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汽车转向灯控制设计
课程设计说明书(本科)
题目:
汽车转向灯控制设计
姓名:
杨健、赵晓宇、周钱亮
专业:
电子信息工程
班级:
08级1班
2011年6月21日
日录
摘要………………………………………………………………………………3
第一章设计任务和目的…………………………………………………………3
1.1设计任务……………………………………………………………3
1.2
1.3设计目的……………………………………………………………3
1.4设计中所用工具……………………………………………………3
第二章EDA、CPLD及VHDL语言概述……………………………………………4
2.1EDA概述及开发工具………………………………………………4
2.2CPLD概述及开发工具……………………………………………4
2.3VHDL语言概述及特点……………………………………………4.
第三章整体设计的方案…………………………………………………………5
整体设计思想………………………………………………………5
整体硬件设计方案…………………………………………………5
整体软件设计方案…………………………………………………5
第四章软件设计及仿真…………………………………………………………5
软件设计…………………………………………………6
时序仿真……………………………………………………6
符号图……………………………………………………8
第五章总结………………………………………………………………10
致谢………………………………………………………………………11
参考文献…………………………………………………………………12
汽车转向灯控制设计
摘要
第一章设计任务的目的
1.1设计任务
设计并实现数字钟的大体功能。
下载芯片:
Altera的MAX3000系列EPM3256ATC144-10。
时钟具有以下大体功能:
1.具有时、分、秒显示,24小时循环计时功能(大体功能);
2.具有时刻校准(调时或对时)功能(扩展功能);
1.2设计目的
1.掌握可编程逻辑器件的大体原理及利用EDA开发工具(Max+plusII)进行可编程逻辑器件设计的方式;
2.熟练掌握可编程逻辑器件的原理图层次化设计方式;
3.掌握利用(Max+进行软件仿真及对可编程逻辑器件进行硬件下载的方式。
4.熟悉实际工程项目开发的流程与设计思想;
设计中所用工具
本设计硬件是基于CPLD/FPGA芯片制作一个简单的数字秒表,具体实现是用CPLD/FPGA开发硬件实验系统上的EPM3254ATC144-10芯片作主控模块,显示模块用8个七段数码管显示,实验开发板一有很多的时钟信号,本实验中所用的1MHz时钟可从开发板上很容易取得。
开发软件是基于QuartusⅡ,它继承了MAX-plusⅡ所有长处,是加倍完善的PLD设计工具。
它提供了完整的多平台设计环境,能够直接知足特定设计需要,为可编程芯片系统(SOPC)提供全面的设计环境,将为Altera的DSP模块进行系统模型设计提供了集成综合环境。
它能够完成VHDL语言的编译、时序的仿真和程序的调试烧写工作等工作。
本设计中所用语言为VHDL(Very-High-SpeedIntegratedCircuitHDL),设计思想是从底层到顶层依次调试、仿真。
VHDL是以高级语言为甚而,能够以形式化方式描述电路的结构和行为并用于模拟和综合的高级描述方式。
目的是用软件的方式实现硬件电路的设计,实现RTL级仿真,验证设计的正确性,而没必要像在传统的手工设计进程中那样,必需等到完成后才能进行实测和调试。
第二章EDA、CPLD及VHDL语言概述
EDA技术概述及工具
EDA技术概述
电子设计自动化(EDA,ElectronicsDesignAutomation)技术是电子设计和电子制作的核心,EDA技术的进展和推行应用极大地推动了电子信息行业的进展。
EDA技术是指以运算机为工作平台,融合了应用电子技术、运算机技术、信息处置及智能化技术的最新功效,进行电子产品的自动设计。
利用EDA工具,电子设计师能够从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作能够通过运算机完成,并能够将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个进程的运算机上自动处置完成。
此刻对EDA的概念或范围用得很宽。
包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域,都有EDA的应用。
目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门普遍利用。
例如在飞机制造进程中,从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟,都可能涉及到EDA技术。
本文所指的EDA技术,主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。
EDA设计可分为系统级、电路级和物理实现级。
EDA技术工具
电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE;multiSIM7;Matlab;SystemView;MMICADLiveWire、Edison、TinaProBrightSpark等。
下面简单介绍前三个软件。
①SPICE(SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis):
是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件,是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件,1998年被定为美国国家标准。
1984年,美国MicroSim公司推出了基于SPICE的微机版PSPICE(Personal-SPICE)。
此刻用得较多的是,能够说在同类产品中,它是功能最为壮大的模拟和数字电路混合仿真EDA软件,在国内普遍利用。
最新推出了版本。
它能够进行各类各样的电路仿真、鼓励成立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。
无论对哪一种器件哪些电路进行仿真,都能够取得精准的仿真结果,并能够自行成立元器件及元器件库。
②multiSIM(EWB的最新版本)软件:
是InteractiveImageTechnologiesLtd在20世纪末推出的电路仿真软件。
其最新版本为multiSIM7,目前普遍利用的是multiSIM2001,相对于其它EDA软件,它具有加倍形象直观的人机交互界面,专门是其仪器仪表库中的各仪器仪表与操作真实实验中的实际仪器仪表完全没有两样,但它对模数电路的混合仿真功能却毫不逊色,几乎能够100%地仿真出真实电路的结果,而且它在仪器仪表库中还提供了万用表、信号发生器、瓦特表、双踪示波器(对于multiSIM7还具有四踪示波器)、波特仪(相当实际中的扫频仪)、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真度分析仪、频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流表等仪器仪表。
还提供了咱们日常常见的各类建模精准的元器件,比如电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。
模拟集成电路方面有各类运算放大器、其他常常利用集成电路。
数字电路方面有74系列集成电路、4000系列集成电路、等等还支持自制元器件。
MultiSIM7还具有I-V分析仪(相当于真实环境中的晶体管特性图示仪)和Agilent信号发生器、Agilent万用表、Agilent示波器和动态逻辑平笔等。
同时它还能进行VHDL仿真和VerilogHDL仿真。
③MATLAB产品族:
它们的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块,包括了完整的函数集用来对图像信号处置、控制系统设计、神经网络等特殊应用进行分析和设计。
它具有数据收集、报告生成和MATLAB语言编程产生独立C/C++代码等功能。
MATLAB产品族具有下列功能:
数据分析;数值和符号计算、工程与科学画图;控制系统设计;数字图像信号处置;财务工程;建模、仿真、原型开发;应用开发;图形用户界面设计等。
MATLAB产品族被普遍应用于信号与图像处置、控制系统设计、通信系统仿真等诸多领域。
开放式的结构使MATLAB产品族很容易针对特定的需求进行扩充,从而在不断深化对问题的熟悉同时,提高自身的竞争力。
PCB设计软件
PCB(Printed-CircuitBoard)设计软件种类很多,如Protel、AltiumDesigner、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、CadencePSD、MentorGraphices的ExpeditionPCB、ZukenCadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCBStudio、TANGO、PCBWizard(与LiveWire配套的PCB制作软件包)、ultiBOARD7(与multiSIM2001配套的PCB制作软件包)等等。
目前在我国用得最多当属Protel,下面仅对此软件作一介绍。
Protel是PROTEL(现为Altium)公司在20世纪80年代末推出的CAD工具,是PCB设计者的首选软件。
它较早在国内利用,普及率最高,在很多的大、中专院校的电路专业还专门开设Protel课程,几乎所在的电路公司都要用到它。
初期的Protel主要作为印刷板自动布线工具利用,其最新版本为AltiumDesigner10,此刻普遍利用的是Protel99SE,它是个完整的全方位电路设计系统,包括了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印刷电路板设计(包括印刷电路板自动布局布线),可编程逻辑器件设计、图表生成、电路表格生成、支持宏操作等功能,并具有Client/Server(客户/服务体系结构),同时还兼容一些其它设计软件的文件格式,如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。
利用多层印制线路板的自动布线,可实现高密度PCB的100%布通率。
Protel软件功能壮大(同时具有电路仿真功能和PLD开发功能)、界面友好、利用方便,但它最具代表性的是电路设计和PCB设计。
CPLD概述及设计工具
CPLD技术概述
PLD(ProgrammableLogicDevice)是一种由用户按照需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。
目前主要有两大类型:
CPLD(ComplexPLD)和FPGA(FieldProgrammableGateArray)。
它们的大体设计方式是借助于EDA软件,用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描述语言等方式,生成相应的目标文件,最后用编程器或下载电缆,由目标器件实现。
生产PLD的厂家很多,但最有代表性的PLD厂家为Altera、Xilinx和Lattice公司。
CPLD开发工具
PLD的开发工具一般由器件生产厂家提供,但随着器件规模的不断增加,软件的复杂性也随之提高,目前由专门的软件公司与器件生产厂家利用,推出功能壮大的设计软件。
下面介绍主要器件生产厂家和开发工具。
①ALTERA:
20世纪90年代以后进展专门快。
主要产品有:
MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、Stratix等。
其开发工具-MAX+PLUSII是较成功的PLD开发平台,最新又推出了QuartusII开发软件。
Altera公司提供较多形式的设计输入手腕,绑定第三方VHDL综合工具,如:
综合软件FPGAExpress、LeonardSpectrum,仿真软件ModelSim。
②XILINX:
FPGA的发明者。
产品种类较全,主要有:
XC9500/4000、Coolrunner(XPLA3)、Spartan、Vertex等系列,其最大的Vertex-IIPro器件已达到800万门。
开发软件为Foundation和ISE。
通常来讲,在欧洲用Xilinx的人多,在日本和亚太地域用ALTERA的人多,在美国则是平分秋色。
全世界PLD/FPGA产品60%以上是由Altera和Xilinx提供的。
能够讲Altera和Xilinx一路决定了PLD技术的进展方向。
③Lattice-Vantis:
Lattice是ISP(In-SystemProgrammability)技术的发明者。
ISP技术极大地增进了PLD产品的进展,与ALTERA和XILINX相较,其开发工具比Altera和Xilinx略逊一筹。
中小规模PLD比较有特色,大规模PLD的竞争力还不够强(Lattice没有基于查找表技术的大规模FPGA),1999年推出可编程模拟器件,1999年收购Vantis(原AMD子公司),成为第三大可编程逻辑器件供给商。
2001年12月收购Agere公司(原Lucent微电子部)的FPGA部门。
主要产品有ispLSI2000/5000/8000,MACH4/5。
④ACTEL:
反熔丝(一次性烧写)PLD的领导者。
由于反熔丝PLD抗辐射、耐高低温、功耗低、速度快,所以在军品和宇航级上有较大优势。
ALTERA和XILINX则一般不涉足军品和宇航级市场。
⑤Quicklogic:
专业PLD/FPGA公司,以一次性反熔丝工艺为主,在中国地域销售量不大。
⑥Lucent:
主要特点是有很多用于通信领域的专用IP核,但PLD/FPGA不是Lucent的主要业务,在中国地域利用的人很少。
⑦ATMEL:
中小规模PLD做得不错。
ATMEL也做了一些与Altera和Xilinx兼容的片子,但在品质上与原厂家仍是有一些差距,在高靠得住性产品中利用较少,多用在低端产品上。
⑧ClearLogic:
生产与一些著名PLD/FPGA大公司兼容的芯片,这种芯片可将用户的设计一次性固化,不可编程,批量生产时的本钱较低。
⑨WSI:
生产PSD(单片机可编程外围芯片)产品。
这是一种特殊的PLD,如最新的PSD8xx、PSD9xx集成了PLD、EPROM、Flash,并支持ISP(在线编程),集成度高,主要用于配合单片机工作。
⑦Altium:
提供Actel、Altera、Lattice和Xilinx四家PLD/FPGA器件的通用跨厂商开发平台,最新推出了AltiumDesigner10软件中集成了AldecHDL仿真功能。
顺便提一下:
PLD(可编程逻辑器件)是一种能够完全替代74系列及GAL、PLA的新型电路,只要有数字电路基础,会利用运算机,就可以够进行PLD的开发。
PLD的在线编程能力和壮大的开发软件,使工程师能够几天,乃至几分钟内就可完成以往几周才能完成的工作,并可将数百万门的复杂设计集成在一颗芯片内。
PLD技术在发达国家已成为电子工程师必备的技术。
VHDL语言概述及特点
VHDL语言概述
VHDL全名Very-High-SpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage,诞生于1982年。
1987年末,VHDL被IEEE和美国国防部确以为标准硬件描述语言。
自IEEE-1076(简称87版)以后,各EDA公司接踵推出自己的VHDL设计环境,或宣布自己的设计工具能够和VHDL接口。
1993年,IEEE对VHDL进行了修订,从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展VHDL的内容,发布了新版本的VHDL,即IEEE标准的1076-1993版本,简称93版。
VHDL和Verilog作为IEEE的工业标准硬件描述语言,取得众多EDA公司支持,在电子工程领域,已成为事实上的通用硬件描述语言。
VHDL语言特点
支持普遍、易于修改
由于VHDL已经成为IEEE标准所规范的硬件描述语言,目前大多数EDA工具几乎都支持VHDL,这为VHDL的进一步推行和普遍应用奠定了基础。
在硬件电路设计进程中,主要的设计文件是用VHDL编写的源代码,因为VHDL易读和结构化,所以易于修改设计。
壮大的系统硬件描述能力
VHDL具有多层次的设计描述功能,既能够描述系统级电路,又能够描述门级电路。
而描述既能够采用行为描述、寄放器传输描述或结构描述,也能够采用三者混合的混合级描述。
另外,VHDL支持惯性延迟和传输延迟,还能够准确地成立硬件电路模型。
VHDL支持预概念的和自概念的数据类型,给硬件描述带来较大的自由度,使设计人员能够方便地创建高层次的系统模型。
独立于器件的设计、与工艺无关
设计人员用VHDL进行设计时,不需要第一考虑选择完成设计的器件,就可以够集中精力进行设计的优化。
当设计描述完成后,能够用多种不同的器件结构来实现其功能。
很强的移植能力
VHDL是一种标准化的硬件描述语言,同一个设计描述能够被不同的工具所支持,使得设计描述的移植成为可能。
易于共享和复用
VHDL采用基于库(Library)的设计方式,能够成立各类可再次利用的模块。
这些模块能够预先设计或利用以前设计中的存档模块,将这些模块寄存到库中,就可以够在以后的设计中进行复用,能够使设计功效在设计人员之间进行交流和共享,减少硬件电路设计。
第三章整体设计方案
整体设计思想
设计并实现汽车转向的灯光控制要求控制。
下载芯片:
Altera的MAX3000系列的EPM3256ATC144-10。
车转向的灯光控制具有以下大体功能:
1.用6只发光二极管模拟6只汽车尾灯,左右各3只,转向开关左右各1只;
2.当汽车前进时,转向开关布起作用,尾灯熄灭;
3.右转时,右尾灯顺序闪烁,左转时,左尾灯顺序闪烁;
4.汽车后退时,左右同时闪烁;
图3-2整体设计流程图
整体硬件设计方案
图3-2EPM3254ATC144-10引脚
图3-3总硬件电路图
整体软件设计方案
通过左转、右转、后退3个开关选择三种状态,当三个开关都关的时候,即向前,现在灯都不亮,右转时,右尾灯顺序闪烁,左转时,左尾灯顺序闪烁,汽车后退时,左右同时闪烁;
第四章软件设计及仿真
软件设计
源程序:
libraryieee;
useqicheis
port(clk,zuozhuan,youzhuan,houtui:
instd_logic;
zuodeng:
outstd_logic_vector(2downto0);
youdeng:
outstd_logic_vector(2downto0));
endentityqiche;
architecturebehvofqicheis
signalzuo:
std_logic_vector(1downto0);
signalyou:
std_logic_vector(1downto0);
signalhoutui1:
std_logic;
begin
kongzhi:
process(clk,you,zuo,houtui1)
begin
ifclk'eventandclk='1'then
ifyou="11"thenyou<="01";
elseyou<=you+1;
endif;
ifzuo="11"thenzuo<="01";
elsezuo<=zuo+1;
endif;
ifhoutui1='0'thenhoutui1<='1';
elsehoutui1<='0';
endif;
endif;
endprocesskongzhi;
xunhuan:
process(clk,youzhuan,you)
begin
ifclk'eventandclk='1'then
ifyouzhuan='1'thenzuodeng<="000";
caseyouis
when"01"=>youdeng<="001";
when"10"=>youdeng<="010";
when"11"=>youdeng<="100";
whenothers=>youdeng<="000";
endcase;
else
youdeng<="000";
endif;
ifzuozhuan='1'thenyoudeng<="000";
casezuois
when"01"=>zuodeng<="010";
when"10"=>zuodeng<="100";
when"11"=>zuodeng<="001";
whenothers=>zuodeng<="000";
endcase;
else
zuodeng<="000";
endif;
ifhoutui='1'then
ifhoutui1='1'thenzuodeng<="111";
youdeng<="111";
else
zuodeng<="000";
youdeng<="000";
endif;
endif;
endif;
endprocessxunhuan;
endbehv;
.时序仿真图
图4-一、右转的时序仿真图
图4-二、左转的时序仿真图
图4-3、后退的时序仿真图
符号图
图4-4、生成的符号图
图4-五、编译后的符号图
第五章总结
通过这次课程设计我们取得很多收获,如系统工作原理的研究分析,系统主要的VHDL程序设计与仿真,系统实现的硬件原理图设计与PCB版图设计,PCB板加工,主要元件的焊接与测试,实习综合报告撰写等。
咱们也熟悉到团队合作的重要性,咱们通过这次课程设计咱们用vhdl语言写程序,咱们也熟悉到了可编程逻辑器件在数字电路中的重要性,以后咱们会再接再厉。
参考文献:
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