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(2)汽车右转弯时,右侧的第一盏指示灯亮;
(3)汽车左转弯时,左侧的第一盏指示灯亮;
(4)汽车刹车时,左右两侧的中间的一盏指示灯同时亮;
(5)汽车在夜间行驶时,左右两侧最边上的的一盏指示灯同时一直亮,供照明使用。
关键词:
可编程逻辑器件汽车尾灯控制器CPLD
Ⅰ
目录
目录
第一章 选题依据及方案选择 2
1.1 汽车电子行业的现状和发展前景 2
1.2 可编程控制器的特点 2
1.3 方案选择与论证 3
第二章 汽车尾灯电路设计思路 6
2.1 顶层系统方案构思 6
2.2 各功能模块构思 6
第三章 汽车尾灯电路设计 8
3.1 VHDL语言简介 8
3.2 核心板EMP1270T144 8
第四章 汽车尾灯电路的功能仿真与实现 11
4.1 硬件组装与焊接 11
4.2 系统仿真 12
4.3 硬件调试 13
4.4 验证结果 13
第五章 课题总结 15
致谢 16
参考文献 17
Ⅱ
第一章选题依据及方案选择
1.1汽车电子行业的现状和发展前景
汽车电子市场近年来快速增长。
研究机构StrategyAnalytics的数据显示,2008年全球汽车半导体市场比2007年增长了6.8%,达175.3亿美元,预计未来5年将保持8%的年复合增长率。
产业发展的动力来自于汽车和电子两大产业的合谋:
一方面,汽车厂商将电子技术应用视为提升安全、舒适、环保和娱乐的主要手段,以作为卖点提升汽车附加值;
一方面,半导体厂商也将拥有长期、稳定利润的汽车电子领域视为新的增长点,纷纷加大投入,以躲避3C领域的残酷竞争。
在中国,赛迪顾问统计数字显示,2001年-2005年,我国汽车电子市场年均增长率达到42.6%,2005年销售额达到624.3亿元。
而汽车电子产品占每辆汽车的成本也由几年前的10%提升到目前的40%。
2006年中国汽车产量达到727.97万辆,2007年我国汽车产销量超过830万辆,预计2010年将达到1100万辆。
中国汽车产销量的增长以及汽车电子产品占汽车总成本的不断提升带动了我国汽车电子市场的快速发展。
从使用者需求上说,由于中国的汽车产业已进入快速发展阶段,国产汽车产品的升级步伐越来越快,消费者对汽车电子产品的需求持续升温。
我国的汽车电子产业多集中在安全系统、车身电子和车载电子系统这两个领域内。
专家称,我国汽车电子行业的突破点在汽车继电器、防盗器、车身电子半导体、汽车传感器等几个产品领域内。
2003年世界生产汽车将近5700万辆,全世界汽车保有量达到7.4亿辆,如以每辆汽车上平均继电器平均用量20只、每辆汽车每年维修用继电器平均用量为10只、汽车修配量按保有量10%计算,则2003年世界汽车继电器需求量达到18.8亿只。
到2010年,如以每辆车平均生产用量20只、维修用量10
只、汽车修配量按保有量10%的参考数字计算,汽车继电器市场需求量就将突破25亿只。
仅此就有数百亿的市场等待开发。
1.2可编程控制器的特点
可编程控制器是60年代末在美国首先出现,当时叫可编程逻辑控制器PLC(ProgrammableLogicController),目的是用来取代继电器,以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。
PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来,控制器的硬件是标准的、通用的。
根据实际应用对象,将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。
控制器和被控对象连接方便。
可编程控制器也是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算,顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用微处理器的优点。
由于这些特点,可编程控制器问世后很快受到工业控制界的欢迎,并得到迅速发展。
目前,可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具,得到了广泛应用。
当前数字电路系统的设计正朝速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。
利用大规模可编程逻辑器件CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)进行ASIC设计,可以直面用户需求,根据对系统的功能要求自上而下地逐层完成相应的描述、综合、优化、仿真与验证,直到生成元器件。
目前,系统级的仿真工具也已出现.这样可以大大地缩短系统的设计周期,增加可靠性,提高产品竞争能力。
1.3方案选择与论证
汽车尾灯控制器的设计可通过以下3种方案实现:
单片机、可编程逻辑器件和纯数字电路。
下面就针对这三种方案各自优缺点进行阐述。
方案一:
用单片机实现汽车尾灯的控制
其与原理图如图所示
:
图1.1用单片机实现汽车尾灯控制原理图
纯单片机系统的优点:
①大量的外围芯片和接口电路使单片机应用系统的设计变得简单而且快捷,新型单片机的上市和高级语言的支持(如C51)进一步延长了单片机的寿命。
②长期稳定的发展和使单片机性价比非常高,而且积累了大量的资料并拥有了大量的工程技术为员。
这一点是CPLD目前难以达到的。
但是,单片机的缺点也有目共睹:
①低速。
即使是高速度单片机也只能工作在μs级,这是由单片机串行工作的特点所决定的。
②低可靠性。
虽然目前有很多器件与设计在一定程序上解决了部分问题,如看门狗的广泛应用,但在某些情况下瞬间的复位也会造成严重后果。
③代价昂贵。
单片机不是微解决复杂数据处理而设计的,他主要是用于控制,不管算法多么巧妙,运算总得占用大量计算时间,而且计算程度大都是用汇编语言编制,这将耗费大量人力来编制调试程序,代价相当昂贵。
方案二:
用纯数字电路实现汽车尾灯的控制
其系统总体框图如下:
开关控制电路
译码电路74138
显示驱动电路
记数电路74161
R1R2R3L1L2L3
脉冲产生电路555
图1.2用纯数字电路实现汽车尾灯控制器总体框图
纯数字电路的优点:
数字电路在仿真运行时,电路连接错误(如短路、开路)、不合理(如在同一集成器件内,使用几个逻辑门组成闭环回路,造成自激振荡),运行操作不规范(如仿真运行时修改电路)时,就会仿真出现电路故障,同样也要进行检修。
由于数字集成电路的性能稳定、外围元器件少,一定程度上减少制作电路的故障,但逻辑电路大多用与非门实现,因此简化后的逻辑函数还需进行表达式的转换。
在实际电路工作时,故障多集中在器件的虚焊,电容损坏、电源的短路或开路上。
设计周期过长,无法满足快速高效的要求,且电路复杂如出错较难修改,灵活性和通用性较低,设计需用大量芯片,成本较高。
方案三:
基于可编程逻辑器件设计汽车尾灯控制器
其总体框图如下图所示:
主控模块
分频模块
输入端口
L
R
S
NT
输出端口
D1
D2
D3
D4
图1.3用可编程逻辑器件实现汽车尾灯控制顶层图
基于可编程逻辑器件设计的优缺点:
硬件描述语言有效地缩短了设计周期,降低了设计成本。
两种硬件描述语言VHDL和VerilogHDL,支持不同层次的描述,使设计描述更加规范化,便于传递、交流、保存、修改、以及重复利用。
当前数字电路系统的设计正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。
利用大规模可编程逻辑器件CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)进行ASIC设计,可以直接面向用户需求,根据对系统的功能要求自上而下地逐层完成相应的描述、综合、优化、仿真与验证,直到生成元器件。
在未来的发展中PLD蒋呈现以下几方面的发展趋势:
密度更高、速度更快;
电压更低、功耗更小;
芯片上集成处理器;
芯片上集成IP;
数模混合芯片;
CPLD通过修改具有固定内连电路的逻辑功能来编程,具有较高的速度和较大的时间可预测性,使用简单,保密性好。
综上所述,介绍了三种方案来实现汽车尾灯控制器,纯数字电路结构比较复杂,不利于改进;
用单片机设计从经济的角度比较贵;
用可编程逻辑器件设计能降低设计成本,且编程方便有利于随时改变。
因此选择方案三进行设计。
而本文通过一个汽车车灯控制系统的设计实践,介绍了VHDL语言的具体设计应用。
5
第二章汽车尾灯电路设计思路
2.1顶层系统方案构思
图2.1汽车尾灯控制系统的顶层符号图
汽车尾灯控制器命名为QCWD.
输入信号为L、R、S、NT、CLK,分别表示左转弯、右转弯、刹车、夜间行驶、脉冲信号。
汽车尾灯主要是给后面行使汽车的司机注意。
为了使尾灯的光信号更明显,对左转、右转信号采用了亮灭交替的闪烁信号,CLK就是提供的1秒的输入脉冲。
输出信号为D1、D2、D3、D4,分别表示左转弯信号、右转弯信号、刹车信号、夜间行驶信号。
2.2各功能模块构思
本设计是采用的状态机的设计思路,根据设计要求,规定了5个状态:
S0表示汽车正常行驶状态、S1表示汽车左转状态、S2表示汽车右转状态、S3表示汽车刹车状态、S4表示夜间行驶状态。
其状态转换如图所示:
17
S1
S0
S2
S3
S4
图2.2汽车尾灯控制器的状态转换图
当L=1时,即左转信号有效,则转换到S1状态,否则为S0状态;
当R=1时,即右转信号有效,则转换到S2状态,否则为S0状态;
当S=1时,即刹车信号有效,则转换到S3状态,否则为S0状态;
当NT=1时,即夜间行驶信号有效,则转换到S4状态,否则为S0状态;
真值表如下图所示:
正常行驶
灭
左转
闪
右转
刹车
亮
图2.3白天行驶时尾灯亮灭情况
图2.4夜间行驶时尾灯亮灭情况
如图所示,了解所有灯的亮灭情况后,根据真值表的不同进行系统编程。
第三章汽车尾灯电路设计
3.1VHDL语言简介
VHDL诞生于1982年。
1987年底,VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言。
自IEEE公布了VHDL的标准版本,IEEE-1076(简称87版)之后,各EDA公司相继推出了自己的VHDL设计环境,或宣布自己的设计工具可以和VHDL接口。
此后VHDL在电子设计领域得到了广泛的接受,并逐步取代了原有的非标准的硬件描述语言。
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,公布了新版本的VHDL,即I
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