cpld 课程设计实验报告

郑州交通职业学院

《CPLD/FPGA应用》课程设计报告课程设计题目：基于FPGA用VHDL语言设计汽车尾灯

所属系别电子信息工程系

专业班级 11大专电子信息工程技术1班

姓名

学号

指导教师

撰写日期 2012 年 6 月

基于FPGA用VHDL语言设计汽车尾灯

一、设计任务与要求

1.1．设计目的

假设汽车尾灯两侧各有3盏指示灯，设计其控制功能如下：

1.汽车正常行驶时指示灯都不亮；

2.汽车右转弯时，右侧一盏指示灯亮；

3.汽车左转弯时，左侧一盏指示灯亮；

4.汽车刹车时，左右两侧其中一盏指示灯亮；

5.汽车夜间行驶时，左右两侧的一盏指示灯同时亮，以供照明。

1.2.设计目的

图1.1顶层设计原理图

1.3功能要求

正常行驶时所有的灯都不亮，当汽车右转弯时，右侧灯RD1闪烁；左转弯，左侧灯LD1闪烁；刹车时，左侧灯LD2和右侧灯RD2同时亮；夜间行驶时，右侧RD3和左侧LD3

同时亮；并不可能出现RD1 和LD1同时亮的情况.

3.1 汽车尾灯主控制模块

二、方案设计与论证

2.1功能要求

正常行驶时所有的灯都不亮，当汽车右转弯时，右侧灯RD1闪烁；左转弯，左侧灯LD1闪烁；刹车时，左侧灯LD2和右侧灯RD2同时亮；夜间行驶时，右侧RD3和左侧LD3同时亮；并不可能出现RD1 和LD1同时亮的情况.

方案一、应用VHDL进行自顶向下的设计，是采用可完全独立于目标器件芯片物理结构的硬件描述语言。就是使用VHDL模型在所有综合级别上对硬件设计进行说明、建模和仿真。：

方案二应用VHDL进行自顶向下的设计。设计程序，生成模块.建立实物模型用实物模型进行观测，看是否可以实现所要求的，是否达到目的。

综合以上两个方案第一个比较好，所以选择第一方案

三、VHDL程序、模块及仿真波形

3.编写应用程序并仿真

3.1.1汽车尾灯主控制模块 CTRL

*数据入口：

RIGHT：右转信号；LEFT：左转信号； BRAKE：刹车信号；NIGHT：夜间行驶信号；

*数据出口：

LP：左侧灯控制信号；RP：右侧灯控制信号；LR：错误控制信号；BRAKE_LED：刹车控制信号；NIGHT_LED：夜间行驶控制信号

*程序功能描述：

该段程序用于对汽车尾灯进行整体控制，当输入为左转信号时，输出左侧灯控制信号；当输入为右转信号时，输出右侧灯控制信号；当同时输入LEFT和RIGHT信号时，输出错误控制信号。当输入为刹车信号时，输出刹车控制信号；当输入为夜间行驶信号时，输出为夜间行驶控制信号。

*程序编辑：

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITY yys_37IS

PORT(LEFT,RIGHT,BRAKE,NIGHT: IN STD_LOGIC;

LP,RP,LR,BRAKE_LED,NIGHT_LED: OUT STD_LOGIC);

END ENTITY yys_37;

ARCHITECTURE ART OF djb_41 IS

BEGIN

NIGHT_LED<=NIGHT;

BRAKE_LED<=BRAKE;

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 "01"=>LP<='0';RP<='1';LR<='0';

WHEN "10"=>LP<='1';RP<='0';LR<='0';

WHEN OTHERS=>LP<='0';RP<='0';LR<='1';

END CASE;

END PROCESS;

END ARCHITECTURE ART;：

仿真波形图如下：

\3.1.1生成模块

3.2时钟分频模块 SZ

*数据输入：

CLK：时钟输入信号；

*数据输出：

CP：尾灯闪烁触发信号；

*程序功能描述：

本模块用于尾灯的闪烁控制，首先定义一个八位的标准逻辑位矢量数据类型，用于时钟上升沿的累加，将八位的标准逻辑位矢量数据的第五位作为尾灯闪烁触发信号输出。

*具体操作：

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITY yys_37 IS

PORT(CLK: IN STD_LOGIC;

CP: OUT STD_LOGIC);

END ENTITY yys_37;

ARCHITECTURE ART OF yys_37 IS

SIGNAL COUNT:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); BEGIN

PROCESS(CLK)

BEGIN

IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN

COUNT<=COUNT+1;

END IF;

END PROCESS;

CP<=COUNT(3);

END ARCHITECTURE ART;

波形仿真图

3.2.1生成模块

3.3 右侧尾灯控制模块RC

*数据入口：

CLK：时钟控制信号；RP：右侧灯控制信号；LR：错误控制信号；BRAKE：刹车控制信号；NIGHT：夜间行驶控制信号；

*数据出口：

LEDR：右侧RD1灯控制信号；LEDB：右侧RD2灯控制信号；LEDN：右侧RD3灯控制信号；

*程序功能描述：

本描述用于控制右侧灯的亮、灭和闪烁情况，当时钟上升沿信号和右侧灯控制信号或刹车控制信号或夜间行驶信号同时出现时，右侧相应的灯亮或出现闪烁。当错误控制信号出现时，RD1灯不亮。

*程序编辑：

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITY yys_37 IS

PORT(CLK,RP,LR,BRAKE,NIGHT: IN STD_LOGIC;

LEDR,LEDB,LEDN: OUT STD_LOGIC);

END ENTITY yys_37;

ARCHITECTURE ART OF djb_41 IS

BEGIN

LEDB<=BRAKE;

LEDN<=NIGHT;

PROCESS(CLK,RP,LR)

BEGIN

IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN IF(LR='0') THEN

IF(RP='0') THEN

LEDR<='0';

ELSE

LEDR<='1';

END IF;

ELSE

LEDR<='0';

END IF;

END IF;

END PROCESS;

END ARCHITECTURE ART;

*波形仿真图：

3.3.1生成模块

3.4左侧尾灯控制模块 LC

*数据入口：

CLK：时钟控制信号；LP：左侧灯控制信号；LR：错误控制信号；BRAKE：刹车控制信号；NIGHT：夜间行驶控制信号；

*数据出口：

LEDL：左侧LD1灯控制信号；LEDB：左侧LD2灯控制信号； LEDN：左侧LD3灯控制信号；

*程序功能描述：

本程序用于控制左侧灯的亮、灭和闪烁情况，当时钟上升沿信号和左侧灯控制信号或刹车控制信号或夜间行驶信号同时出现时，左侧相应的灯亮或出现闪烁。当错误控制信号出现时，LD1灯不亮。

*程序编辑：

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITY yys_37 IS

PORT(CLK,LP,LR,BRAKE,NIGHT: IN STD_LOGIC;

LEDL,LEDB,LEDN: OUT STD_LOGIC);

END ENTITY yys_37;

ARCHITECTURE ART OF djb_41 IS

BEGIN

LEDB<=BRAKE;

LEDN<=NIGHT;

PROCESS(CLK,LP,LR)

BEGIN

IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN IF(LR='0') THEN

IF(LP='0') THEN

LEDL<='0';

ELSE

LEDL<='1';

END IF;

ELSE

LEDL<='0';

END IF;

END IF;

END PROCESS;

END ARCHITECTURE ART;

波形仿真图

*：

3.4.1生成模块

3.5模块原理图

3.6 仿真波形分析

输入刹车信号一直为高电平，输出LD2灯和RD2灯也为长亮；左转信号为高电平时，LD1灯闪烁，右转信号为高电平时，RD1灯闪烁；当左转信号和右转信号同时为高电平时，LD1灯和RD1灯都不亮；夜间行驶信号为高电平时，LD3灯和RD3灯同时亮。波形仿真结果满足预期的功能。

3.7 信号名与引脚对照表

3.8 硬件测试

1、按亮键1，D1灯闪亮，表示车辆左转。

2、按亮键2，D4灯闪亮，表示车辆右转。

3、同时按亮键1和键2，所有的灯都不亮，表示出现错误的输入信号。

4、在3的基础上，按灭键1，D4灯闪亮，表示车辆右转；按灭键2，D1灯闪亮，表示车辆左转。

5、按亮键3，D2和D5灯长亮，表示车辆刹车。

6、按亮键4，D3和D6灯长亮，表示车辆夜间行驶。

7、同时按亮键3和键4，D2、D3、D5、D6都长亮，表示车辆在夜间行驶时刹车。

8、同时按亮键3、键4、键1，D2、D3、D5、D6长亮，D1灯闪烁，表示车辆夜间行驶并在左转时刹车。

9、同时按亮键3、键4、键2，D2、D3、D5、D6长亮，D4灯闪烁，表示车辆夜间行驶并在右转时刹车。

10、同时按亮键3、键1，D2和D5灯长亮，D1灯闪烁，表示车辆左转时刹车。

11、同时按亮键3、键2，D2和D5灯长亮，D4灯闪烁，表示车辆左转时刹车。

12、同时按亮键4、键1，D3和D6灯长亮，D1灯闪烁，表示车辆夜间行驶时左转。

13、同时按亮键4、键2，D3和D6灯长亮，D4灯闪烁，表示车辆夜间行驶时左转。

综上，硬件测试结果满足方案中的功能要求。

四、设计思想与讨论

经过波形仿真和硬件测试知，该设计方案完全符合预期的功能。最主要的问题是仿真无法做出经常出错，最后又多个人一起做出.由于时间紧，资料准备不足，所以做的过程中，出现了许多问题，许多东西不知道。

五、结论与心得

通过设计汽车尾灯设计电路，我们查阅各种VHDL语完成言资料及思考讨论而完成这次设计项目。在设计的过程中经过了选题的彷徨以及设计程序的反复等阶段、提高了思考，编辑能力和团队的协作能力，更加加深了我们对于硬件描述语言这门课程的理解和学习，我们设计的汽车尾灯控制电路有我们自己团队的创新。

对于设计中遇到的难题，我们明白了应该自己动脑思考的同时，还要请教老师和同学，要以积极的态度去设计和分析设计项目。最终完成设计。这次设计使我们明白了只有书本上的知识是不够的，还应该加强自己的动手能力，将理论应运与实践，才能学到真正的知识

通过本次设计，不仅培养了我们实际操作能力，也培养了我们灵活运用知识联系实际，独立自主的进行设计的能力。在设计中我们要有耐心和毅力，还要细心，通过这次设计和设计中遇到的问题，我们也积累了一定的经验。以后从事集成电路设计工作会有一定的帮助，在应用VHDL的过程中让我们真正领会到了其并行运行与其它软件顺序运行的差别及其在电路设计上的优越性。用VHDL硬件描述语言来进行数字系统的设计方便灵活，这样的设计方法不但降低了开发的成本，而且缩短了开发的周期

在这次设计中用到的技巧有：用了至上而下的顺序设计方式：其中用到了ｉｆ语句、ＣＡＳＥ语句、进程语句（ＰＲＯＣＥＳＳ）等