基于Verilog HDL的汽车尾灯控制器设计

卢学敏 李丹宁

摘  要：EDA技术是当今电子信息领域最先进的技术之一，EDA自动化程度高、功能更加完善且运行速度快;在本文的设计中，采用Verilog HDL作为硬件的描述语言，其顶层原理图主要分为三个模块，分别为：左边灯控制模块、右边灯控制模块和分频模块。首先通过Verilog HDL语言编写各电路模塊，然后对其进行波形仿真，之后根据写好的各电路模块设计顶层文件，最后将设计的顶层电路下载到实验箱，从实验结果可知，本文所设计的电路实现了汽车左转、右转、刹车、夜间行驶等功能。

关键词：Verilog HDL;设计和仿真;汽车尾灯

中图分类号：TP273       文献标识码：A 文章编号：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技术简而言之就是现代电子设计自动化，现代计算机、集成电路和电子系统高速发展，电子设计应运而生，这个技术的出现让人们对电子电路系统的设计能力和理解能力的了解更加深入。而在电子技术方面，计算机技术和智能化技术都有一定程度的集成，所以能够针对各种电子通信方面的设计进行辅助设计，该技术飞速发展，在各个行业都有了大量的应用，并逐渐成为当今电子技术的发展前沿。[1]

1  汽车尾灯控制器的设计过程

1.1  总体设计思路

汽车尾灯控制系统如图1所示。此设计主要由输入信号、信号处理、左灯控制系统、右灯控制系统和尾灯显示几个模块组成。

1.1.1  输入信号模块

输入信号模块由以下几个信号组成：左转信号、右转信号、刹车信号、夜灯行驶信号、重置信号（reset）和正常行驶信号。重置信号（reset）为了终止系统运行（系统复位），在信号输入时信号可同时互相不干扰地输入，正确表示汽车在行驶时的各个状态。

1.1.2  信号处理模块

信号处理模块为分频模块，将较高的信号进行分频，得到较低的信号，从而适应控制电路所需要的要求。

1.1.3  左灯控制系统

当输入信号经过处理后进入左灯控制系统，左灯控制系统控制左边三个LED灯。

1.1.4  右灯控制系统

当输入信号经过处理后进入右灯控制系统，右灯控制系统控制右边三个LED灯。

1.2  汽车尾灯控制器的工作原理

汽车尾灯控制系统实际上就是状态机的一种实现。当汽车左转时，左边的灯（L_led1）开始闪烁;当汽车右转时，左边的灯（R_led1）开始闪烁;当汽车刹车时，汽车的左右两侧（L_led2、R_led2）各有一盏指示灯亮起;当汽车在夜间驾驶时，左右两侧（L_led3、R_led3）的各有一盏指示灯亮起;当汽车正常行驶时，所有的灯光保持关闭状态。

通过设置汽车尾灯控制系统的信号，汽车的时钟信号为inclk，汽车左转弯的控制信号为turn_left，汽车右转弯的控制信号为turn_right，刹车信号为shache，夜间行驶的信号为night_en，重置信为reset和尾灯系统输出信号：汽车左侧三盏指示灯L_led1、L_led2、L_led3和汽车右侧三盏指示灯R_led1、R_led2、R_led3，从而实现以上的功能。图2为汽车尾灯控制系统的顶层电路图设计[2]。

汽车尾灯控制系统原理图如图2所示，通过各功能模块系统的组合形成整体结构原理，完成整个汽车尾灯的功能的实现。

2  各组成模块原理

2.1  分频模块

整个时钟分频信号模块的示意图如图3所示，inclk为外部时钟输入信号，outinclk为时钟输出信号，此分频模块的主要功能是针对高频率的信号进行调整降频，[3]从而适应整个系统的需求，inclk输入为一个高频率信号，outclk的输出为一个低频率信号。

2.2  左尾灯控制模块（右尾灯同理）

整个时钟分频信号模块的示意图如图4所示，在此左尾灯控制模块中有以下输入信号：clk为时钟分频信号;reset为重置信号，在实现试验箱仿真时起到终止系统进行的作用，可同时控制led1、led2和led3三个指示灯亮灭;turn_en为汽车左转信号，可以控制led1的闪灭，从而达到左转指示灯led1闪烁的显示效果;shache_en为汽车刹车的信号，可以控制led2的闪灭，从而达到在刹车时刹车灯led2亮起的显示效果;night_en为夜行信号，可以控制led3的闪灭，从而达到汽车在夜行的状况下夜灯led3的闪灭的显示效果。[4]

3  仿真波形及分析

3.1  分频模块仿真及分析

仿真波形图分析：如图5波形图所示，在输入inclk的信号后将一个高频信号进行降频，达到系统所需要的要求，从而实现信号同步。

3.2  左尾灯控制模块仿真及分析（右尾灯同理）

仿真波形图分析：如图6波形图所示，clk为时钟输入信号，reset为清零重置信号，turn_en为左转弯信号，night_en为夜灯信号，shache_en为刹车信号，这些都是左尾灯控制模块的输入信号，led1、led2和led3为左尾灯控制模块的输出信号;当turn_en为高电平1时表示汽车左转信号，当night_en为高电平1时表示汽车夜行信号，当shache_en为高电平1时表示汽车刹车信号;led1、led2和led3为输出信号，当有输入信号高电平为1时尾灯亮起;当输入信号左灯turn_en高电平为1时，led2开始闪烁，表示左灯闪烁;当输入信号夜行night_en高电平为1时，led3亮起，表示左灯夜行灯亮起;当输入信号sahche_en高电平为1时，led1亮起，表示左刹车灯亮起。

3.3  整个系统的仿真及分析

仿真波形图分析：如图7波形图所示，turn_left，turn_right，shache，night为输入信号，turn_left为汽车左转信号，turn_right为汽车右转信号，shache为汽车刹车信号，night为汽车夜行信号;L_led1，L_led2，L_led3，R_led1，R_led2，R_led3为输出信号;当turn_left左转高电平的信号为1时L_led2指示灯开始闪烁，在汽车尾灯上表示左转信号;当turn_right右转高电平的信号为1时R_led2指示灯开始闪烁，在汽车尾灯上表示汽车右转信号;当shache刹车高电平的信号为1时，L_led1和R_led1同时亮起，汽车两侧刹车灯同时亮起，表示汽车刹车信号;当night夜行高电平信号为1时，L_led3和R_led3同时亮起，汽车两侧夜行灯亮起提供照明。整体由turn_left，turn_right，shache，night信号来控制L_led1，L_led2，L_led3，R_led1，R_led2，R_led3这六个LED灯的闪灭，从而完善整个汽车尾灯控制系统。[5]

3.4  锁定管脚图

汽车尾灯控制系统的输入输出信号的管脚锁定如图8所示。

3.5  试验箱对汽车一种现实场景的模拟及实现

汽车右转现实模拟：如图9所示，打开I/O29和I/O33开关，提供输入信号，汽车左尾灯显示模块的LED16开始闪烁，表示汽车开始进入右转状态，其他LED灯显示保持关闭状态，由此实验模拟仿真实现。[6]

4  结  论

本次使用Quartus II，modsim等软件以及cyclone的EP4CE115F29C7芯片实验箱，完成了对汽车尾灯控制系统的设计和制作，在本文的设计中解决了传统汽车尾灯控制器布局繁琐、电路繁杂、反应不够灵敏、没有创新等问题，在试验箱中模拟汽车行驶的过程中出现的场景，准确地表达出其显示效果。充分地验证了FPGA技术模块化、反应快、可靠性强的特点，进一步说明了当前FPGA技术所具有的独特优势。

参考文献：

[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] 徐硕繁，戴飞，吉爽.基于CAN总线的车灯控制系统设计与实现 [J].汽车零部件，2018（3）：16-19.

[3] 海川.高速率遥测信号调制解调技术研究 [D].西安：西安电子科技大学，2008.

[4] 张雨玲.太阳能路灯智能控制系统设计研究 [J].住宅与房地产，2017（6）：150.

[5] 王心剛，贺利，张冬至，等.数字逻辑电路精品实验项目的设计与实践 [J].实验室研究与探索，2017，36（9）：175-178.

[6] 赵家松，严伟榆，张海涛.基于Multisim10的汽车尾灯控制电路设计与仿真 [J].苏州大学学报（工科版），2011，31（2）：30-34.

作者简介：卢学敏（1995-），女，土家族，贵州铜仁人，硕士，研究方向：FPGA应用;李丹宁（1961.11-），男，汉族，贵州贵阳人，副院长，教授，博士，研究方向：大数据分析。