基于Verilog的汽車(chē)尾燈設(shè)計(jì)

蘇龍，周超，王一，何英昊（指導(dǎo)教師）

（大連理工大學(xué)城市學(xué)院，遼寧大連，116100）

0 引言

電子科技的設(shè)計(jì)技術(shù)和工具的快速發(fā)展，伴隨著集成電路的工藝技巧的迅速提升，現(xiàn)代電子集成自動(dòng)化也不斷發(fā)生變化，使得以FPGA為基礎(chǔ)的車(chē)尾燈得到大力的發(fā)展，更加直觀、更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和價(jià)格便宜的特點(diǎn)，使得它更有社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力。社會(huì)日新月異的進(jìn)步，汽車(chē)也成為了現(xiàn)代生活中必不可少的交通工具，而汽車(chē)尾燈更是汽車(chē)的重要部件，它投入在現(xiàn)代汽車(chē)的使用，可避免汽車(chē)在惡劣天氣受到干擾進(jìn)而避免交通事故的發(fā)生。有了它使交通更加暢通。為了避免發(fā)生交通事故，汽車(chē)尾燈的閃爍成了交通安全的重要保障。

1 原理

FPGA(Field-Programmable Gate Array),即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，出現(xiàn)在專(zhuān)用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中，同時(shí)也是在PLA、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物，可以反復(fù)地編程、擦除、使用，在較短時(shí)間內(nèi)就可完成電路的輸入、編譯、優(yōu)化、仿真，直至芯片的制作，很大程度上提高了電子系統(tǒng)的靈活性與通用能力。

2 整體設(shè)計(jì)

汽車(chē)尾燈控制電路如圖1所示。環(huán)形計(jì)數(shù)器如圖2所示。

圖1 汽車(chē)尾燈控制電路

3 詳細(xì)設(shè)計(jì)

(1)給汽車(chē)尾部的左側(cè)和右側(cè)安裝三個(gè)指示燈（在DE2板上實(shí)驗(yàn)通過(guò)發(fā)光二極管顯示），以實(shí)現(xiàn)設(shè)定的控制功能：

①當(dāng)汽車(chē)正常駕駛時(shí)，6個(gè)發(fā)光二極管全不亮；

②當(dāng)汽車(chē)處于右側(cè)轉(zhuǎn)彎中，右側(cè)三個(gè)發(fā)光二極管循環(huán)閃爍；

圖2 環(huán)形計(jì)數(shù)器

③當(dāng)汽車(chē)處于左側(cè)轉(zhuǎn)彎中，左側(cè)三個(gè)發(fā)光二極管循環(huán)閃爍；

④當(dāng)汽車(chē)處于倒車(chē)或者剎車(chē)過(guò)程中，所有發(fā)光二極管按CP信號(hào)同步點(diǎn)亮。

在Quartus II軟件平臺(tái)上建立計(jì)數(shù)器電路的頂層電路文件并完成編譯和仿真。

信號(hào)說(shuō)明：

輸入信號(hào)：時(shí)鐘CLK（CP），直接清零CLK，控制模式 A0、A1。

輸出信號(hào)：汽車(chē)尾部左右兩側(cè)共有6個(gè)輸出信號(hào)，即L2、L1、L0 和 R2、R1、R0。

(2)設(shè)計(jì)原理：汽車(chē)尾燈控制電路的構(gòu)成模塊部件有：組合邏輯電路、4/2線編碼器和環(huán)形計(jì)數(shù)器。控制模式A0和A1組合構(gòu)成組合邏輯電路，輸出函數(shù)的組合環(huán)形計(jì)數(shù)器的狀態(tài)能夠由結(jié)合真值表獲得，如上圖2所示。通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)脈沖CLK（CP）來(lái)控制模式A0、A1。

(3)頂層文件—原理圖，仿真圖如圖3所示。

圖4為分頻模塊，clk輸入外部時(shí)鐘信號(hào)，clk2為時(shí)鐘輸出信號(hào)。為了能在DE2開(kāi)發(fā)板上實(shí)現(xiàn)這個(gè)設(shè)計(jì)，由于輸入時(shí)鐘信號(hào)50MHz頻率過(guò)高，在系統(tǒng)中無(wú)法使用，而分頻器能夠使高頻率時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成低頻率時(shí)鐘信號(hào)，因此將其分成頻率相對(duì)較低的輸入時(shí)鐘信號(hào)。該分頻器便實(shí)現(xiàn)了將50MHz時(shí)鐘信號(hào)分成1Hz的功能。

圖5為汽車(chē)尾燈控制模塊，也是該系統(tǒng)的核心模塊。在此模塊中有以下輸入信號(hào)：clk 為經(jīng)過(guò)分頻的時(shí)鐘輸入；I1、I2、I3分別為左轉(zhuǎn)彎控制開(kāi)關(guān)、右轉(zhuǎn)彎控制開(kāi)關(guān)、急剎或倒車(chē)控制開(kāi)關(guān)；L0、L1、L2為左轉(zhuǎn)彎三個(gè)尾燈，R0、R1、R2為右轉(zhuǎn)彎三個(gè)尾燈。該模塊實(shí)現(xiàn)的功能為：I1開(kāi)啟，I2和I3關(guān)閉，此時(shí)為左轉(zhuǎn)彎，L0、L2、L3循環(huán)亮滅；I2開(kāi)啟，I1和I3關(guān)閉，此時(shí)為右轉(zhuǎn)彎，R0、R1、R2循環(huán)亮滅；I3開(kāi)啟，此時(shí)為急剎或倒車(chē)，I1和I2無(wú)論是開(kāi)啟還是關(guān)閉，六個(gè)尾燈全部點(diǎn)亮。

圖3 仿真圖

圖4 分頻模塊

圖5 尾燈控制模塊

4 仿真

圖6 波形圖

如圖6所示，當(dāng)輸入信號(hào)I3啟用高電平時(shí)，6個(gè)發(fā)光二極管全部點(diǎn)亮；當(dāng)輸入信號(hào)I2啟用高電平時(shí)，右側(cè)3個(gè)發(fā)光二極管循環(huán)閃爍，左側(cè)發(fā)光二極管處于滅狀態(tài)，相當(dāng)于啟動(dòng)右轉(zhuǎn)彎警報(bào)功能；當(dāng)輸入信號(hào)I1啟用高電平時(shí)，左側(cè)3個(gè)發(fā)光二極管循環(huán)閃爍，左側(cè)發(fā)光二極管處于滅狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)彎警報(bào)功能?？刂齐娐分蠭3有最高的優(yōu)先級(jí)，其次是I2，I1最低。當(dāng)輸入信號(hào)全為低電平時(shí)，發(fā)光二極管全滅。

5 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

當(dāng)輸入信號(hào)全部設(shè)置成低電平時(shí)，六個(gè)發(fā)光二極管都不點(diǎn)亮；當(dāng)I1輸入高電平時(shí)，發(fā)光二極管綠燈循環(huán)閃爍即處于左轉(zhuǎn)彎狀態(tài)如圖7所示；當(dāng)I2輸入高電平時(shí)，發(fā)光二極管紅燈循環(huán)閃爍即處于右轉(zhuǎn)彎狀態(tài)如圖8所示；當(dāng)I3輸入高電平時(shí)，發(fā)光二極管紅、綠燈全亮即處于急剎車(chē)或倒車(chē)狀態(tài)如圖9所示。輸入電平優(yōu)先級(jí)I3＞I2＞I1。

圖7 左轉(zhuǎn)彎

圖8 右轉(zhuǎn)彎

圖9 急剎車(chē)或倒車(chē)

6 總結(jié)

汽車(chē)尾燈是汽車(chē)的主要部分，在我們的生活中必不可少，它的存在讓我們的安全得以保障，正是有了它我們的城市交通得以正常運(yùn)行。本次設(shè)計(jì)中通過(guò)使用FPGA和Verilog的知識(shí)，讓其能夠按照規(guī)律變化，在不斷地實(shí)踐和改進(jìn)中對(duì)其有了更深入的了解。在現(xiàn)代中汽車(chē)的使用已經(jīng)達(dá)到了普及的地步，本設(shè)計(jì)不僅簡(jiǎn)單，而且更加可靠，能夠全面的實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎和剎車(chē)倒車(chē)的功能，在價(jià)格方面也經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，適合大規(guī)模投入工廠使用，具有生產(chǎn)性，實(shí)用性，是具有相當(dāng)好的發(fā)展前景的。