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2.2 各功能模块构思 6
第三章 汽车尾灯电路设计 8
3.1 VHDL语言简介 8
3.2 核心板EMP1270T144 8
第四章 汽车尾灯电路的功能仿真与实现 11
4.1 硬件组装与焊接 11
4.2 系统仿真 12
4.3 硬件调试 13
4.4 验证结果 13
第五章 课题总结 15
致谢 16
参考文献 17
Ⅱ
第一章选题依据及方案选择
1.1汽车电子行业的现状和发展前景
汽车电子市场近年来快速增长。
研究机构StrategyAnalytics的数据显示,2008年全球汽车半导体市场比2007年增长了6.8%,达175.3亿美元,预计未来5年将保持8%的年复合增长率。
产业发展的动力来自于汽车和电子两大产业的合谋:
一方面,汽车厂商将电子技术应用视为提升安全、舒适、环保和娱乐的主要手段,以作为卖点提升汽车附加值;
一方面,半导体厂商也将拥有长期、稳定利润的汽车电子领域视为新的增长点,纷纷加大投入,以躲避3C领域的残酷竞争。
在中国,赛迪顾问统计数字显示,2001年-2005年,我国汽车电子市场年均增长率达到42.6%,2005年销售额达到624.3亿元。
而汽车电子产品占每辆汽车的成本也由几年前的10%提升到目前的40%。
2006年中国汽车产量达到727.97万辆,2007年我国汽车产销量超过830万辆,预计2010年将达到1100万辆。
中国汽车产销量的增长以及汽车电子产品占汽车总成本的不断提升带动了我国汽车电子市场的快速发展。
从使用者需求上说,由于中国的汽车产业已进入快速发展阶段,国产汽车产品的升级步伐越来越快,消费者对汽车电子产品的需求持续升温。
我国的汽车电子产业多集中在安全系统、车身电子和车载电子系统这两个领域内。
专家称,我国汽车电子行业的突破点在汽车继电器、防盗器、车身电子半导体、汽车传感器等几个产品领域内。
2003年世界生产汽车将近5700万辆,全世界汽车保有量达到7.4亿辆,如以每辆汽车上平均继电器平均用量20只、每辆汽车每年维修用继电器平均用量为10只、汽车修配量按保有量10%计算,则2003年世界汽车继电器需求量达到18.8亿只。
到2010年,如以每辆车平均生产用量20只、维修用量10
只、汽车修配量按保有量10%的参考数字计算,汽车继电器市场需求量就将突破25亿只。
仅此就有数百亿的市场等待开发。
1.2可编程控制器的特点
可编程控制器是60年代末在美国首先出现,当时叫可编程逻辑控制器PLC(ProgrammableLogicController),目的是用来取代继电器,以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。
PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来,控制器的硬件是标准的、通用的。
根据实际应用对象,将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。
控制器和被控对象连接方便。
可编程控制器也是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算,顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用微处理器的优点。
由于这些特点,可编程控制器问世后很快受到工业控制界的欢迎,并得到迅速发展。
目前,可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具,得到了广泛应用。
当前数字电路系统的设计正朝速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。
利用大规模可编程逻辑器件CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)进行ASIC设计,可以直面用户需求,根据对系统的功能要求自上而下地逐层完成相应的描述、综合、优化、仿真与验证,直到生成元器件。
目前,系统级的仿真工具也已出现.这样可以大大地缩短系统的设计周期,增加可靠性,提高产品竞争能力。
1.3方案选择与论证
汽车尾灯控制器的设计可通过以下3种方案实现:
单片机、可编程逻辑器件和纯数字电路。
下面就针对这三种方案各自优缺点进行阐述。
方案一:
用单片机实现汽车尾灯的控制
其与原理图如图所示
:
图1.1用单片机实现汽车尾灯控制原理图
纯单片机系统的优点:
①大量的外围芯片和接口电路使单片机应用系统的设计变得简单而且快捷,新型单片机的上市和高级语言的支持(如C51)进一步延长了单片机的寿命。
②长期稳定的发展和使单片机性价比非常高,而且积累了大量的资料并拥有了大量的工程技术为员。
这一点是CPLD目前难以达到的。
但是,单片机的缺点也有目共睹:
①低速。
即使是高速度单片机也只能工作在μs级,这是由单片机串行工作的特点所决定的。
②低可靠性。
虽然目前有很多器件与设计在一定程序上解决了部分问题,如看门狗的广泛应用,但在某些情况下瞬间的复位也会造成严重后果。
③代价昂贵。
单片机不是微解决复杂数据处理而设计的,他主要是用于控制,不管算法多么巧妙,运算总得占用大量计算时间,而且计算程度大都是用汇编语言编制,这将耗费大量人力来编制调试程序,代价相当昂贵。
方案二:
用纯数字电路实现汽车尾灯的控制
其系统总体框图如下:
开关控制电路
译码电路74138
显示驱动电路
记数电路74161
R1R2R3L1L2L3
脉冲产生电路555
图1.2用纯数字电路实现汽车尾灯控制器总体框图
纯数字电路的优点:
数字电路在仿真运行时,电路连接错误(如短路、开路)、不合理(如在同一集成器件内,使用几个逻辑门组成闭环回路,造成自激振荡),运行操作不规范(如仿真运行时修改电路)时,就会仿真出现电路故障,同样也要进行检修。
由于数字集成电路的性能稳定、外围元器件少,一定程度上减少制作电路的故障,但逻辑电路大多用与非门实现,因此简化后的逻辑函数还需进行表达式的转换。
在实际电路工作时,故障多集中在器件的虚焊,电容损坏、电源的短路或开路上。
设计周期过长,无法满足快速高效的要求,且电路复杂如出错较难修改,灵活性和通用性较低,设计需用大量芯片,成本较高。
方案三:
基于可编程逻辑器件设计汽车尾灯控制器
其总体框图如下图所示:
主控模块
分频模块
输入端口
L
R
S
NT
输出端口
D1
D2
D3
D4
图1.3用可编程逻辑器件实现汽车尾灯控制顶层图
基于可编程逻辑器件设计的优缺点:
硬件描述语言有效地缩短了设计周期,降低了设计成本。
两种硬件描述语言VHDL和VerilogHDL,支持不同层次的描述,使设计描述更加规范化,便于传递、交流、保存、修改、以及重复利用。
当前数字电路系统的设计正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。
利用大规模可编程逻辑器件CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)进行ASIC设计,可以直接面向用户需求,根据对系统的功能要求自上而下地逐层完成相应的描述、综合、优化、仿真与验证,直到生成元器件。
在未来的发展中PLD蒋呈现以下几方面的发展趋势:
密度更高、速度更快;
电压更低、功耗更小;
芯片上集成处理器;
芯片上集成IP;
数模混合芯片;
CPLD通过修改具有固定内连电路的逻辑功能来编程,具有较高的速度和较大的时间可预测性,使用简单,保密性好。
综上所述,介绍了三种方案来实现汽车尾灯控制器,纯数字电路结构比较复杂,不利于改进;
用单片机设计从经济的角度比较贵;
用可编程逻辑器件设计能降低设计成本,且编程方便有利于随时改变。
因此选择方案三进行设计。
而本文通过一个汽车车灯控制系统的设计实践,介绍了VHDL语言的具体设计应用。
5
第二章汽车尾灯电路设计思路
2.1顶层系统方案构思
图2.1汽车尾灯控制系统的顶层符号图
汽车尾灯控制器命名为QCWD.
输入信号为L、R、S、NT、CLK,分别表示左转弯、右转弯、刹车、夜间行驶、脉冲信号。
汽车尾灯主要是给后面行使汽车的司机注意。
为了使尾灯的光信号更明显,对左转、右转信号采用了亮灭交替的闪烁信号,CLK就是提供的1秒的输入脉冲。
输出信号为D1、D2、D3、D4,分别表示左转弯信号、右转弯信号、刹车信号、夜间行驶信号。
2.2各功能模块构思
本设计是采用的状态机的设计思路,根据设计要求,规定了5个状态:
S0表示汽车正常行驶状态、S1表示汽车左转状态、S2表示汽车右转状态、S3表示汽车刹车状态、S4表示夜间行驶状态。
其状态转换如图所示:
17
S1
S0
S2
S3
S4
图2.2汽车尾灯控制器的状态转换图
当L=1时,即左转信号有效,则转换到S1状态,否则为S0状态;
当R=1时,即右转信号有效,则转换到S2状态,否则为S0状态;
当S=1时,即刹车信号有效,则转换到S3状态,否则为S0状态;
当NT=1时,即夜间行驶信号有效,则转换到S4状态,否则为S0状态;
真值表如下图所示:
正常行驶
灭
左转
闪
右转
刹车
亮
图2.3白天行驶时尾灯亮灭情况
图2.4夜间行驶时尾灯亮灭情况
如图所示,了解所有灯的亮灭情况后,根据真值表的不同进行系统编程。
第三章汽车尾灯电路设计
3.1VHDL语言简介
VHDL诞生于1982年。
1987年底,VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言。
自IEEE公布了VHDL的标准版本,IEEE-1076(简称87版)之后,各EDA公司相继推出了自己的VHDL设计环境,或宣布自己的设计工具可以和VHDL接口。
此后VHDL在电子设计领域得到了广泛的接受,并逐步取代了原有的非标准的硬件描述语言。
1993年,IEEE对VHDL进行了修订,从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展VHDL的内容,公布了新版本的VHDL,即IEEE标准的1076-1993版本,(简称93版)。
现在,VHDL和Verilog作为IEEE的工业标准硬件描述语言,又得到众多EDA公司的支持,在电子工程领域,已成为事实上的通用硬件描述语言。
有专家认为,在新的世纪中,VHDL于Verilog语言将承担起大部分的数字系统设计任务。
VHDL设计的主要特点:
1.用VHDL代码而不是用原理图进行设计,意味着整个电路板的模型及性能可用计算机模拟进行验证。
2.VHDL元件的设计与工艺无关,与工艺独立,方便工艺转换。
3.VHDL支持各种设计方法,自顶向下、自底向上或者混合的都可以。
4.可以进行从系统级到逻辑级的描述,即混合描述。
5.VHDL区别于其他的HDL,已形成标准,其代码在不同的系统中可交换建模。
3.2核心板EMP1270T144
设计所用核心板电路如下图:
图3.1核心板
由于所做设计用到的模块有电源和晶振电路,因此这里就不一一介绍所有模块,就电源与晶振做出介绍。
图3.2所用核心板电源电路
其中电源电路(图3.2)是整个电路设计的能源供给中心,其质量的好坏会直接影响到整个设计完成的质量,因此对电源电路的设计、调整与测试都提出较高的要求。
因此对电源的设计提出以下基本要求:
①具有良好的稳压特性;
不论是电网交流电压发生变化还是负载发生变化,电源输出电压基本不变。
②电源内阻小;
电源内阻小,受负载变化的影响就较小,其值一般应小于0.3n。
图3.3所用核心板晶振电路
晶振(图3.3),英文名为Crystal,它是时钟电路中最重要的组成部分,它的作用是向显卡、网卡、主板等配件的各个部分提供基准频率,它就像标尺,工作频率不稳定会造成相关工作频率不稳定,自然容易出现问题。
由于现在制造工艺技术不断提高,现今晶振的频率偏差、稳定性、老化率等重要技术指标都很好,但在选用时仍要留意晶振的质量。
如在某时钟电路采用了高精度的25MHZ,就可保证了数据传输的精度,同时大大减少了丢包的可能性,并且在线路的设计上尽量靠近主芯片,使信号走线的长度大大缩短,可靠性进一步增加,而如果采用劣质晶振,这样做虽然可以降低一点成本,但因为频率的准确性问题,极易造成传输过程中丢包情况。
晶振还有个作用是在电路产生振荡电流,发出时钟信号,给IC作用,像人的心跳一样,不可或缺。
它可分为有源晶振和无源晶振。
有源晶振(英文名oscillator)接上正负电源可以有振荡波形输出。
无源晶振(英文名crytal)要接一定的线路才能产生振荡图3.2所用核心板电源电路
。
第四章汽车尾灯电路的功能仿真与实现
4.1硬件组装与焊接
外围电路所需元器件清单如图:
名称
规格
数量
电阻
510欧/10k
五个
万用版
小
一个
继电器
JZC-23F(4123)
开关
四个
发光二极管
三极管
NPN(C1815)
灯泡
两个
干电池
1.5伏
四节
导线
若干
图4.1原件清单
图4.2外围电路图
对照所做电路图,焊接电路板,焊接后如图所示:
图4.2焊接完成图(外围电路)
4.2系统仿真
将各个模块连接,构成顶层图,在QuartusⅡ软件仿真成功后就是将其程序下载到硬件上进行检验:
图4.3汽车尾灯控制器顶层电路原理图
绑定引脚,如图所示:
图4.4汽车尾灯控制器顶层电路引脚绑定情况
4.3硬件调试
将引脚按编号绑定好,如图:
图4.5电路连接图
在这次设计最初下载是不成功的,出现了以下几个问题:
1、继电器的功能未能实现,不能带动灯泡发亮;
2、灯泡就会发亮。
分析原因如下:
1、不应接电阻在三极管前;
2、电路接法错误,误把基极与发射极接在一起了。
解决方法:
1、将电阻两脚接在一起,短接,使其无法工作;
2、对照电路图,将接错的地方更正。
4.4验证结果
通过更正所犯错误,最后终于实现了设计:
基于可编程逻辑器件汽车尾灯控制器的设计。
在前一章已经完成了程序的下载,把汽车尾灯控制器下载到了核心板上。
现在就利用核心板来检测我们所做内容是否正确。
当我们把程序下载到核心板上时,我们就可以看到发光二极管可以根具所按功能按钮的不同,显示出不同的功能,非常的精确。
这可以证明我们设计的设计没有误差。
我们再次经过观察发现时钟分频发生它应有的作用,左右转灯实现了闪烁,
这证明了我们的分频功能设计正确。
通过上面的测试证明,设计成功。
设计达到基于可编程逻辑器件汽车尾灯控制器设计的预期功能,很好的完成了设计。
设计结果如图所示:
图4.6左转尾灯亮灭情况
图4.7刹车时尾灯亮灭情况
图4.8夜间行驶时尾灯亮灭情况
第五章课题总结
本次设计是通过查阅各种资料和我们的讨论与思考做出来的,即使中间有着不完美。
由于课题要求为可编程器件的设计所以我们就选用学过的QuartusII编译与仿真。
而后在所选核心板与所编程序基础上,做相应的一部分外围电路,来完成此次设计。
这次设计的功能是逐一增加的,完成老师提示文档上给我们的功能。
设计中的优点:
基本实现了汽车在运行时候尾灯点亮方式的各种情况。
设计中的不足:
由于时间关系,加上所选核心板只能提供3.3V电压,不能驱动汽车尾灯,在设计中可用继电器等器件做一个驱动电路,以此来提高功率,带动汽车尾灯。
所以如果在时间允许的条件下可以对这一系列的不足进行解决,从而是整个系统更加可靠。
在完成毕业论文的过程中感触最深的便是实践联系理论的重要性,同时也明白自己专业基础的很多不足之处,但求学之路还很长,当遇到实际问题时,只要认真思考,综合运用所学的知识,再进一步探索,是完全可以解决的一般问题的。
大多数时候,我们都比较注重观察的方面,比较注重理论性的东西,而较少注重动手锻炼,因此,在大学期间进行的几次实训就帮了我们很多,锻炼了我们的动手能力。
好多东西看起来十分简单,一看电路图都懂,但没有亲自去做它,你就不会懂理论与实践是有很大区别的。
看一个东西简单,但让自己亲手去设计一个实现简单功能的电路时,就会发现我们的理论知识在设计上的不足。
最后,我要感谢我的很多老师对我的细心指导,很多同学给予的很多建议。
是他们让我学到了很多书本上学不到的东西,并且教会了我怎样更好把理论知识与实际操作联系起来。
相信这些东西无论是在以后的工作还是在生活中都会对我起到很大的帮助。
在做毕业设计的日子里,虽然有些累但却给我以后的道路指出了一条明路,那就是“认真思考,踏实做事”,更重要的是,做事的心态,也可以得到磨练,并可以改掉很多的不良习惯。
因为时间紧张,所以正好让我养成了一种良好的作息习惯,它让我的生活更充实,更丰富。
更重要的是在这段时间我学会了面对失败的勇气,也懂得了怎样去面对失败,面对困难,怎样想办法来解决,成功往往就隐藏在失败的后面。
致谢
致谢
很感慨,我的毕业设计终于完成了,虽然中间有着不完美,但也是通过不断的查阅资料、询问老师、同学、思考和动手的结果。
毕业了,我感谢所有的人。
时光如梭,转眼就要告别我的大学生涯,闭上眼,3年的大学生活历历在目。
还记得3年前刚踏进校门那一刻,我还是一个不知世故的懵懂少年,3年的大学生活,让我收获了知识,收获了成熟,更让我懂得了如何做人。
凤凰花开,又到了离别的时节。
此时,我无法压抑自己心中离别的痛苦和对母校以及每位朝夕相处的同学、朋友和老师的深深怀念,感谢你们,陪我走过这黄金的3年。
感谢我的父母,是你们含辛茹苦把养大,才有了我的今天,你们一直是我坚强的后盾,无论何时何地,都有亲切的鼓励和温暖的关心,让我在任何时候都不放弃希望,坚持前行。
感谢我的毕业设计指导老师邱富军老师,在你的悉心指导和耐心修改下,我的论文才得以完稿。
你的治学严谨,一丝不苟的学术作风和厚德载物的生活态度的一直是我学习和工作中的榜样。
唯一遗憾的是,我的实践经验太少,问的问题太少,太不全面,错过了许多和你交流的机会。
感谢所有的任课老师,你们丰富的专业知识,严谨的学习态度和详细的指导意见一直给了我很大启发。
感谢你们教给我的知识,能让我在今后的人生大道更加坦途,让我走得更加自信。
感谢所有的朋友,和你们一起走过的3年是令我一生难忘的3年。
未来的工作和生活中,我们仍将一路同行。
3年,在人生的旅途中,不算太长;
但这却是不可重来的珍贵的3年。
虽然这3年有很多遗憾,但我并没有虚度。
大学的日子即将结束,似水流年的日子里我开始期待明天!
就让我们把这3年放进回忆。
眼前,一条新的道路已在脚下,抓住当下,放眼未来,让我们去社会的大浪中去淘洗自己,去挑战自己的人生理想吧!
我要再次深深感谢所有的人,祝你们身体健康,工作顺利。
谢谢!
参考文献
[1]赵立民.可编程逻辑器件与数字系统设计.机械工业出版社.2003.
[2]王金明.数字系统设计与VerilogHDL.电子工业出版社.2005.9.
[3]陈汝全主编.电子技术常用器件应用手册(第2版).机械工业出版.2002
[4]阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社(第4版).1998.
[5]顾斌主编.数字电路EDA设计.西安电子科技大学出版社.2004;
[6]赵不贿主编.在系统可编程器件与开发设计.机械工业出版社.2003;
[7]李中华主编.数字电子技术.中国水利水电出版社.2006
[8]屠其非.LED用于汽车尾灯的展望.光源与照明.2001(01)
[9]姚福安著.电子电路设计与实践.
山东:
山东科学技术出版社.2002
[10]康华光主编.数字电子基础.北京高等教育出版社.1999
[11]路勇主编.电子电路实验及仿真.北京清华大学出版社.2004
[12]唐程山主编.电子技术基础.北京高等教育出版社.2005
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