蘇龍，周超，王一，何英昊（指導(dǎo)教師）

（大連理工大學(xué)城市學(xué)院，遼寧大連，116100）

0 引言

電子科技的設(shè)計技術(shù)和工具的快速發(fā)展，伴隨著集成電路的工藝技巧的迅速提升，現(xiàn)代電子集成自動化也不斷發(fā)生變化，使得以FPGA為基礎(chǔ)的車尾燈得到大力的發(fā)展，更加直觀、更簡單的設(shè)計和價格便宜的特點(diǎn)，使得它更有社會競爭力。社會日新月異的進(jìn)步，汽車也成為了現(xiàn)代生活中必不可少的交通工具，而汽車尾燈更是汽車的重要部件，它投入在現(xiàn)代汽車的使用，可避免汽車在惡劣天氣受到干擾進(jìn)而避免交通事故的發(fā)生。有了它使交通更加暢通。為了避免發(fā)生交通事故，汽車尾燈的閃爍成了交通安全的重要保障。

1 原理

FPGA(Field-Programmable Gate Array),即現(xiàn)場可編程門陣列，出現(xiàn)在專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中，同時也是在PLA、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物，可以反復(fù)地編程、擦除、使用，在較短時間內(nèi)就可完成電路的輸入、編譯、優(yōu)化、仿真，直至芯片的制作，很大程度上提高了電子系統(tǒng)的靈活性與通用能力。

2 整體設(shè)計

汽車尾燈控制電路如圖1所示。環(huán)形計數(shù)器如圖2所示。

圖1 汽車尾燈控制電路

3 詳細(xì)設(shè)計

(1)給汽車尾部的左側(cè)和右側(cè)安裝三個指示燈（在DE2板上實(shí)驗(yàn)通過發(fā)光二極管顯示），以實(shí)現(xiàn)設(shè)定的控制功能：

①當(dāng)汽車正常駕駛時，6個發(fā)光二極管全不亮；

②當(dāng)汽車處于右側(cè)轉(zhuǎn)彎中，右側(cè)三個發(fā)光二極管循環(huán)閃爍；

圖2 環(huán)形計數(shù)器

③當(dāng)汽車處于左側(cè)轉(zhuǎn)彎中，左側(cè)三個發(fā)光二極管循環(huán)閃爍；

④當(dāng)汽車處于倒車或者剎車過程中，所有發(fā)光二極管按CP信號同步點(diǎn)亮。

在Quartus II軟件平臺上建立計數(shù)器電路的頂層電路文件并完成編譯和仿真。

信號說明：

輸入信號：時鐘CLK（CP），直接清零CLK，控制模式 A0、A1。

輸出信號：汽車尾部左右兩側(cè)共有6個輸出信號，即L2、L1、L0 和 R2、R1、R0。

(2)設(shè)計原理：汽車尾燈控制電路的構(gòu)成模塊部件有：組合邏輯電路、4/2線編碼器和環(huán)形計數(shù)器?？刂颇Ｊ紸0和A1組合構(gòu)成組合邏輯電路，輸出函數(shù)的組合環(huán)形計數(shù)器的狀態(tài)能夠由結(jié)合真值表獲得，如上圖2所示。通過時鐘信號脈沖CLK（CP）來控制模式A0、A1。

(3)頂層文件—原理圖，仿真圖如圖3所示。

圖4為分頻模塊，clk輸入外部時鐘信號，clk2為時鐘輸出信號。為了能在DE2開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)這個設(shè)計，由于輸入時鐘信號50MHz頻率過高，在系統(tǒng)中無法使用，而分頻器能夠使高頻率時鐘信號轉(zhuǎn)換成低頻率時鐘信號，因此將其分成頻率相對較低的輸入時鐘信號。該分頻器便實(shí)現(xiàn)了將50MHz時鐘信號分成1Hz的功能。

圖5為汽車尾燈控制模塊，也是該系統(tǒng)的核心模塊。在此模塊中有以下輸入信號：clk 為經(jīng)過分頻的時鐘輸入；I1、I2、I3分別為左轉(zhuǎn)彎控制開關(guān)、右轉(zhuǎn)彎控制開關(guān)、急剎或倒車控制開關(guān)；L0、L1、L2為左轉(zhuǎn)彎三個尾燈，R0、R1、R2為右轉(zhuǎn)彎三個尾燈。該模塊實(shí)現(xiàn)的功能為：I1開啟，I2和I3關(guān)閉，此時為左轉(zhuǎn)彎，L0、L2、L3循環(huán)亮滅；I2開啟，I1和I3關(guān)閉，此時為右轉(zhuǎn)彎，R0、R1、R2循環(huán)亮滅；I3開啟，此時為急剎或倒車，I1和I2無論是開啟還是關(guān)閉，六個尾燈全部點(diǎn)亮。

圖3 仿真圖

圖4 分頻模塊

圖5 尾燈控制模塊

4 仿真

圖6 波形圖

如圖6所示，當(dāng)輸入信號I3啟用高電平時，6個發(fā)光二極管全部點(diǎn)亮；當(dāng)輸入信號I2啟用高電平時，右側(cè)3個發(fā)光二極管循環(huán)閃爍，左側(cè)發(fā)光二極管處于滅狀態(tài)，相當(dāng)于啟動右轉(zhuǎn)彎警報功能；當(dāng)輸入信號I1啟用高電平時，左側(cè)3個發(fā)光二極管循環(huán)閃爍，左側(cè)發(fā)光二極管處于滅狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)彎警報功能。控制電路中I3有最高的優(yōu)先級，其次是I2，I1最低。當(dāng)輸入信號全為低電平時，發(fā)光二極管全滅。

5 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

當(dāng)輸入信號全部設(shè)置成低電平時，六個發(fā)光二極管都不點(diǎn)亮；當(dāng)I1輸入高電平時，發(fā)光二極管綠燈循環(huán)閃爍即處于左轉(zhuǎn)彎狀態(tài)如圖7所示；當(dāng)I2輸入高電平時，發(fā)光二極管紅燈循環(huán)閃爍即處于右轉(zhuǎn)彎狀態(tài)如圖8所示；當(dāng)I3輸入高電平時，發(fā)光二極管紅、綠燈全亮即處于急剎車或倒車狀態(tài)如圖9所示。輸入電平優(yōu)先級I3＞I2＞I1。

圖7 左轉(zhuǎn)彎

圖8 右轉(zhuǎn)彎

圖9 急剎車或倒車

6 總結(jié)

汽車尾燈是汽車的主要部分，在我們的生活中必不可少，它的存在讓我們的安全得以保障，正是有了它我們的城市交通得以正常運(yùn)行。本次設(shè)計中通過使用FPGA和Verilog的知識，讓其能夠按照規(guī)律變化，在不斷地實(shí)踐和改進(jìn)中對其有了更深入的了解。在現(xiàn)代中汽車的使用已經(jīng)達(dá)到了普及的地步，本設(shè)計不僅簡單，而且更加可靠，能夠全面的實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎和剎車倒車的功能，在價格方面也經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，適合大規(guī)模投入工廠使用，具有生產(chǎn)性，實(shí)用性，是具有相當(dāng)好的發(fā)展前景的。