CBFAC800F培训手册.doc

基于VHDL语言的汽车尾灯控制电路的设计

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”的设计方法编写程序实现汽车尾灯的控制，并对控制器进行编程下载，它的体积小，功耗低，成本低，安全可靠，能实现控制器的在系统编程，其升级与改进极为方便。
关键词： VHDL 汽车尾灯控制 时钟信号
1. 尾灯控制电路总框图，

根据电路总框图的描述，我们大概可以了解到整个汽车控制尾灯的工作原理，从中我们可以发现当左右转信号同时有效时，6盏灯的闪烁是通过一个与非门实现的。并且可以获知本次设计的汽车尾灯控制电路主要分为三个模块，即控制模块，左转LFTA模块和右转RITA模块。了解到这几点，就可以对本次设计作较为详尽的解释。
2．模块KONG。
模块KONG如图所示，此为整个程序的控制模块。程序如下：

Library ieee;
Use ieee.std_logic_1164.all;
Entity kong is
Port(left,right:in std_logic;
Lft,rit,lr:out std_logic);
End kong;
Architecture kong_logic of kong is
Begin
Process(left,right)
Variable a:std_logic_vector(1 downto 0);
Begin
A:=left & right;
Case a is
When”00”=>lft<=’0’;
Rit<=’0’;
Lr <=’0’;
When”10”=>lft<=’1’;
Rit<=’0’;
Lr <=’0’;
When”01”=>rit<=’1’;
Lft<=’0’;
Lr <=’0’;
When other=>rit<=’1’;
lft<=’1’;
lr<=’1’;
end case;
end process;
end kong_arc;

控制模块首先使用了库说明语句：library ieee;
Use ieee.std_logic_1164.all
使用ieee库中的std_logic_1164程序包的全部资源。此控制模块定义的实体名为kong。在程序中要求实体名与存储的文件名一致。实体名为kong，则存储的文件名为kong.vhd。且此段程序包有5个端口，其名称分别为left. Right. Lft. Rit. Lr 。left 和right的端口方式是输入，lft, rit, lr 是输出，他们的端口类型都是std_logic的数据类型。实体说明部分结束以后，就是结构体的说明部分。结构体是整个VHDL语言中至关重要的一个组成部分，这个部分给出模块的具体说明，指定输入与输出之间的行为。结构体对实体的输入输出关系可以用三种关进行描述，即行为描述，寄存器传输描述和结构描述。只不过结构体的框架是完全一样的。本结构体中包含有一个进程语句，进程语句中又包含有两个敏感量process(left ,right),从begin开始到end process结束是一组顺序执行语句，ieee标准数据类型“std_logic_vector”定义了两位位矢量1downto 0，变量为a。程序往下把left和right的与赋值给a，下面便执行case语句了 ，case语句是无序的，所以所有条件表达式的值都是并行处理的。当条件表达式的值为”00”时则把lft ,rit ,lr,都变为0，所有信号都无效。当条件表达式为”10”时,左转信号lft有效，其它信号都无效，当条件表达式的值为”01”时右转信号rit有效，其余的无效。若条件表达式为其它的情况的话，那么就将rit ,lft ,lr 全部置1，即全部有效。最后结束case语句 end case .结束进程和结构体语句。
3. 模块LFTA

源程序：
Library ieee;
Use ieee.std_logic_1164.all;
Entity lfta is
Port(en,clk,lr:in std_logic;
L2,l1,l0:out std_logic);
End lfta;
Architecture lft_arc of lfta is
Begin
Process(clk,en,lr)
Variable tmp:std_logic_vector(2 downto 0);
Begin
If lr=’1’ then
Tmp:=”111”;
Elsif en=’0’ then
Tmp:=”000”;
Elsif clk’event and clk=’1’ then
If tmp=”000” then
Tmp:=”001”;
Else
Tmp:=tmp(1 downto 0) & ‘0’;
End if ;
End if;
L2<=tmp(2);
L1<=tmp(1);
L0<=tmp(0);
End process;
End lft_arc;
模块LFTA同样使用了ieee库语句，定义的实体名为lfta，其共分为六个端口即en,clk,lr,l2,l1,l0,其中en,clk,lr为输入,l2,l1,l0的端口方式为输出，而它的端口类型同样也为std_logic数据类型。LFTA程序中结构体名为lft_arc,实体名为lfta 。结构体中包含有一个进程，共定义了三个敏感量clk,en,lr,设变量名tmp为2 downto 0 的三位位矢量。当左右开关同时接通时lr有效，即lr=1,此时tmp:=”111”右边的三盏灯全亮起来，当tr=1时但en=0则左边三盏灯全灭不亮。而如果这两种情况都不是的话，那么lr=’0’时当时钟上升沿脉冲到来时，如果tmp=”000”则左边第一盏灯亮，否则就将tmp(1 downto 0)和’0’的与赋值给tmp,那么依次左边的三盏灯就能实现从左到右按次序亮灭了。最后将tmp(2)送到l2，tmp(1)送到l1，tmp(0)送到lo，结束程序和结构体。这就是在实现左转弯的时候执行的程序的全过程。通过对左转的理解，右转弯就很容易了，其执行的过程和左转弯的时候非常相似的 。我们也可发现LFTA模块的功能是当左转时控制左边的三盏灯，当左右转信号都有效时，输出为全’1’。下面来看一下右转弯控制模块。
4.模块RITA

源程序：
Library ieee;
Use ieee.std_logic_1164.all;
Entity rita is
Port(en,clk,lr:in std_logic;
R2,r1,r0:out std_logic);
End rita;
Architecture rit_arc of rita is
Begin
Process(clk,en,lr)
Variable tmp:std_logic_vector(2 downto 0);
Begin
If lr=’1’ then
Tmp:=”111”;
Elsif en=’0’ then
Tmp:=”000”;
Elsif clk’event and clk=’1’ then
If tmp=”000” then
Tmp:=”100”;
Else
Tmp:=’0’ & tmp(2 downto 1);
End if;
End if ;
R2<=tmp(2);
R1<=tmp(1);
R0<=tmp(0);
End process;
End rit_arc;
和左转弯时候的相同，右转弯时再次使用了ieee的库说明，这样我们可以很清楚的理解了右转弯的原理，此时库定义的实体名为rita，对于实体名前面已经讲过了不再重复了，同样的程序包中还是使用了6个端口en ,clk,lr,r2,r1,r0. en ，clk, lr的端口方式是输入，r2,r1,r0的端口方式是输出。结构体中和左转时相同引入一个进程同时和三个敏感量：clk,en,lr。变量tmp为2downto 0的三位位矢量。当左右开关同时接通时lr=’1’，那么此时变量tmp=’111’，即右面的三盏灯都有信号，三盏灯全亮。否则lr=’0’，当en=’0’时，tmp=’000’，即三盏灯全灭掉。Elsif clk’event and clk=‘1’即当时钟脉冲上升沿到来时，en=’1’,如果tmp=”000”,就把”100”送到tmp 此时右边的第一盏灯亮。否则就把’0’和tmp(2 downto 1)的与送到tmp，则依次为右边第一盏灯，第二盏，第三盏亮。然后结束if语句。这个之后就和左转的程序是一样的了，将tmp(2)中的数值送到r2,将tmp(1)中的数值送到r1,将tmp(0)中的数据送到r0,然后结束进程语句和整个结构体语句。那么到这里整个汽车尾灯的VHDL程序控制就结束了。
5.结论：
本次设计用到了硬件描述语言VHDL实现了对汽车尾灯的控制，总结整个设计程序我们可以发现一些问题；
设计中的优点：基本实现了汽车在运行时候尾灯点亮方式的各种情况。
设计中的不足：由于在行车的时候都是用开关控制的，所以每一个开关应该有一个消除机械振动的装置，可以利用基本RS触发器来实现，所以在条件允许的情况下可以对整个设计进行进一步的改进。
6.参考资料：
王振红 《VHDL数字电路设计与应用实践教程》 机械工业出版社 2006年1月
彭容修 《数字电子技术基础》 武汉理工大学出版社 2005年9月
潘松 黄继业 《EDA技术与VHDL》 清华大学出版社 2006年11月

2009.12.27

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;

entity ZHUKONG is
Port(left,right:in std_logic;
Lft,rit,lr:out std_logic);
end;

architecture kong_arc of ZHUKONG is
begin

Process(left,right)
Variable a:std_logic_vector(1 downto 0);
Begin
A:=left & right;
Case a is
When"00"=>lft<='0';
Rit<='0';
Lr <='0';
When"10"=>lft<='1';
Rit<='0';
Lr <='0';
When"01"=>rit<='1';
Lft<='0';
Lr <='0';
When others=>rit<='1';
lft<='1';
lr<='1';
end case;
end process;
end kong_arc;

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;

entity LFTA is
Port(en,clk,lr:in std_logic;
L2,l1,l0:out std_logic);

end;

architecture lft_arc of LFTA is
begin
Process(clk,en,lr)
Variable tmp:std_logic_vector(2 downto 0);
Begin
If lr='1' then
Tmp:="111";
Elsif en='0' then
Tmp:="000";
Elsif clk'event and clk='1' then
If tmp="000" then
Tmp:="001";
Else
Tmp:=tmp(1 downto 0) & '0';
End if;
End if;
L2<=tmp(2);
L1<=tmp(1);
L0<=tmp(0);
End process;
end lft_arc;

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;

entity RITA is
Port(en,clk,lr:in std_logic;
R2,r1,r0:out std_logic);
end;

architecture rit_arc of RITA is
begin
Process(clk,en,lr)
Variable tmp:std_logic_vector(2 downto 0);
Begin
If lr='1' then
Tmp:="111";
Elsif en='0' then
Tmp:="000";
Elsif clk'event and clk='1' then
If tmp="000" then
Tmp:="100";
Else
Tmp:='0' & tmp(2 downto 1);
End if;
End if ;
R2<=tmp(2);
R1<=tmp(1);
R0<=tmp(0);
End process;
end rit_arc;
参考资料