基于Verilog HDL的汽車尾燈控制器設(shè)計(jì)

盧學(xué)敏 李丹寧

摘? 要：EDA技術(shù)是當(dāng)今電子信息領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)之一，EDA自動(dòng)化程度高、功能更加完善且運(yùn)行速度快;在本文的設(shè)計(jì)中，采用Verilog HDL作為硬件的描述語言，其頂層原理圖主要分為三個(gè)模塊，分別為：左邊燈控制模塊、右邊燈控制模塊和分頻模塊。首先通過Verilog HDL語言編寫各電路模塊，然后對其進(jìn)行波形仿真，之后根據(jù)寫好的各電路模塊設(shè)計(jì)頂層文件，最后將設(shè)計(jì)的頂層電路下載到實(shí)驗(yàn)箱，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本文所設(shè)計(jì)的電路實(shí)現(xiàn)了汽車左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車、夜間行駛等功能。

關(guān)鍵詞：Verilog HDL;設(shè)計(jì)和仿真;汽車尾燈

中圖分類號：TP273? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）07-0026-04

Abstract：At present，EDA technology is one of the most advanced technologies in the field of electronic information. EDA has high automation，more perfect function and faster running speed. In this design，Verilog HDL is used as a hardware description language. The top layer principle is divided into three modules which are the left lamp control module and the right lamp control module and frequency division module. First of all，the circuit modules are written in Verilog HDL language，then the waveform simulation is carried out. Then the top layer files are designed according to the written circuit modules. Finally，the top layer circuit is downloaded to the experimental box. From the experimental results，the designed circuit realizes the functions of the left turn，right turn，brake，and night driving of the car.

Keywords：Verilog HDL;design and simulation;car taillight

0? 引? 言

EDA技術(shù)簡而言之就是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、集成電路和電子系統(tǒng)高速發(fā)展，電子設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生，這個(gè)技術(shù)的出現(xiàn)讓人們對電子電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力和理解能力的了解更加深入。而在電子技術(shù)方面，計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能化技術(shù)都有一定程度的集成，所以能夠針對各種電子通信方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，該技術(shù)飛速發(fā)展，在各個(gè)行業(yè)都有了大量的應(yīng)用，并逐漸成為當(dāng)今電子技術(shù)的發(fā)展前沿。[1]

1? 汽車尾燈控制器的設(shè)計(jì)過程

1.1? 總體設(shè)計(jì)思路

汽車尾燈控制系統(tǒng)如圖1所示。此設(shè)計(jì)主要由輸入信號、信號處理、左燈控制系統(tǒng)、右燈控制系統(tǒng)和尾燈顯示幾個(gè)模塊組成。

1.1.1? 輸入信號模塊

輸入信號模塊由以下幾個(gè)信號組成：左轉(zhuǎn)信號、右轉(zhuǎn)信號、剎車信號、夜燈行駛信號、重置信號（reset）和正常行駛信號。重置信號（reset）為了終止系統(tǒng)運(yùn)行（系統(tǒng)復(fù)位），在信號輸入時(shí)信號可同時(shí)互相不干擾地輸入，正確表示汽車在行駛時(shí)的各個(gè)狀態(tài)。

1.1.2? 信號處理模塊

信號處理模塊為分頻模塊，將較高的信號進(jìn)行分頻，得到較低的信號，從而適應(yīng)控制電路所需要的要求。

1.1.3? 左燈控制系統(tǒng)

當(dāng)輸入信號經(jīng)過處理后進(jìn)入左燈控制系統(tǒng)，左燈控制系統(tǒng)控制左邊三個(gè)LED燈。

1.1.4? 右燈控制系統(tǒng)

當(dāng)輸入信號經(jīng)過處理后進(jìn)入右燈控制系統(tǒng)，右燈控制系統(tǒng)控制右邊三個(gè)LED燈。

1.2? 汽車尾燈控制器的工作原理

汽車尾燈控制系統(tǒng)實(shí)際上就是狀態(tài)機(jī)的一種實(shí)現(xiàn)。當(dāng)汽車左轉(zhuǎn)時(shí)，左邊的燈（L_led1）開始閃爍;當(dāng)汽車右轉(zhuǎn)時(shí)，左邊的燈（R_led1）開始閃爍;當(dāng)汽車剎車時(shí)，汽車的左右兩側(cè)（L_led2、R_led2）各有一盞指示燈亮起;當(dāng)汽車在夜間駕駛時(shí)，左右兩側(cè)（L_led3、R_led3）的各有一盞指示燈亮起;當(dāng)汽車正常行駛時(shí)，所有的燈光保持關(guān)閉狀態(tài)。

通過設(shè)置汽車尾燈控制系統(tǒng)的信號，汽車的時(shí)鐘信號為inclk，汽車左轉(zhuǎn)彎的控制信號為turn_left，汽車右轉(zhuǎn)彎的控制信號為turn_right，剎車信號為shache，夜間行駛的信號為night_en，重置信為reset和尾燈系統(tǒng)輸出信號：汽車左側(cè)三盞指示燈L_led1、L_led2、L_led3和汽車右側(cè)三盞指示燈R_led1、R_led2、R_led3，從而實(shí)現(xiàn)以上的功能。圖2為汽車尾燈控制系統(tǒng)的頂層電路圖設(shè)計(jì)[2]。

汽車尾燈控制系統(tǒng)原理圖如圖2所示，通過各功能模塊系統(tǒng)的組合形成整體結(jié)構(gòu)原理，完成整個(gè)汽車尾燈的功能的實(shí)現(xiàn)。

2? 各組成模塊原理

2.1? 分頻模塊

整個(gè)時(shí)鐘分頻信號模塊的示意圖如圖3所示，inclk為外部時(shí)鐘輸入信號，outinclk為時(shí)鐘輸出信號，此分頻模塊的主要功能是針對高頻率的信號進(jìn)行調(diào)整降頻，[3]從而適應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)的需求，inclk輸入為一個(gè)高頻率信號，outclk的輸出為一個(gè)低頻率信號。

2.2? 左尾燈控制模塊（右尾燈同理）

整個(gè)時(shí)鐘分頻信號模塊的示意圖如圖4所示，在此左尾燈控制模塊中有以下輸入信號：clk為時(shí)鐘分頻信號;reset為重置信號，在實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)箱仿真時(shí)起到終止系統(tǒng)進(jìn)行的作用，可同時(shí)控制led1、led2和led3三個(gè)指示燈亮滅;turn_en為汽車左轉(zhuǎn)信號，可以控制led1的閃滅，從而達(dá)到左轉(zhuǎn)指示燈led1閃爍的顯示效果;shache_en為汽車剎車的信號，可以控制led2的閃滅，從而達(dá)到在剎車時(shí)剎車燈led2亮起的顯示效果;night_en為夜行信號，可以控制led3的閃滅，從而達(dá)到汽車在夜行的狀況下夜燈led3的閃滅的顯示效果。[4]

3? 仿真波形及分析

3.1? 分頻模塊仿真及分析

仿真波形圖分析：如圖5波形圖所示，在輸入inclk的信號后將一個(gè)高頻信號進(jìn)行降頻，達(dá)到系統(tǒng)所需要的要求，從而實(shí)現(xiàn)信號同步。

3.2? 左尾燈控制模塊仿真及分析（右尾燈同理）

仿真波形圖分析：如圖6波形圖所示，clk為時(shí)鐘輸入信號，reset為清零重置信號，turn_en為左轉(zhuǎn)彎信號，night_en為夜燈信號，shache_en為剎車信號，這些都是左尾燈控制模塊的輸入信號，led1、led2和led3為左尾燈控制模塊的輸出信號;當(dāng)turn_en為高電平1時(shí)表示汽車左轉(zhuǎn)信號，當(dāng)night_en為高電平1時(shí)表示汽車夜行信號，當(dāng)shache_en為高電平1時(shí)表示汽車剎車信號;led1、led2和led3為輸出信號，當(dāng)有輸入信號高電平為1時(shí)尾燈亮起;當(dāng)輸入信號左燈turn_en高電平為1時(shí)，led2開始閃爍，表示左燈閃爍;當(dāng)輸入信號夜行night_en高電平為1時(shí)，led3亮起，表示左燈夜行燈亮起;當(dāng)輸入信號sahche_en高電平為1時(shí)，led1亮起，表示左剎車燈亮起。

3.3? 整個(gè)系統(tǒng)的仿真及分析

仿真波形圖分析：如圖7波形圖所示，turn_left，turn_right，shache，night為輸入信號，turn_left為汽車左轉(zhuǎn)信號，turn_right為汽車右轉(zhuǎn)信號，shache為汽車剎車信號，night為汽車夜行信號;L_led1，L_led2，L_led3，R_led1，R_led2，R_led3為輸出信號;當(dāng)turn_left左轉(zhuǎn)高電平的信號為1時(shí)L_led2指示燈開始閃爍，在汽車尾燈上表示左轉(zhuǎn)信號;當(dāng)turn_right右轉(zhuǎn)高電平的信號為1時(shí)R_led2指示燈開始閃爍，在汽車尾燈上表示汽車右轉(zhuǎn)信號;當(dāng)shache剎車高電平的信號為1時(shí)，L_led1和R_led1同時(shí)亮起，汽車兩側(cè)剎車燈同時(shí)亮起，表示汽車剎車信號;當(dāng)night夜行高電平信號為1時(shí)，L_led3和R_led3同時(shí)亮起，汽車兩側(cè)夜行燈亮起提供照明。整體由turn_left，turn_right，shache，night信號來控制L_led1，L_led2，L_led3，R_led1，R_led2，R_led3這六個(gè)LED燈的閃滅，從而完善整個(gè)汽車尾燈控制系統(tǒng)。[5]

3.4? 鎖定管腳圖

汽車尾燈控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的管腳鎖定如圖8所示。

3.5? 試驗(yàn)箱對汽車一種現(xiàn)實(shí)場景的模擬及實(shí)現(xiàn)

汽車右轉(zhuǎn)現(xiàn)實(shí)模擬：如圖9所示，打開I/O29和I/O33開關(guān)，提供輸入信號，汽車左尾燈顯示模塊的LED16開始閃爍，表示汽車開始進(jìn)入右轉(zhuǎn)狀態(tài)，其他LED燈顯示保持關(guān)閉狀態(tài)，由此實(shí)驗(yàn)?zāi)M仿真實(shí)現(xiàn)。[6]

4? 結(jié)? 論

本次使用Quartus II，modsim等軟件以及cyclone的EP4CE115F29C7芯片實(shí)驗(yàn)箱，完成了對汽車尾燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制作，在本文的設(shè)計(jì)中解決了傳統(tǒng)汽車尾燈控制器布局繁瑣、電路繁雜、反應(yīng)不夠靈敏、沒有創(chuàng)新等問題，在試驗(yàn)箱中模擬汽車行駛的過程中出現(xiàn)的場景，準(zhǔn)確地表達(dá)出其顯示效果。充分地驗(yàn)證了FPGA技術(shù)模塊化、反應(yīng)快、可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，進(jìn)一步說明了當(dāng)前FPGA技術(shù)所具有的獨(dú)特優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)：

[1] Shao W，Pi D，Shao Z. A Pareto-Based Estimation of Distribution Algorithm for Solving Multiobjective Distributed No-Wait Flow-Shop Scheduling Problem With Sequence-Dependent Setup Time [J].IEEE Transactions on Automation Science and Engineering，2019，PP（99）：1-17.

[2] 徐碩繁，戴飛，吉爽.基于CAN總線的車燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].汽車零部件，2018（3）：16-19.

[3] 海川.高速率遙測信號調(diào)制解調(diào)技術(shù)研究 [D].西安：西安電子科技大學(xué)，2008.

[4] 張雨玲.太陽能路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究 [J].住宅與房地產(chǎn)，2017（6）：150.

[5] 王心剛，賀利，張冬至，等.數(shù)字邏輯電路精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)踐 [J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2017，36（9）：175-178.

[6] 趙家松，嚴(yán)偉榆，張海濤.基于Multisim10的汽車尾燈控制電路設(shè)計(jì)與仿真 [J].蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)（工科版），2011，31（2）：30-34.

作者簡介：盧學(xué)敏（1995-），女，土家族，貴州銅仁人，碩士，研究方向：FPGA應(yīng)用;李丹寧（1961.11-），男，漢族，貴州貴陽人，副院長，教授，博士，研究方向：大數(shù)據(jù)分析。