基于Verilog的汽车尾灯设计

苏龙，周超，王一，何英昊（指导教师）

（大连理工大学城市学院，辽宁大连，116100）

0 引言

电子科技的设计技术和工具的快速发展，伴随着集成电路的工艺技巧的迅速提升，现代电子集成自动化也不断发生变化，使得以FPGA为基础的车尾灯得到大力的发展，更加直观、更简单的设计和价格便宜的特点，使得它更有社会竞争力。社会日新月异的进步，汽车也成为了现代生活中必不可少的交通工具，而汽车尾灯更是汽车的重要部件，它投入在现代汽车的使用，可避免汽车在恶劣天气受到干扰进而避免交通事故的发生。有了它使交通更加畅通。为了避免发生交通事故，汽车尾灯的闪烁成了交通安全的重要保障。

1 原理

FPGA(Field-Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列，出现在专用集成电路(ASIC)领域中，同时也是在PLA、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，可以反复地编程、擦除、使用，在较短时间内就可完成电路的输入、编译、优化、仿真，直至芯片的制作，很大程度上提高了电子系统的灵活性与通用能力。

2 整体设计

汽车尾灯控制电路如图1所示。环形计数器如图2所示。

图1 汽车尾灯控制电路

3 详细设计

(1)给汽车尾部的左侧和右侧安装三个指示灯（在DE2板上实验通过发光二极管显示），以实现设定的控制功能：

①当汽车正常驾驶时，6个发光二极管全不亮；

②当汽车处于右侧转弯中，右侧三个发光二极管循环闪烁；

图2 环形计数器

③当汽车处于左侧转弯中，左侧三个发光二极管循环闪烁；

④当汽车处于倒车或者刹车过程中，所有发光二极管按CP信号同步点亮。

在Quartus II软件平台上建立计数器电路的顶层电路文件并完成编译和仿真。

信号说明：

输入信号：时钟CLK（CP），直接清零CLK，控制模式 A0、A1。

输出信号：汽车尾部左右两侧共有6个输出信号，即L2、L1、L0 和 R2、R1、R0。

(2)设计原理：汽车尾灯控制电路的构成模块部件有：组合逻辑电路、4/2线编码器和环形计数器。控制模式A0和A1组合构成组合逻辑电路，输出函数的组合环形计数器的状态能够由结合真值表获得，如上图2所示。通过时钟信号脉冲CLK（CP）来控制模式A0、A1。

(3)顶层文件—原理图，仿真图如图3所示。

图4为分频模块，clk输入外部时钟信号，clk2为时钟输出信号。为了能在DE2开发板上实现这个设计，由于输入时钟信号50MHz频率过高，在系统中无法使用，而分频器能够使高频率时钟信号转换成低频率时钟信号，因此将其分成频率相对较低的输入时钟信号。该分频器便实现了将50MHz时钟信号分成1Hz的功能。

图5为汽车尾灯控制模块，也是该系统的核心模块。在此模块中有以下输入信号：clk 为经过分频的时钟输入；I1、I2、I3分别为左转弯控制开关、右转弯控制开关、急刹或倒车控制开关；L0、L1、L2为左转弯三个尾灯，R0、R1、R2为右转弯三个尾灯。该模块实现的功能为：I1开启，I2和I3关闭，此时为左转弯，L0、L2、L3循环亮灭；I2开启，I1和I3关闭，此时为右转弯，R0、R1、R2循环亮灭；I3开启，此时为急刹或倒车，I1和I2无论是开启还是关闭，六个尾灯全部点亮。

图3 仿真图

图4 分频模块

图5 尾灯控制模块

4 仿真

图6 波形图

如图6所示，当输入信号I3启用高电平时，6个发光二极管全部点亮；当输入信号I2启用高电平时，右侧3个发光二极管循环闪烁，左侧发光二极管处于灭状态，相当于启动右转弯警报功能；当输入信号I1启用高电平时，左侧3个发光二极管循环闪烁，左侧发光二极管处于灭状态，即实现左转弯警报功能。控制电路中I3有最高的优先级，其次是I2，I1最低。当输入信号全为低电平时，发光二极管全灭。

5 验证实验

当输入信号全部设置成低电平时，六个发光二极管都不点亮；当I1输入高电平时，发光二极管绿灯循环闪烁即处于左转弯状态如图7所示；当I2输入高电平时，发光二极管红灯循环闪烁即处于右转弯状态如图8所示；当I3输入高电平时，发光二极管红、绿灯全亮即处于急刹车或倒车状态如图9所示。输入电平优先级I3＞I2＞I1。

图7 左转弯

图8 右转弯

图9 急刹车或倒车

6 总结

汽车尾灯是汽车的主要部分，在我们的生活中必不可少，它的存在让我们的安全得以保障，正是有了它我们的城市交通得以正常运行。本次设计中通过使用FPGA和Verilog的知识，让其能够按照规律变化，在不断地实践和改进中对其有了更深入的了解。在现代中汽车的使用已经达到了普及的地步，本设计不仅简单，而且更加可靠，能够全面的实现左转弯、右转弯和刹车倒车的功能，在价格方面也经济实惠，适合大规模投入工厂使用，具有生产性，实用性，是具有相当好的发展前景的。