基于CPLD-FPGA的汽车信号灯控制器设计(VHDL语言)

摘  要
随着社会的不断进步，现代化技术已经深入到人们生活的各个角落，而汽车作为较为方便的代步工具，已经成为我们生活中不可或缺的一部分，人们对于它的研究已经进入技术非常发达的阶段，为了使其更为完美，能被人们更方便、更简单的利用，人们从没停止对它的各方面的研究。
对于汽车来说，信号灯是它与其它车辆交流的通道和方式，各种模式状态代表了不同的意义和司机同志下一步的操作，是协调交通，避免事故的一个最好的方法。所以关于汽车信号灯控制器的设计有很多实例，现在我采用基于CPLD/FPGA的技术设计此电路，加入了故障检测和停靠计时等功能，使汽车信号灯控制器更加完善。
本论文首先介绍了CPLD/FPGA的基本知识，包括对CPLD/FPGA的开发软件工具MaxplusⅡ和硬件描述语言VHDL的详细介绍，然后对汽车信号灯控制器基本功能进行分析，给出设计方案，进行编程设计，同时进行软件仿真，硬件下载仿真等。本设计较好的完成了该课题指定的基本功能，并有所扩展，使控制系统使用更加方便，且便于修改改进。
关键词：CPLD/FPGA； 开发工具MaxplusⅡ； 硬件描述语言VHDL； 控制系统。

ABSTRACT
Along with the progress of society , the modern techniques have already got deep into people’s life in each corner. The automobile being a more convenient means of transportation tool has already become a necessary part in our life .The people's research towards it has already turned into a very flourishing stage of technique, for the sake of making it more perfect, more convenient and more simple exploitation , people never stop the research of its everyone's noodles.
For the automobile, the signal lamp is the passage and way that it communicates with the other vehicles. The various mode appearance represented the different meaning and the operation of the next move , It is the best method of moderating transportation and avoiding the trouble. So the design concerning the automobile signal lamp controller contains a lot of solid examples. Also, I adopt to design this electric circuit according to the technique of the CPLD/FPGA now. While joining to break down an examination and stopping to depend to account function, the circuit makes the automobile signal beacon controller more perfect.
This thesis introduced the basic knowledge of the CPLD/FPGA first; including the development software tool Maxplus Ⅱ and hardware that include to the CPLD/FPGA described the detailed introduction of the language VHDL. Then, the thesis introduced the automobile signal beacon controller’s function carry on analysis and gives the design project. in the meantime I carry the circuit on software and the hardware to imitate really etc. This design completed  the topic to basic function very well and made the control system usage more convenient. Also it is easy to improve.
Key word: CPLD/FPGA; Develop tool Maxplus Ⅱ ; The hardware description language VHDL; Control system.

课题目的
课题要求用VHDL语言编程设计汽车信号灯CPLD/FPGA微机控制系统，并用EDA软件MaxplusⅡ进行系统功能仿真和调试。

课题研究内容
1、汽车上的信号灯有： 转向灯和夜间示宽灯等。当汽车转弯、刹车、停靠时， 转向灯发出不同的信号； 夜间， 则点亮示宽灯。汽车转弯或停靠时， 相应的信号灯要发出闪烁的灯光信号；因此使控制系统所需执行的操作由相应的开关状态反映，而所需控制的信号灯有仪表左/右转弯灯，左/右前灯，左/右尾灯和左/右示宽灯等八类灯；
2、系统应有一定的故障监控功能，以提高系统的可靠性；
3、系统具有模拟显示功能；
4、并增加汽车停靠计时功能。

方案设计和功能分析
汽车上的信号灯有： 转向灯(左头灯、右头灯、左尾灯、右尾灯、仪表盘上的二个指
示灯) 及夜间示宽灯等。当汽车转弯、刹车、停靠时， 转向灯发出不同的信号； 夜间， 则
点亮示宽灯。汽车转弯或停靠时， 相应的信号灯要发出闪烁的灯光信号，其中左/右转弯等以1Hz的频率闪烁，而左/右头灯和左/右尾灯以8Hz的频率闪烁。

研究方案分析
由于控制系统所需执行的操作由相应的开关状态反映，而所需控制的信号灯有仪表左/右转弯灯，左/右前灯，左/右尾灯和左/右示宽灯等八类灯；因此控制系统开关操作与灯光信号对应关系如下：
(1) 左/右转弯(合上左/右转弯开关)：仪表板左/右转弯灯、左/右头灯、左/右尾灯闪烁。
(2) 紧急开关合上：所有灯闪烁。
(3) 刹车(合上刹车开关)：左右尾灯亮。
(4) 左/右转弯刹车：仪表板左/右转弯灯、左/右头灯、左/右尾灯闪烁，右/左尾灯亮。
(5) 刹车、合上紧急开关：尾灯亮、仪表板灯、头灯闪烁。
(6) 左/右转弯刹车并合上紧急开关：右/左尾灯亮，其余灯闪烁。
(7) 停靠(合上停靠开关)：头灯、尾灯闪烁。
(8) 夜间（合上示宽开关）：左/右示宽灯亮。
（9）复位开关：所有灯灭。
根据上述控制系统的操作分析，可以看出，控制系统会有各种输入量控制信号灯的闪烁变化，而且当信号灯中一个或者几个出现故障后，驾驶员无法及时发现，可能导致一些交通事故，所以应加一些信号灯的故障检测功能，能及时提醒驾驶员，防止发生交通事故。另外当汽车停靠时可以增加停靠计时的功能，这样可以及时了解到汽车已经停靠的时间。所以初步设计模块包括：输入信号模块、显示输出模块、故障监控模块和停靠计时模块等四个功能模块。

目    录

第一章  绪 论 1
第一节  可编程逻辑器件简介 1
一、 PLD发展概述和分类 1
二、 PLD基本结构和电路表示法 2
第二节  CPLD/FPGA简介 4
一、 CPLD/FPGA概述 4
二、 CPLD/FPGA设计技术及电子设计自动化(EDA) 7
第三节  硬件描述语言VHDL 8
一、 VHDL概述 8
二、 VHDL 的设计流程 9
三、 VHDL 语言的基本特点 10
第四节  CPLD/FPGA的开发工具――MAXPLUSⅡ 10
一、 MaxplusⅡ概述 10
二、 MaxplusⅡ功能简介 11
三、 MaxplusⅡ设计过程 14
第五节  优秀FPGA设计的重要特征 15
一、 可读性 16
二、 可重复性 16
三、 可测性 16
第二章  基于CPLD/FPGA的汽车信号灯控制系统的设计方案和功能分析 17
第一节  课题内容分析 17
一、 课题目的 17
(优秀毕业设计网 www.2bysj.cn)
二、 课题研究内容 17
第二节  方案设计和功能分析 17
一、 研究方案分析 17
二、 模块功能分析 18
第三章  软件仿真调试 27
第一节  汽车信号灯控制系统总设计方案图 27
第二节  控制系统软件仿真 28
一、 复位仿真 28
二、 刹车仿真 29
三、 停靠计时仿真 29
四、 右转仿真 30
五、 右转刹车仿真 30
六、 左转仿真 31
七、 左转刹车仿真 31
八、 紧急情况仿真 32
九、 紧急刹车仿真 32
十、 左转紧急刹车仿真 33
十一、 右转紧急刹车仿真 33
十二、 夜间行车仿真 34
十三、 故障报警仿真 35
第四章  芯片下载与功能调试 36
第一节  ALTERA CPLD/FPGA 器件 36
一、 Altera公司简介 36
二、 开发软件 36
三、 主流芯片选型指导 36
第二节  芯片下载 37
第三节  功能仿真 38
一、 刹车仿真 39
二、 停靠计时仿真 39
三、 紧急刹车仿真 40
结  论 41
致  谢 42
参考文献 43
附录：程序源代码 44