基于VHDL的汽车尾灯控制电路的设计

２０１１年第３期　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ｏ机械与电子。　科技蕾ＪＩ【　基于ＶＨＤＬ的汽车尾灯控制电路的设计　鲍宁宁　（南京航空航天大学金城学院江苏　南京２１１　１５６】　ＩＮ幕ｌ为了实现基于ＶＨＤＬ的汽车尾灯电路，采用ＱｕａｒｔｕｓＩＩ开发平台进行逻辑综合和时序仿真。并下栽到ＥＰ１　如０ｃ２０８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一样通过嫡程来修改。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】ＣＰＬＤ；ＶＨＤＬ；Ｑｕａｒｍｓ　ＩＩ；汽车尾灯控制电路　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｃａｒ　Ｔａｉｌｌｉｇｈｔｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｂ髓ｅｄ蛐Ｖｌ曲Ｌ　ＢＡＯ　Ｎｉｎｇ－ｎｉｎｇ　（Ｎａｎｊｌｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ　Ｊｌｎ　Ｃｈｅｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，ＮＲ．１ｉ￣曩ｔ帆２１１１￣，　）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ　Ｑｕａｒｔｕｓ　ＩＩ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ａｌｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ＶＨＤＬ－ｂａｓｅｄ　ｃａｒ　ｔａｉｌｌｉｇｈｔｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ，ａｆｔｅｒ　ｌｏｇｉｃ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ａｎｄ　ｔｉｍｉｎｇ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｄｏｗｎｌｏａｄ　ｔｏ　ＥＰ１Ｋ３００Ｃ２０８　ｃｈｉｐ　ｖｅｒｉｉｅａｔｆｉｏｎ，ａｃｃｅｓｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｒｅｄ　ｒｅｓｕｌｓ．Ｅｘｐｅｒｔｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｈ　ｔｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｈｔｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｎｏ　ｗｉｉｒｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍ，ｌｉｋｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｈａｒｄｗａｒｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　Ｃａｌｌ　ｂｅ　ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ　ｔｏ　ｍｏｄｉｆｙ　ｔｈｅ　ｍｌｅ，ｈｉｈ　ｇｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｓｍａｌｌ　ｓｉｚｅ，ｇｒｅａｔｌｙ　ｅｎｈａｎｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｏｎｉｃｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｇｎ　ｌｅｘｉｆｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｖｅｒｓａｔｉｌｉｔｙ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ＣＰＬＤ；ＶＨＤＬ；Ｑｕａａｕｓ　ＩＩ；Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｏｆ　ｃａｒ　ｔａｉｌｌＪ　　ｓｈｔｓ　０引言　随着电子技术的迅猛发展。高新技术日新月异，传统的设计方法　正逐步退出历史舞台，取而代之的是基于ＥＤＡ技术的芯片设计技术，　它正成为电子系统设计的主流。大规模可编程器件现场可编程门阵列　ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）和复杂可编程逻辑器件ＣＰＬＤ　（Ｃｏｍｐｌｅｘ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅ）是当今应用最广泛的两类可编　程专用集成电路（ＡＳＩＣ）。由于其性能好、可靠性高、容量大、体积小，微　功耗、速度快、使用灵活、设计周期短、开发成本低，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　ｋｎ帅　ｍｎ　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ＣＰＬＤ，用ＶＨＤＬ（Ｖｅｒｙ　Ｈｉｓｈ　Ｓｐｅｅｄ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｄ　Ｃｉｅｒｃｕｉｔ　Ｈａｒｄｗａｒｅ　Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　Ｌａｎｇｕａｇｅ）对汽车尾灯控　圈１　汽车尾灯控■电矗原建框圈　制电路进行设计，并用Ｑｕａｒｔｕｓ　ＩＩ软件进行ＣＰＬＤ芯片的编译和下载，　左、右转弯控制模块用于控制尾灯的点亮、闪烁或熄灭。左、右两　组尾灯的控制模式对称。每组尾灯有３路输出。分别控制３个发光二　极管（１２、Ｈ、ｌ０或ｒ２、ｒｌ、ｔｏ）轮流依次点亮、闪烁、熄灭。　１．２．２　主控制模块的ＶＨＤＬ设计　主控制模块ｃｏｎｔｒｏｌ为整个程序的控制模块。当左转弯键按下时，　ｍ信号有效；右转弯键按下时，　信号有效；当刹车键按下时，ｓｔ信号　有效；当转弯键和刹车健同时按下或左、右转弯按键同时按下，Ｓｔ信号　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　有效。　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。　ｃｏｎｔｒｏｌ模块的ＶＨＪ）Ｌ程序如下：　体现了ＥＤＡ技术在数字电路设计中的优越性。　ｌｉｂｒａｒｙｉｅｅｅ；　１　系统的设计与实现　１．１设计要求　假设汽车尾部左右两侧各有３个指示灯（用发光二极管模拟），用　ＵＳｅ　ｉｅｅｅ．ｓｔｄｊｏｇｉｃ＿ｌ　１６４．ａｌｌ；　ｅｎｔｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌｉｓ　ｐｏｒｔ（１ｅｆｔ，ｒｉｈｔｇ，ｓｔｏｐ：ｉｎ　ｓｔｄ＿ｌｏｇｉｃ；　氓ｒｉｔ，￣：ｏｕｔ　ｓｔｄ．．１０ｇｉｃ）；　ｅｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ；　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ａ　０ｆ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ｂｅｇｉｎ　开关模拟左转、右转和刹车。当汽车正常运行时指示灯全灭。当汽车处　于右转弯状态时，右侧３个指示灯按照右循环的顺序依次轮流点亮，　左边３个灯全灭：当汽车处于左转弯时左侧３个指示灯按照左循环的　顺序依次轮流点亮。右边３个灯全灭。当刹车健按下时所有指示灯同　时闪烁。若转弯键和刹车健同时按下或左、右转弯按键同时按下，则做　刹车处理。　１．２设计过程　１．２．１总体框图　ｖａｒｉａｂｌｅ　ａ：ｓｔｄ］ｏｇｉｃ＿＿ｐｒｏｃｅｓｓＯｅｆｔ，ｒｉｈｔｇ，ｓｔｏｐ）　ｖｅｃｔｏｒ（２　ｄｏｗｎｔｏ　０１；　ｅｇｂｉｎ　ａ：＝ｌｅｆｔ＆ｒｉｈｔｇ＆ｓｏｔｐ；　Ｃａ８ｅ　ａｉｓ　分析设计要求可知，汽车尾灯控制电路主要是由３个开关作为转　弯和刹车的控制信号（１个开关控制右转弯，１个开关控制左转弯、１　效　个开关控制刹车），用６个发光二极光模拟６个汽车尾灯（汽车尾部　左、右各３个），３个开关对６个发光二极管进行控制。发光二极管的　ｗｈｅｎ”０００・Ｉ－＞　Ｉｆｔ＜＝　ｉｒｔ＜＝　ｓｔ＜＝　……汽车正常运行。ｍ、ｔｉｔ、ｓｔ均无　点亮模式有３种：循环轮流点亮、闪烁、熄灭。　图ｌ为汽车尾灯控制电路原理框图。　其中．主控制模块用于接收左转弯（１ｅｆｔ）、右转弯（ｒｉｇｈｔ）和刹车　（ｓｔｐ）３个开关的信号，并输出控制信号ｌｆｏｔ、　或ｓｔ。　ｗｈｅｎ”０１０”＝＞　ｌｆｔ＜＝　：　ｒｉｔ＜：　１　：　……右转弯．ｍ有效　１ｏ０　科技信息　０机械与电子Ｏ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１１年第３期　ｓｔ＜：，０　：　ｗｈｅｎ”１ｏ０”＝＞　ｌｆｔ＜＝　１　：　ｉｔｆ＜＝，（】　：　左转弯，ｌｆｔ有效　模块ｒｉｔａ的功能是当主控制模块的ｆｉｔ信号有效时，即右转弯时，　汽车尾部右边的３个灯（ｒ２、ｒｌ、ｒＯ）以右循环的顺序依次轮流点亮，左　边３个灯（１２、ｌ１、１０）全灭。当左、右转弯信号都有效时，输出全为‘１’。　ｒｉｔ模块与ｌｆｔａ模块的ＶＨＤＬ程序相类似，这里不再重复列出。　ｓｔ＜＝，０　：　ｗｈｅｎ　ｏｔｈｅｒｓ＝＞　刹车键和转弯键同时按　ｌｆｔ＜＝　１　：　ｉｔｆ＜＝　１　：　ｓｔ＜＝　１　：　１．２．５系统顶层文件的设计　在所有的功能模块成功编译并仿真验证后，即可进行顶层系统的　刹车、左右转弯键同时按下或　设计。顶层系统采用原理图设计，在图形方式下调用各个功能模块产　生的模块符号，放置所需的输入、输出端口并根据设计要求完成模块　下时．１ｆｔ、ｆｉｔ、ｓｔ均有效　…一间的连接，组成顶层系统设计图，如图２所示。　１３系统设计验证　ｅｎｄ　ｃａｓｅ；　ｅｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ；　ｅｎｄ　ａ：　该汽车尾灯控制电路在Ｑｕａｒｔｕｓ　ＩＩ中进行仿真，仿真波形如图３　所示。其中ｅｌｋ为时钟源提供１Ｈｚ的连续时钟信号；ｌｅｆｔ、ｆｉｇｈｔ、ｓｔｏｐ是　左、右转弯和刹车开关．负责接收系统外的输入信号，接到拨码开关　上：左、右３个转向灯的输出分别接到３个ＬＥＤ灯上。通过对仿真图　１．２．３左转弯模块的ＶＨＤＬ设计　模块ｌｆｔａ的功能是当主控制模块的ｌｆｔ信号有效时，即左转弯时，　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，说　汽车尾部左边的３个灯（１２、１１、ｌＯ）以左循环的顺序依次轮流点亮，右　明软件部分设计基本完成。最后，通过Ｂｙｔｅｂｌａｓｔｅｒ编程电缆下载数据　边３个灯（ｒ２、ｒ１、ｒｏ）全灭。当左、右转弯信号都有效时，输出全为‘１’。　流，将所设计的内容下载到Ａｌｔｅｒａ公司的ＣＰＬＤ器件ＥＰＩＫ３００Ｃ２０８　ｌｌｆａ模块的部分ＶＨＤＬ程序如下：　ｉｆ　ｓｔ＝　１　ｔｈｅｎ　中，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。　ｔｍｐ：＝”１１１”；　亮　ｅｌｓｉｆ　ｃｎ＝，（】　ｔｈｅｎ　……当刹车信号有效时，ｌ２、Ｉ１、ｌ０全　ｔｍｐ：＝”０００”；　灭　……当左转信号无效时，１２、１１、１０全　ｅｌｓｉｆ　ｅｌｋ＂ｅｖｅｎｔ　ａｎｄ　ｃｌｋ＝，０　ｔｈｅｎ　ｉｆ　ｔｍｐ＝”０００”ｔｈｅｎ　……当左转信号有效时，ｌ２、ｌ１、ｌ０　以左循环的顺序依次轮流点亮　ｔｍｐ：＝”００１’’；　图３系统仿真波形图　ｅｌｓｅ　２结语　本设计基于ＣＰＬＤ完成汽车尾灯控制电路，在Ａｌｔｅｒ　Ｑｕａｒｔｕｓ　ＩＩ环　境下，用ＶＨＤＬ语言实现该电路．根据ＶＨＤＬ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ＣＰＬＤ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ＶＨＤＬ进行编程，易学易用，便于调试。　ｔｍｐ：＝ｔｍｐ（１　ｄｏｗｎｔｏ　ｏ）＆－ｏ　；　ｅｎｄｉ￡　ｅｎｄ　ｉｆ；　１２＜＝ｔｍｐ（２）；　ｌｌ＜＝ｔｍｐ（１）；　１０＜＝ｔｒａｐ（０）；　ｅｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ；　ｅｎｄ　ａ：　１．２．４右转弯模块的ＶＨＤＬ设计　【参考文献】　［１］蒋璇，臧春华．数字系统设计与ＰＬＤ应用［Ｍ］．北京：电子工业出版　社．２００５．　［２］潘松，黄继业　ＥＤＡ技术与ＶＨＤＵＭ］．北京：清华大学出版社，２００９　［３］黄任．ＶＨＤＬ入门・解惑・经典实例・经验总结【Ｍ］．北京：北京航空航　天大学出版社。２ｏｏ５．　［４］周润景，苏良碧．基于ＱｕａｒｔｕｓⅡ的数字系统Ｖｅｒｉｌｏｇ　ＨＤＬ设计实例　详解『Ｍ１．北京：电子工业出版社，２叭０　［责任编辑：翟成梁］　图２系统顶层设计图　土力学课程中的实践教学［Ｊ】．实验技术与管理，２００６，１２　Ｉ上接第１６０页）出示实物给学生看。类似地，在讲土的压缩性、土的抗　［１］李广信，吕禾，张建红．ｌ３一ｌ４．　剪强度时将压缩试验仪的主盒，及抗剪强度试验的剪力盒展示．让学　生能够一目了然。　［２］姚笑青．土力学课程特点与课堂教学方法探讨【Ｊ１＿高等建筑教育，２００７，１６（４）　８１－８５．　４结语　［３］西安理工大学岩土工程研究所．土力学学习指南［Ｍ１．西安，１９８６：　土力学教学与创新人才的培养土力学教育与教学【Ｍ］．北京　通过教学实践和研究，逐步形成自己的教学特色。在《土力学与基　［４］陈云敏，陈仁朋．２００６．　础工程》课程教学中，一要采用多种方法相结合的教学方法，解决土力　人民交通出版社，学知识点琐碎、概念抽象、难以理解的教学难点，攻克讲课枯燥无味．　学生学习缺乏主动性这个难题；二要把工程实际中遇到的问题引入到　岩土Ｉ程科学研究所。主要专业研究领域为桩基Ｉ程和软土地基处理技术。现　课堂中来，使教学内容更加丰富多彩，贴近实际，培养学生分析问题、　作者简介：张建伟（１９８１．５一）。男，讲师，博士，２００９年５月毕业于河海大学　解决问题独立思考的能力。ｌ　【参考文献】　已在国内外核心期刊发表学术论文１４篇，其中被Ｅｌ检索６篇，参编专著　（ＡＢＡＱＵＳ在岩土Ｉ程中的应用》（排名第２）。　［责任编辑：翟成梁］　１０１