eda课程设计(汽车尾灯设计及实现)

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1、EDAEDA 课程设计课程设计 课题名称：课题名称：汽车尾灯的设计汽车尾灯的设计 院院系：系：信息科学与工程信息科学与工程 专业班级：专业班级： 姓姓名：名： 学学号：号： 指导老师：指导老师： 2013.12.202013.12.20 II 目录 摘要 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第 1 章选题依据.1 1.1汽车尾灯的国内外发展现状 1 1.2可编程器件的发展.1 1.3可编程器件在汽车电子上的运用 2 1.4设计内容和目标.3 EDA 设计流程3 第 2 章EDA、VHDL 简介4 2.1EDA 技术4 2.1.1EDA 技术的概念. 4 2.1.2EDA 技术的特点. 4 2

2、.1.3EDA 设计流程4 2.2硬件描述语言（VHDL） 4 2.2.1VHDL 简介4 2.2.2VHDL 语言的特点. 5 第 3 章设计实现.6 3.1汽车尾灯控制器的工作原理 6 3.1.1功能描述.6 3.1.2 模块设计.6 （1）汽车尾灯主控制模块.7 （2）时钟分频模块.7 （3）左侧尾灯功能模块.7 （4）右侧尾灯功能模块.7 3.1.3图形元件原理图 8 3.2主要 VHDL 源程序.8 3.2.1 汽车尾灯主控制模块 CTRL 8 3.2.2 时钟分频模块 SZ.10 3.2.3 右侧尾灯控制模块 RC.11 3.2.4 左侧尾灯控制模块 LC 13 3.2.5 顶层文

3、件 VHDL 程序（tp.VHD）. 14 3.3仿真图及块.16 3.3.1 各模块的仿真波形图. 16 图 3-2 汽车尾灯主控制模块 CTRL 16 3.3.2 仿真波形分析20 第 4 章 设计总结.21 参考文献.23 1 第第 1 1 章章选题依据选题依据 1.11.1汽车尾灯的国内外发展现状汽车尾灯的国内外发展现状 如今的时代，万物日新月异。在汽车领域中，这种变化也同样存在。现在， 汽车不仅仅是主要的代步工具之一，同时也是时尚和潮流的最好的体现。汽车尾 灯是汽车的语言。更加灵敏的灯光信号可以更好的被人“读懂” ，更有效地对其他 车辆的司机起到提醒作用，及时采取相应的规避动作，从而

4、让驾驶更安全。同时 尾灯更广泛的应用于科研项目。汽车尾灯在汽车信号灯具中占据重要地位，因为 它们发出的信号显示汽车行驶状态和行驶轨迹即将发生变化，对汽车安全行驶肩 负重要使命。近年来，汽车外形由于设计上的需要，空气动力特性的提高以及美 观的需求，低侧面且流线型的外形越来越受欢迎。因此，尾灯的形状也朝着异型 化、一体化方向发展，同时由于尾灯占用了汽车后车厢的体积，因此希望尾灯的 前后深度(即厚度)尽量薄，这样设计上就需要将转向灯、刹车灯、侧车灯、倒车 灯等各种灯具与车体融为一体，开发成一套组合灯具，因此对汽车尾灯反射镜的 形状及采用的材料提出了更高的要求。 在国外 Lumileds Lighti

5、ng 公司这个月宣布的新 Luxeon(R)III 高性能 LEDs 都能通过单一 LED 提供稳定的驱动给汽车尾灯，从而达到转换变后车灯的性能效 果。由于光学和包装成本的降低，新 190-流明橙红灯 III 发光器可以用于建立更 小型的寿命更长的后车灯照明系统，价格比正常的白炽装置的更具竞争性。超越 美国交通运输部 FMVSS 标准，欧洲 ECE 标准和日本工业标准(JIS)铺下了奠基石。 这种新尾灯模跟飞利浦汽车照明公司的产品相似，对单一化 LED 照明设计有着重 要意义同时加速了各汽车制造商对 LED 照明解决方案的采用。 1.21.2可编程器件的发展可编程器件的发展 PLD（progr

6、ammable logic device)-可编程逻辑器件：PLD 是作为一种 通用集成电路生产的，它的逻辑功能按照用户对器件编程决定。一般的 PLD 2 的集成度很高，足以满足设计一般的数字系统的需要。这样就可以由设计人 员自行编程而把一个数字系统“集成”在一片 PLD 上，而不必去请芯片制造 厂商设计和制作专用的集成电路芯片了。 早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存贮器(PROM)、紫外线可按除只 读存贮器(EPROM)和电可擦除只读存贮器(EEPROM)三种。由于结构的限制，它 们只能完成简单的数字逻辑功能。 这两种器件兼容了 PLD 和通用门阵列的优点，可实现较大规模的电路， 编程也很

7、灵活。与门阵列等其它 ASIC 相比，它们又具有设计开发周期短、设 计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在 线检验等优点， 因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在 10,000 件以下)之中。几乎所有应用门阵列、PLD 和中小规模通用数字集成电路的场 合均可应用 FPGA 和 CPLD 器件。 1.31.3可编程器件在汽车电子上的运用可编程器件在汽车电子上的运用 在过去的 3 到 4 年中，PLD 在汽车领域得到了空前的发展。PLD 已经在汽车信 息娱乐和通信市场上得到了广泛应用，新兴的汽车辅助驾驶设计也采用了 PLD。在 这一领域中，某些应用发展非常迅速

8、，包括道路偏离报警、夜视和胎压监控系统 等。在今后 5 年中，预计 PLD 的增长至少为 50%CAGR。PLD 凭借其较低的成本结构 和较高的系统性能，进入了主流汽车市场。与 SAAP 解决方案不同，PLD 所具有的 灵活性在汽车行业中受到普遍欢迎。PLD 具有较低的芯片成本结构、丰富的知识产 权（IP）内核、参考设计以及较长的产品在市时间，而且 PLD 不存在 ASIC 那样的 前端流片（NRE）成本以及最小订购量的问题，是系统设计成本效益的选择，所以 PLD 是汽车市场发展的理想选择。 3 1.41.4设计内容和目标设计内容和目标 EDA 技术作为现代电子设计技术的核心，它依赖功能强大的

9、计算机，所以本次 设计的目的就是通过实践深入理解计算机组成原理，了解 EDA 技术并掌握 VHDL 硬 件描述语言的设计方法和思想。以计算机组成原理为指导，通过学习的 VHDL 语言 结合电子电路的设计知识理论联系本次的实习内容汽车尾灯控制器的设计，掌 握所学的课程知识和基本单元电路的综合设计应用， 提高 IC 设计能力， 提高分析、 解决计算机技术实际问题的独立工作能力。通过输入系统时钟信号和相关的汽车 控制信号，汽车尾灯将正确显示当前汽车的控制状态。 （1）汽车尾部左右两侧各有多盏指示灯。 （2）汽车正常行驶时指示灯都不亮。 （3）汽车右转弯时，右侧的一盏指示灯亮。 （4）汽车左转弯时，左

10、侧的一盏指示灯亮。 （5）汽车刹车时，左右两侧的一盏指示灯同时亮。 （6）汽车在夜间行驶时，左右两侧有指示灯同时一直亮，供照明使用。 EDAEDA 设计流程设计流程 1、文本/原理图编辑与修改。 2、编译。 3、综合。 4、适配。 5、 功能仿真和时序仿真。 6、 编程下载。 把适配后生成的下载或配置文件， 通过编程器或编程电缆向 FPGA 或 CPLD 下载以便进行调试和验证。 7、 硬件测试。 4 第第 2 2 章章EDAEDA、VHDLVHDL 简介简介 2.12.1EDAEDA 技术技术 2.1.12.1.1EDAEDA 技术的概念技术的概念 EDA 是电子设计自动化（Electron

11、ic Design Automation）的缩写，在 20 世 纪 90 年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测 试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。EDA 技术就是以计算机为 工具，设计者在 EDA 软件平台上，用硬件描述语言 HDL 完成设计文件，然后由计 算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至 对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。 2.1.22.1.2EDAEDA 技术的特点技术的特点 利用 EDA 技术进行电子系统的设计，具有以下几个特点： 用软件的方式设 计硬件； 用软件方式设计的

12、系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完 成的； 设计过程中可用有关软件进行各种仿真； 系统可现场编程，在线升 级； 整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。因此，EDA 技术是现代电子设计的发展趋势。 2.1.32.1.3EDAEDA 设计流程设计流程 2.22.2硬件描述语言（硬件描述语言（VHDLVHDL） 2.2.12.2.1VHDLVHDL 简介简介 VHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) 主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。除了含有许多具有硬件特征 的语

13、句外，VHDL 的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语 5 言。VHDL 的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件， 一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可是部分,及端口)和内部（或称不可 视部分） ，既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部 界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将 设计实体分成内外部分的概念是 VHDL 系统设计的基本点。 2.2.22.2.2VHDLVHDL 语言的特点语言的特点 1.用 VHDL 代码而不是用原理图进行设计，意味着整个电路板的模型及性能可 用计算机模拟进行验证。

14、2.VHDL 元件的设计与工艺无关，与工艺独立，方便工艺转换。 3.VHDL 支持各种设计方法，自顶向下、自底向上或者混合的都可以。 4.可以进行从系统级到逻辑级的描述，即混合描述。 5.VHDL 区别于其他的 HDL，已形成标准，其代码在不同的系统中可交换建模。 图 3-0 汽车尾灯控制工作原理图 6 第第 3 3 章章设计实现设计实现 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、 建模和仿真测试。其设计流程如下： （1）设计说明书 （6）逻辑综合（2） 建立 VHDL 行为模型 （

15、7）测试向量生成（3）VHDL 行为仿真 （8） 功能仿真（4）VHDL-RTL 级建模 （5）前端功能仿真 设计完成 （11）硬件 测试 （9） 结构综合 （10）门级时序 仿真 3 3.1.1汽车尾灯控制器的工作原理汽车尾灯控制器的工作原理 3 3.1.1.1.1功能描述功能描述 汽车尾灯控制器就是一个状态机的实例。 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 3.11.2 2 模块设计

16、模块设计 根据系统设计要求，系统采用自顶向下的设计方法，顶层设计采用原理图设计的 方式，它是由时钟分频模块、汽车尾灯主控模块、左边灯控制模块、右边灯控制模块四部 分组成。 如下所示： 7 （1）汽车尾灯主控制模块 （2）时钟分频模块 （3）左侧尾灯功能模块 （4）右侧尾灯功能模块 汽车尾灯主 右侧灯选择控 RD 时 钟 时 钟 右转弯控制信号 8 3 3.11.3 3图形元件原理图图形元件原理图 VCC CLK INPUT VCC LEFT INPUT VCC BRAKE INPUT VCC NIGHT INPUT VCC RIGHT INPUT LD1 OUTPUT LD2 OUTPUT LD3 OUTPUT RD1 OUTPUT RD2 OUTPUT RD3 OUTPUT AND2 inst AND2 inst1 LEFT RIGHT BRAKE NIGHT LP RP LR BRAKE_LED NIGHT_LED CTRL inst12 CLKCP SZ inst13 CLK RP LR BRAKE NIGHT LEDR LEDB LEDN RC inst14