尾灯控制器EDA课设

1设计目的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实际，掌握所学的课程知识和基本单元电路的综合设计应用。

通过对实用汽车尾灯控制器的设计，巩固和综合运用所学知识，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。

2设计要求和任务2.1 EDA技术的主要内容及发展趋势EDA是Electronic Design Automation(电子设计自动化)的缩写。

EDA技术就是以微电子技术为物理层面，现代电子设计技术为灵魂，计算机软件技术为手段，最终形成集成电子系统或专用集成电路ASIC（Application Specific Integrated Circuit）为目的的一门新兴技术。

利用EDA技术进行电路设计的大部分工作是在EDA软件工作平台上进行的，EDA设计流程如图1.1所示。

EDA设计流程包括设计准备、设计输入、设计处理、器件编辑和设计完成5个步骤，以及相应的功能仿真、时序仿真和器件测试3个设计验证过程。

EDA技术的设计大致可分为系统级设计、电路级设计和物理实现级设计。

物理实现级设计主要是指IC版图设计，一般由半导体厂家完成。

EDA的发展趋势是与工艺无关的系统设计，即高层设计，使设计与制作分开，这里只论述电路级设计和系统级设计。

2.1.1 EDA技术的主要内容EDA技术涉及面广，内容丰富，从教学和使用的角度看，主要应掌握如下4个方面的内容：（1）大规模可编程逻辑器件；（2）硬件描述语言；（3）软件开发工具；（4）实验开发系统；其中，大规模可编程逻辑器件是利用EDA技术进行电子系统设计的载体，硬件描述语言是利用EDA技术进行电子系统设计的主要手段，软件开发工具是利用EDA技术进行电子系统设计的智能化的自动化设计工具，实验开发系统则是利用EDA技术进行电子系统设计的下载工具及硬件验证工具。

2.1.2 EDA技术的发展趋势从目前的EDA技术来看，其发展趋势是政府重视、使用普及、应用文泛、工具多样、软件功能强大。

中国EDA市场已渐趋成熟，不过大部分设计工程师面向的是PC主板和小型ASIC领域，仅有小部分（约11%）的设计人员研发复杂的片上系统器件。

为了与台湾和美国的设计工程师形成更有力的竞争，中国的设计队伍有必要购入一些最新的EDA技术。

在信息通信领域，要优先发展高速宽带信息网、深亚微米集成电路、新型元器件、计算机及软件技术、第三代移动通信技术、信息管理、信息安全技术，积极开拓以数字技术、网络技术为基础的新一代信息产品，发展新兴产业，培育新的经济增长点。

要大力推进制造业信息化，积极开展计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助工艺（CAPP）、计算机机辅助制造（CAM）、产品数据管理（PDM）、制造资源计划（MRPII）及企业资源管理（ERP）等。

有条件的企业可开展“网络制造”，便于合作设计、合作制造，参与国内和国际竞争。

开展“数控化”工程和“数字化”工程。

自动化仪表的技术发展趋势的测试技术、控制技术与计算机技术、通信技术进一步融合，形成测量、控制、通信与计算机（M3C）结构。

在ASIC和PLD设计方面，向超高速、高密度、低功耗、低电压方向发展。

外设技术与EDA工程相结合的市场前景看好，如组合超大屏幕的相关连接，多屏幕技术也有所发展。

我国自1995年以来加速开发半导体产业，先后建立了几所设计中心，推动系列设计活动以应对亚太地区其它EDA市场的竞争。

在EDA软件开发方面，目前主要集中在美国。

但各国也正在努力开发相应的工具。

日本、韩国都有ASIC设计工具，但不对外开放。

中国华大集成电路设计中心，也提供IC设计软件，但性能不是很强。

相信在不久的将来会有更多更好的设计工具有各地开花并结果。

据最新统计显示，中国和印度正在成为电子设计自动化领域发展最快的两个市场，年复合增长率分别达到了50%和30%。

2.2 EDA开发工具的发展趋势面对当今飞速发展的电子产品市场，电子设计人员需要更加实用、快捷的开发工具，使用统一的集成化设计环境，改变优先考虑具体物理实现方式的传统设计思路，将精力集中到设计构思、方案比较和寻找优化设计等方面，以最快的速度开发出性能优良、质量一流的电子产品。

开发工具的发展趋势如下：（1）具有混合信号处理能力由于数字电路和模拟电路的不同特性，模拟集成电路EDA工具的发展远远落后于数字电路EDA开发工具。

但是，由于物理量本身多以模拟形式存在，实现高性能复杂电子系统的设计必然离不开模拟信号。

20世纪90年代以来，EDA 工具厂商都比较重视数模混合信号设计工具的开发。

美国 Cadence 、Synopsys等公司开发的EDA工具已经具有了数模混合设计能力，这些EDA开发工具能完成含有模数变换、数字信号处理、专用集成电路宏单元、数模变换和各种压控振荡器在内的混合系统设计。

（2）高效的仿真工具在整个电子系统设计过程中，仿真是花费时间最多的工作，也是占用EAD 工具时间最多的一个环节。

可以将电子系统设计的仿真过程分为两个阶段：设计前期的系统级仿真和设计过程中的电路级仿真。

系统级仿真主要验证系统的功能，如验证设计的有效性等；电路级仿真主要验证系统的性能，决定怎样实现设计，如测试设计的精度、处理和保证设计要求等。

要提高仿真的效率，一方面是要建立合理的仿真算法；另一方面是要更好地解决系统级仿真中，系统模型的建模和电路级仿真中电路模型的建模技术。

在未来的EDA技术中，仿真工具将有较大的发展空间。

（3）理想的逻辑综合、优化工具逻辑综合功能是将高层次系统行为设计自动翻译成门级逻辑的电路描述，做到了实际与工艺的独立。

优化则是对于上述综合生成的电路网表，根据逻辑方程功能等效的原则，用更小、更快的综合结果替代一些复杂的逻辑电路单元，根据指定目标库映射成新的网表。

随着电子系统的集成规模越来越大，几乎不可能直接面向电路图做设计，要将设计者的精力从繁琐的逻辑图设计和分析中转移到设计前期算法开发上。

逻辑综合、优化工具就是要把设计者的算法完整高效地生成电路网表。

2.3现场可编程门阵列(FPGA)F PGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。

它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，即解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

FPGA的基本特点主要有：（1）采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。

（2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。

（3）FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。

（4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。

（5）FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。

2.4VHDL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。

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。

2.5 课题设计的主要内容根据计算机中状态机原理，利用VHDL设计汽车尾灯控制器的各个模块，并使用EDA 工具对各模块进行仿真验证。

汽车尾灯控制器的设计分为4个模块：时钟分频模块、汽车尾灯主控模块，左边灯控制模块和右边灯控制模块。

把各个模块整合后就形成了汽车尾灯控制器。

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。

3 总体设计思路及原理描述3.1设计题目及要求根据现代交通规则，汽车尾灯控制器应满足以下基本要求：1.汽车正常使用是指示灯不亮2.汽车右转时，右侧的一盏灯亮3.汽车左转时，左侧的一盏灯亮4.汽车刹车时，左右两侧的指示灯同时亮5.汽车夜间行驶时，左右两侧的指示灯同时一直亮，供照明使用3.2汽车尾灯控制器的工作原理汽车尾灯控制器就是一个状态机的实例。

当汽车正常行驶时所有指示灯都不亮；当汽车向右转弯时，汽车右侧的指示灯RD1亮；当汽车向左侧转弯时，汽车左侧的指示灯LD1亮；当汽车刹车时，汽车右侧的指示灯RD2和汽车左侧的指示灯LD2同时亮；当汽车在夜间行驶时，汽车右侧的指示灯RD3和汽车左侧的指示灯LD3同时一直亮。

通过设置系统的输入信号：系统时钟信号CLK，汽车左转弯控制信号LEFT，汽车右转弯控制信号RIGHT，刹车信号BRAKE，夜间行驶信号NIGHT 和系统的输出信号：汽车左侧3盏指示灯LD1、LD2、LD3和汽车右侧3盏指示灯RD1、RD2、RD3实现以上功能。

3.3汽车运行状态表和总体框图汽车尾灯和汽车运行状态表如表3.1所示：表3.1汽车尾灯和汽车运行状态表尾灯控制电路设计总体框图如图3.1所示：图3.1 汽车尾灯控制电路设计总体框图4 分层次方案设计及代码描述4.1时钟分频模块整个时钟分频模块的工作框图如图4.1所示：图4.1时钟分频模块工作框图时钟分频模块由VHDL程序来实现，其VHDL代码如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY SZ ISPORT(CLK: IN STD_LOGIC; --时钟输入CP: OUT STD_LOGIC);END ENTITY SZ;ARCHITECTURE ART OF SZ ISSIGNAL COUNT:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); --定义八位标准逻辑位矢量数据类型BEGINPROCESS(CLK)BEGINIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN --检测时钟上升沿COUNT<=COUNT+1;END IF;END PROCESS;CP<=COUNT(3); --输出第五位END ARCHITECTURE ART;4.2汽车尾灯主控模块汽车尾灯主控模块工作框图如图4.2所示：图4.2 主控模块工作框图汽车尾灯主控模块由VHDL程序来实现，其VHDL代码如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY CTRL ISPORT(LEFT,RIGHT,BRAKE,NIGHT: IN STD_LOGIC;LP,RP,LR,BRAKE_LED,NIGHT_LED: OUT STD_LOGIC);END ENTITY CTRL;ARCHITECTURE ART OF CTRL ISBEGINNIGHT_LED<=NIGHT;BRAKE_LED<=BRAKE;PROCESS(LEFT,RIGHT)VARIABLE TEMP:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);BEGINTEMP:=LEFT&RIGHT;CASE TEMP ISWHEN "00"=>LP<='0';RP<='0';LR<='0';WHEN "01"=>LP<='0';RP<='1';LR<='0';WHEN "10"=>LP<='1';RP<='0';LR<='0';WHEN OTHERS=>LP<='0';RP<='0';LR<='1'; --输出错误控制信号END CASE;END PROCESS;END ARCHITECTURE ART;左边灯控制模块的工作框图如图4.3所示。