(chē)智能化技術(shù)的開(kāi)展而開(kāi)展起來(lái)的，汽車(chē)尾燈一般是用于微處理器的硬件結(jié)構(gòu)構(gòu)成，正是因?yàn)橛布娐返木窒扌裕坏荒茈S意的更改電路內(nèi)部功能和性能，而且可靠性得不到保證，因此對(duì)汽車(chē)尾燈控制系統(tǒng)的開(kāi)展帶來(lái)一定的局限性，難以滿足現(xiàn)代汽車(chē)的智能化開(kāi)展。為了提高人們因夜晚或因天氣原因在縱橫交錯(cuò)的馬路上駕駛的平安系數(shù)，也是為了減少交通事故的發(fā)生。我們采用了先進(jìn)的EDA技術(shù)，QuartusⅡ工作平臺(tái)和VHDL語(yǔ)言，設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的汽車(chē)尾燈控制系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真機(jī)驗(yàn)證。用一片F(xiàn)PGA芯片實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代汽車(chē)智能化的尾燈控制系統(tǒng)。通過(guò)仿真及驗(yàn)證的結(jié)果分析，完全適應(yīng)現(xiàn)代汽車(chē)智能化開(kāi)展要求。不但簡(jiǎn)化了以前的汽車(chē)尾燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，大大降低了生產(chǎn)本錢(qián)，而且提高了系統(tǒng)的先進(jìn)性和可靠性。能實(shí)現(xiàn)控制器的系統(tǒng)編程。采用這種器件開(kāi)發(fā)的數(shù)字系統(tǒng)其升級(jí)與改良非常方便。這一控制電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、操作方便、抗干擾能力強(qiáng)。將它應(yīng)用于現(xiàn)代汽車(chē)，不受黑夜或大霧、陰雨天氣因素的影響，可以提高平安行駛，防止交通事故的發(fā)生。真正的讓消費(fèi)者駕駛汽車(chē)的方便和平安。3．設(shè)計(jì)步驟3．1畫(huà)出總體電路原理框圖通過(guò)1．2的工程分析，可以畫(huà)出汽車(chē)尾燈控制電路的總體電路原理框圖如下所示：3．2畫(huà)出功能表根據(jù)設(shè)計(jì)工程要求和電路原理框圖可以畫(huà)出汽車(chē)尾燈控制邏輯功能表如下所示：開(kāi)關(guān)控制三進(jìn)制計(jì)數(shù)器6個(gè)指示燈tlefttrightQ1Q0Leftdeng(0、1、2)rightdeng(0、1、2)00XX000000100110111000000100000010000101101000000100001000010011XX1111113．3編寫(xiě)VHDL程序代碼根據(jù)以上汽車(chē)尾燈控制邏輯功能表和控制電路原理框圖可以編寫(xiě)出汽車(chē)尾燈控制電路的VHDL程序代碼如下：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;useieee.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYweidengIS--實(shí)體port(clk,tright,tleft:INSTD_LOGIC;--端口說(shuō)明rightdeng:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);leftdeng:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0));ENDENTITYweideng;ARCHITECTUREqicheOFweidengIS--結(jié)構(gòu)體局部SIGNALleftd:STD_LOGIC_VECTOR(1DOWNTO0);SIGNALrightd:STD_LOGIC_VECTOR(1DOWNTO0);BEGINcontrol:PROCESS(clk,tleft,tright)BEGINIFclk'EVENTANDclk='1'THENIFrightd="01"THEN--右信號(hào)rightd<="11";ELSErightd<=(rightd-1);ENDIF;IFleftd="01"THEN--左信號(hào)leftd<="11";ELSEleftd<=(leftd-1);ENDIF;ENDIF;ENDPROCESScontrol;proout:PROCESS(clk,tright,tleft,rightd,leftd)BEGINIFclk'EVENTANDclk='1'THENIFtright='1'THEN--右信號(hào)有效時(shí)leftdeng<="000";CASErightdIS--右邊燈的亮滅狀態(tài)WHEN"01"=>rightdeng<="001";WHEN"10"=>rightdeng<="010";WHEN"11"=>rightdeng<="100";WHENOTHERS=>rightdeng<="000";ENDCASE;ELSIFtright='0'THEN--右信號(hào)無(wú)效rightdeng<="000";--右邊3個(gè)燈全滅ENDIF;IFtleft='1'THEN--左信號(hào)有效rightdeng<="000";CASEleftdIS--左邊燈的亮滅狀態(tài)WHEN"01"=>leftdeng<="100";WHEN"10"=>leftdeng<="010";WHEN"11"=>leftdeng<="001";WHENOTHERS=>leftdeng<="000";ENDCASE;ELSIFtleft='0'THEN--左信號(hào)無(wú)效leftdeng<="000";--左邊3個(gè)燈全滅ENDIF;ENDIF;IFtleft='1'ANDtright='1'THEN--左右信號(hào)都有效時(shí)6個(gè)燈全亮leftdeng<="111";rightdeng<="111";ELSIFtright='0'ANDtleft='0'THEN--左右信號(hào)都無(wú)效時(shí)6個(gè)燈全滅leftdeng<="000";rightdeng<="000";ENDIF;ENDPROCESSproout;ENDqiche;3．4用QuartusⅡ軟件進(jìn)行調(diào)試首先是在桌面翻開(kāi)QuartusⅡ軟件后選擇File>>NewProjectWizard進(jìn)入新建工程對(duì)話框>>單擊Next進(jìn)入新建工程路徑、名稱(chēng)、頂層實(shí)體指定對(duì)話框〔選擇好保存路徑、輸入工程名為weideng〕,由于只是進(jìn)行功能和時(shí)序仿真，所以直接單擊Finish即可。其次是建立VHDL程序文件〔選擇File>>New翻開(kāi)新建文件對(duì)話框>>選擇VHDLFile即可〕。最后是輸入汽車(chē)尾燈控制電路程序代碼>>保存>>對(duì)該工程文件進(jìn)行全程編譯處理。如果在編譯的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)誤，那么找出并更正錯(cuò)誤，直至編譯成功為止。3．5頂層模塊圖4．波形仿真及分析4．1波形仿真先選擇File>>NewOtherFiles>>VectorWaveformFile>>單擊OK即可>>在name下單擊鼠標(biāo)右鍵>>Insert>>InsertNodoeorBus>>NodeFinder>>先在Filter：中選擇Pins:all>>List單擊“>>〞符號(hào)添加所有引腳>>OK>>OK>>設(shè)置好電平后保存。再選擇Processing>>SimulatorTool>>在Simulationmode:欄選擇Functional(如果是進(jìn)行時(shí)序仿真要選擇Timing、進(jìn)行功能仿真選擇Functional)>>GenerateFunctionalSimulationNetlist>>start>>Report完成了功能仿真。進(jìn)行時(shí)序仿真與功能仿真的步驟差不多，只是要在Simulationmode欄選擇Timing就行了。4．2波形分析功能仿真的波形圖如下所示：由上圖仿真的波形可以看出：當(dāng)左、右信號(hào)都無(wú)效時(shí)，那么6個(gè)燈全滅；當(dāng)左、右信號(hào)都有效時(shí)全亮；當(dāng)左信號(hào)有效、右信號(hào)無(wú)效時(shí)，左邊3個(gè)燈從右到左依次亮滅，右邊燈全滅；當(dāng)右信號(hào)有效、左信號(hào)無(wú)效時(shí)，右邊3個(gè)燈從左到右依次亮滅，左邊燈全滅；完全與功能表一致。5．總結(jié)通過(guò)設(shè)計(jì)汽車(chē)尾燈控制電路，我們〔雷遠(yuǎn)輝、羅運(yùn)康〕查閱各種VHDL語(yǔ)言資料及思考討論而完成這次設(shè)計(jì)工程。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中經(jīng)過(guò)了選題的彷徨以及設(shè)計(jì)程序的繁復(fù)等階段，提高了思考、編程能力和團(tuán)隊(duì)的協(xié)作能力，更加加深了我們對(duì)于硬件描述語(yǔ)言這門(mén)課程的理解和學(xué)習(xí)。我們?cè)O(shè)計(jì)的汽車(chē)尾燈控制電路有我們自己團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新。對(duì)于設(shè)計(jì)中遇到的難題，我們明白了應(yīng)該自己積極動(dòng)腦思考的同時(shí)，還要請(qǐng)教老師和同學(xué)，要以積極的態(tài)度去設(shè)計(jì)和分析設(shè)計(jì)工程，最終完成設(shè)計(jì)。這次設(shè)計(jì)使我們明白了只有書(shū)本上的知識(shí)是不夠的，還應(yīng)該加強(qiáng)自己的動(dòng)手能力，將理論應(yīng)用于實(shí)踐，才能學(xué)到真正的知識(shí)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，不僅培養(yǎng)了我們實(shí)際操作能力，也培養(yǎng)了我們靈活運(yùn)用知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，獨(dú)立自主的進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力。這次設(shè)計(jì)不僅是一個(gè)學(xué)習(xí)新知識(shí)、新方法的時(shí)機(jī)，同時(shí)也是對(duì)我們所學(xué)知識(shí)的一次綜合的檢驗(yàn)和復(fù)習(xí)，使我們明白了知己的缺陷所在，從而及時(shí)的查缺補(bǔ)漏。這樣的