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1、 桂忱 汽车尾灯控制电路的 PLD 实现 第1页 共39页 目目 录录 1 引 言.1 1.1 课程设计背景.1 1.2 可编程逻辑器件的应用.4 1.3 可编程逻辑器件的发展方向.5 1.4 EL-ARM-820 型教学实验系统介绍6 2 理论基础.9 2.1 FPGA/CPLD 概述.9 2.2 VHDL 语言概述.11 2.3 MAX PLUS II 概述13 3 汽车尾灯控制器详细设计.16 3.1 设计方案.16 3.2 设计思路.18 3.3 模块设计.18 4 汽车尾灯控制器的仿真24 4.1 控制模块的仿真.24 4.2 检查模块的仿真.24 4.3 刹车模块的仿真.25 4.
2、4 左转模块的仿真.25 4.5 右转模块的仿真.26 5 小 结.27 参考文献.28 附录：设计源程序清单.29 汽车尾灯控制电路的汽车尾灯控制电路的 PLD 实现实现 摘 要 本课题主要是基于可编程逻辑器件，使用硬件描述语言 VHDL，采用“自顶 向下”的设计方法，编写一个汽车尾灯控制器的芯片，并使用 Max Plus II 软件仿真结 果。本文首先介绍了可编程逻辑器件的发展过程，然后对于编写汽车尾灯控制器相关 的理论知识作了说明，接着主要讲解了汽车尾灯控制器的设计思路与模块划分。把汽 车尾灯控制器划分为五大模块，组合起来实现了汽车尾灯的检查功能，刹车功能，左 转功能，右转功能，总体控制
3、等五项基本功能。最后，使用 Max Plus II 仿真软件对每 个模块和主程序分别进行了结果仿真，并对仿真出来的结果作了分析，实验中采用 EL-ARM-820 型教学实验系统。 关键词 可编程逻辑器件；数字逻辑系统；硬件描述语言；汽车尾灯 The Accomplishment of Automobile Taillight PLD Control Circuit Abstract: This topic mainly is according to Programmable Logic Device, the usage hardware description language VHDL,
4、 the design method of the adoption “from top to bottom“, write a chip of auto taillight controlled, and use the Max Plus II software to imitate a true result. This text introduced the development process of the programmable logic device first, then for related theories knowledge of the auto tailligh
5、t controller to make elucidation, mainly explained in detail the design way of thinking and the mold piece of the auto taillight controller to divide the line. Divide the line the auto taillight controller as the five greatest molds piece, set the examine that put together to carry out a auto tailli
6、ght, brake function, left move function, right move function, collectivity control function. At last, used the Max Plus II software to be respectively carry on imitate to each mold piece and the main procedure really, and made analysis towards imitate truly result, experiments with EL-ARM-820 type t
7、eaching system. Key words: PLD; Digital Logic System; VHDL; Automobile Taillight 桂忱 汽车尾灯控制电路的 PLD 实现 第1页 共 29 页 1 引引 言言 当今社会是数字化的社会，也是数字集成电路广泛应用的社会，数字电路本身在 不断地进行更新换代。它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路发展到超大规 模集成电路（VLSIC）以及许多具有特定功能的专用集成电路。但是，随着微电子技 术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计 师们更愿意自己设计专用集成电路（ASIC）芯片，而且希望
8、 ASIC 的设计周期尽可能 的短，最好是在实验室里就能设计出合适的 ASIC 芯片，并且立即投入实际应用之中， 因而出现了现场可编程逻辑器件（FPLD），其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列 （FPGA）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）。比较典型的就是 Xilinx 公司的 FPGA 器 件系列和 Altera 公司的 CPLD 器件系列，它们开发较早，占用较大的 PLD 市场。目前， Altera 系列产品在我国使用较多。 VHDL 的全名是 Very High Speed IC Hardware Description Language （极高速集成 电路硬件描述语言）。它是一种应用较为
9、广泛的 HDL 语言，能对范围广泛的各种复杂 的网络（如电路系统、印刷电路板、芯片、逻辑门等）在不同的抽象级加以描述，而 且在整个设计过程中可使用同一种语言。采用 VHDL 作为 HDL 综合设计的优点有： 标准语言，即设计者可在不同的环境（例如 MAX PLUS II）下进行设计；仿真和综合 均可采用同一种语言进行；VHDL 中提供的大量的模块资源，简化了设计者的开发工 作；由 VHDL 描述的源文件既是程序软件又可作为设计的文档。 目前可编程逻辑器件（PLD）已有含单片高达 100000 等效门的器件出现，可实现 复杂的数字系统。当系统规模不太大时，原理图输入方式描述还较适宜，但系统比较
10、复杂时，它将难以快速有效地建立描述文件。VHDL 语言能方便地进行数字系统描述， 且能使逻辑综合产生更大的设计密度。正是高效 VHDL 技术与高密度 PLD 的结合使用， 大大降低了复杂数字系统的设计难度，提高了工作效率。 本文介绍了 CPLD 与 FPGA 逻辑器件的基本知识和相关的软件MAX PLUS II 及硬件编程语言VHDL。主要论述了一个汽车尾灯控制器从设计思路到系统仿真的 整个设计过程。 1.1 课程设计背景课程设计背景 随着科技时代的进一步发展，人们的生活也在飞速改变，各种家用电器和设备正 以极快的速度进入寻常百姓家。汽车作为一种很重要的生活工具也没有例外地深入到 桂忱 汽车尾
11、灯控制电路的 PLD 实现 第2页 共 29 页 人们生活的方方面面。 人们正以极大的热情努力的工作并享受由此而带来的种种便利，汽车作为高消费 的生活和生产资料，在满足了人们的出行方便的同时，人们更加注重汽车本身的舒适 性、可控性、便捷性和安全性。而作为汽车行车很重要的一部分车灯控制方式很 是重要。而作为汽车控制的各种操作，几乎都反映在灯的明亮和熄灭上，也是可以起 到警告的作用。而作为尾灯，它有着很大的作用，无论是行车之中还是车辆在驻留的 时候，都是必须有各种不同的反映的，于是，汽车尾灯的设计是很重要的。而基于传 统的机械和纯电路的控制方式，由于它完全取决于尾灯系统所采用的硬件来保证它的 正常
12、工作，而一旦电路老化或者因为机械振动而引起的接触问题以及机械元件变形而 不能及时触发电路电源开关，这类问题是经常发生，而除了选用更好的硬件系统元件 几乎没有别的可靠的方法来进行避免这类故障的发生，于是，选用智能型的元件来进 行系统的设计，增加系统的稳定性和可控制性是非常必须的。而随着集成电路和计算 机技术的飞速发展，电子设计自动化已经发展成为可以代替设计者完成电子系统设计 的重要工具。电子设计自动化系统包含专用集成电路、数字信号处理和单片机等方向， 其中数字专用集成电路的一个重要分支就是可编程逻辑器件（PLD）。基于 PLD 的电 路控制方式是可靠的和可以预测的控制方式，其安全性很高，属于智能
13、控制的范畴。 于是，在汽车上实行这种车灯控制方式是一种变化和进步，增加了汽车行车安全性， 降低了汽车的故障率。 PLD（Programmable Logic Device）是可编程逻辑器件的总称，PLD 基本上可以完 成任何数字器件的功能，从高性能 CPI 到简单集成电路，均可以用 PLD 实现。通过传 统的原理图输入，或是硬件语言的描述就可以自由地设计具备某种功能的数字系统： 利用软件仿真功能，可以检验设计的正确性；利用 PLD 的在线修改能力，可以在不必 改动硬件电路的基础上进行修改设计。具备设计时间短，PCB 面积小，系统的可靠性 强等特点。目前，在通信、自动控制、信息处理等诸多领域发挥
14、着重要的作用。 简单介绍可编程逻辑器件的发展历程。 自上世纪 60 年代以来，数字集成电路经历了从小规模集成电路（SSI）、中规模 集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）到超大集成电路（VLSI）的发展过程。期 间，微电子技术迅猛发展，集成电路的集成规模几乎以平均每 12 年翻一番的速度快 速增长。集成电路技术的发展也带来了设计方法的进步，先进的 EDA（电子线路设计 自动化）技术将传统的“自下而上”的设计方法改变为“自上而下”的设计方法，利 用计算机技术，设计者在实验室里就可以设计出合适的 ASIC（专用集成电路）芯片以 桂忱 汽车尾灯控制电路的 PLD 实现 第3页 共 29 页 满
15、足特定电路的需要。作为 ASIC 的重要分支，可编程逻辑器件即 PLD 因其成本低、 使用灵活、设计周期短、可靠性高且风险小而得到普遍应用，发展非常迅速。 PLD 始于上世纪 70 年代，目前已形成了许多类型的产品，其结构、工艺、集成 度、速度和性能等都在不断提高和改进。一般情况下，我们可按集成度对其分类，详 见图 1.1 所示： 可编程逻辑器件（PLD） 简单 PLD复杂 PLD PROMPLAPALGALCPLDFPGA 图图 1.1 可编程逻辑器件集成度分类可编程逻辑器件集成度分类 最早的 PLD 是 1970 年制成的 PROM（可编程只读存储器），它由固定的与阵列 和可编程的或阵列组
16、成。它采用熔丝工艺编程，只能写一次，不能擦除和重写，图 1.2 为用 PROM 完成的半加器逻辑阵列，其中“”为固定连接，“*”为可编程连接。 其逻辑表达式为： F0=A0A1+A0A1 F=A0A1 图图 1.2 用用 PROM 完成的半加器完成的半加器 20 世纪 70 年代中期，出现了可编程逻辑阵列（PLA），它由可编程的与阵列和可 编程的或阵列组成。PLA 解决了 PROM 当输入变量增加时会引起存储容量迅速增加的 问题，但价格较贵，编程复杂，支持 PLA 的开发软件有一定难度，因而没有得到广泛 桂忱 汽车尾灯控制电路的 PLD 实现 第4页 共 29 页 应用。 20 世纪 70 年代末期美国 MMI 公司率先推出可编程阵列逻辑（PAL），它由可编 程的与阵列和固定的或阵列组成，采用熔丝编程方式，双极工艺制造，器件的工作速 度很高，PAL 的输出结构种类很多，设计灵活，成为第一个得到广泛应用的 PLD。 20 世纪 80 年代初，Lattice
