基于Verilog HDL的汽車尾燈控制器設計

盧學敏 李丹寧

摘? 要：EDA技術是當今電子信息領域最先進的技術之一，EDA自動化程度高、功能更加完善且運行速度快;在本文的設計中，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，然后對其進行波形仿真，之后根據寫好的各電路模塊設計頂層文件，最后將設計的頂層電路下載到實驗箱，從實驗結果可知，本文所設計的電路實現了汽車左轉、右轉、剎車、夜間行駛等功能。

關鍵詞：Verilog HDL;設計和仿真;汽車尾燈

中圖分類號：TP273? ? ? ?文獻標識碼：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技術簡而言之就是現代電子設計自動化，現代計算機、集成電路和電子系統高速發展，電子設計應運而生，這個技術的出現讓人們對電子電路系統的設計能力和理解能力的了解更加深入。而在電子技術方面，計算機技術和智能化技術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計進行輔助設計，該技術飛速發展，在各個行業都有了大量的應用，并逐漸成為當今電子技術的發展前沿。[1]

1? 汽車尾燈控制器的設計過程

1.1? 總體設計思路

汽車尾燈控制系統如圖1所示。此設計主要由輸入信號、信號處理、左燈控制系統、右燈控制系統和尾燈顯示幾個模塊組成。

1.1.1? 輸入信號模塊

輸入信號模塊由以下幾個信號組成：左轉信號、右轉信號、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）為了終止系統運行（系統復位），在信號輸入時信號可同時互相不干擾地輸入，正確表示汽車在行駛時的各個狀態。

1.1.2? 信號處理模塊

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

1.1.3? 左燈控制系統

當輸入信號經過處理后進入左燈控制系統，左燈控制系統控制左邊三個LED燈。

1.1.4? 右燈控制系統

當輸入信號經過處理后進入右燈控制系統，右燈控制系統控制右邊三個LED燈。

1.2? 汽車尾燈控制器的工作原理

汽車尾燈控制系統實際上就是狀態機的一種實現。當汽車左轉時，左邊的燈（L_led1）開始閃爍;當汽車右轉時，左邊的燈（R_led1）開始閃爍;當汽車剎車時，汽車的左右兩側（L_led2、R_led2）各有一盞指示燈亮起;當汽車在夜間駕駛時，左右兩側（L_led3、R_led3）的各有一盞指示燈亮起;當汽車正常行駛時，所有的燈光保持關閉狀態。

通過設置汽車尾燈控制系統的信號，汽車的時鐘信號為inclk，汽車左轉彎的控制信號為turn_left，汽車右轉彎的控制信號為turn_right，剎車信號為shache，夜間行駛的信號為night_en，重置信為reset和尾燈系統輸出信號：汽車左側三盞指示燈L_led1、L_led2、L_led3和汽車右側三盞指示燈R_led1、R_led2、R_led3，從而實現以上的功能。圖2為汽車尾燈控制系統的頂層電路圖設計[2]。

汽車尾燈控制系統原理圖如圖2所示，通過各功能模塊系統的組合形成整體結構原理，完成整個汽車尾燈的功能的實現。

2? 各組成模塊原理

2.1? 分頻模塊

整個時鐘分頻信號模塊的示意圖如圖3所示，inclk為外部時鐘輸入信號，outinclk為時鐘輸出信號，此分頻模塊的主要功能是針對高頻率的信號進行調整降頻，[3]從而適應整個系統的需求，inclk輸入為一個高頻率信號，outclk的輸出為一個低頻率信號。

2.2? 左尾燈控制模塊（右尾燈同理）

整個時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為時鐘分頻信號;reset為重置信號，在實現試驗箱仿真時起到終止系統進行的作用，可同時控制led1、led2和led3三個指示燈亮滅;turn_en為汽車左轉信號，可以控制led1的閃滅，從而達到左轉指示燈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，從而達到在剎車時剎車燈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的信號后將一個高頻信號進行降頻，達到系統所需要的要求，從而實現信號同步。

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為時鐘輸入信號，reset為清零重置信號，turn_en為左轉彎信號，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turn_en為高電平1時表示汽車左轉信號，當night_en為高電平1時表示汽車夜行信號，當shache_en為高電平1時表示汽車剎車信號;led1、led2和led3為輸出信號，當有輸入信號高電平為1時尾燈亮起;當輸入信號左燈turn_en高電平為1時，led2開始閃爍，表示左燈閃爍;當輸入信號夜行night_en高電平為1時，led3亮起，表示左燈夜行燈亮起;當輸入信號sahche_en高電平為1時，led1亮起，表示左剎車燈亮起。

3.3? 整個系統的仿真及分析

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為汽車左轉信號，turn_right為汽車右轉信號，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turn_left左轉高電平的信號為1時L_led2指示燈開始閃爍，在汽車尾燈上表示左轉信號;當turn_right右轉高電平的信號為1時R_led2指示燈開始閃爍，在汽車尾燈上表示汽車右轉信號;當shache剎車高電平的信號為1時，L_led1和R_led1同時亮起，汽車兩側剎車燈同時亮起，表示汽車剎車信號;當night夜行高電平信號為1時，L_led3和R_led3同時亮起，汽車兩側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LED燈的閃滅，從而完善整個汽車尾燈控制系統。[5]

3.4? 鎖定管腳圖

汽車尾燈控制系統的輸入輸出信號的管腳鎖定如圖8所示。

3.5? 試驗箱對汽車一種現實場景的模擬及實現

汽車右轉現實模擬：如圖9所示，打開I/O29和I/O33開關，提供輸入信號，汽車左尾燈顯示模塊的LED16開始閃爍，表示汽車開始進入右轉狀態，其他LED燈顯示保持關閉狀態，由此實驗模擬仿真實現。[6]

4? 結? 論

本次使用Quartus II，modsim等軟件以及cyclone的EP4CE115F29C7芯片實驗箱，完成了對汽車尾燈控制系統的設計和制作，在本文的設計中解決了傳統汽車尾燈控制器布局繁瑣、電路繁雜、反應不夠靈敏、沒有創新等問題，在試驗箱中模擬汽車行駛的過程中出現的場景，準確地表達出其顯示效果。充分地驗證了FPGA技術模塊化、反應快、可靠性強的特點，進一步說明了當前FPGA技術所具有的獨特優勢。

參考文獻：

[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設計與實現 [J].汽車零部件，2018（3）：16-19.

[3] 海川.高速率遙測信號調制解調技術研究 [D].西安：西安電子科技大學，2008.

[4] 張雨玲.太陽能路燈智能控制系統設計研究 [J].住宅與房地產，2017（6）：150.

[5] 王心剛，賀利，張冬至，等.數字邏輯電路精品實驗項目的設計與實踐 [J].實驗室研究與探索，2017，36（9）：175-178.

[6] 趙家松，嚴偉榆，張海濤.基于Multisim10的汽車尾燈控制電路設計與仿真 [J].蘇州大學學報（工科版），2011，31（2）：30-34.

作者簡介：盧學敏（1995-），女，土家族，貴州銅仁人，碩士，研究方向：FPGA應用;李丹寧（1961.11-），男，漢族，貴州貴陽人，副院長，教授，博士，研究方向：大數據分析。