FPGA实验报告.docx
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FPGA实验报告
数字电路与逻辑设计
用Verilog编程
用FPGA实现汽车尾灯控制系统
实验报告
学院：
信息与通信工程学院
专业：
电子信息工程
班级：
2015211103
********************2015210077
张楷2015210078
一．实验要求
根据汽车行驶状态自动控制汽车尾灯
1.直行：
尾灯不亮
2.右转：
右侧尾灯亮而且按秒闪烁，左侧尾灯不亮
3.左转：
左侧尾灯亮而且按秒闪烁，右侧尾灯不亮
4.临时停车或故障：
两侧尾灯同时闪烁
5.倒车显示
二．用ＦＰＧＡ实现方式设计
1.用三色LED代表左右汽车尾灯，为了便于区分，左尾灯选择靠左的三色LED且显示为蓝色，右尾灯选择靠右的三色LED且显示为红色。
两灯同时闪烁表示停车或倒车。
2.用八个单色ＬＥＤ以流水灯的方式显示汽车的行驶状态，向前滚动表示汽车前行，向后滚动表示汽车到车，只有前四个LED亮表示左转，只有后四个ＬＥＤ亮表示右转。
3.用四个拨码开关分别表示前行、左转、右转、故障（倒车），器输入组合1000表示前行，0100表示左转、0010表示右转、0001表示故障（倒车）；
三．设计思路分析
1.使用不同的进程来分别处理时钟分频及各个状态下的灯光效果
2.用三色LED代表左右汽车尾灯
3.用拨码开关控制汽车行驶状态
4.用单色LED显示汽车行驶状态
5.使用状态机的思想来设计，通过过状态来决定灯光效果，通过外部输入来改变状态。
四．波形仿真
五．管脚分配
1.输入管脚分配：
2.输出管脚分配：
六．实验总结体会：
（1）本次实验，我们采用模块化的设计方法，将整体分成不同功能的模块，如计时模块、分频模块、显示控制模块、LED灯显示模块，然后分模块编写程序（由小组人员分工完成），之后再将模块之间用变量连接起来，从而实现汽车尾灯显示要求。
（2）在实现本次设计的过程中，使我们了解了汽车尾灯的基本原理，从而让我们觉得，首次将我们的专业知识与生活联系起来，增强了我们对本课程的学习兴趣。
（3）在本次实验的实现过程中，通过调用case语句、always语句，是我们进一步加深了对case、always语句的认识，并且能够将其运用到其他设计中，使我们进一步熟练了这种设计方法和verilog程序设计语言。
七．实现代码
1.汽车尾灯控制系统
moduletail_lamp
（
inputsys_clk,//系统时钟
inputsys_rst_n,//系统复位
input[3:
0]state_in,//拨码开关输入
outputreg[2:
0]led_left,//左侧尾灯[msb~lsb]=[R,G,B]
outputreg[2:
0]led_right,//右侧尾灯[msb~lsb]=[R,G,B]
outputreg[7:
0]led_out//流水灯输出
）;
parameterCNT_NUM=6_000_000;//计数器实现分频的分频系数
localparamSTOP=4'b0000;
localparamGO=4'b0001;
localparamLEFT=4'b0010;
localparamRIGHT=4'b0100;
localparamBACK=4'b1000;
wire[2:
0]tail_on;//尾灯点亮状态
wire[2:
0]tail_off;//尾灯熄灭状态
wire[2:
0]tail_shin;//尾灯闪烁状态
wire[7:
0]_left;//左转时单色LED的状态
wire[7:
0]_rignt;//右转时单色LED的状态
wire[7:
0]_stop;//停止时单色LED的状态
reg[23:
0]cnt;//计数器，
reg[3:
0]current_state;//当前状态
reg[3:
0]next_state;//下一个状态
regclk_1hz;//1Hz分频信号
reg[7:
0]_go;//前进时单色LED的状态
reg[7:
0]_back;//倒车时单色LED的状态
/*计数器实现0.5秒的周期*/
always@（posedgesys_clkornegedgesys_rst_n）
if（!
sys_rst_n）
cnt<=1'b0;
elseif（cnt>=CNT_NUM-1）
cnt<=1'b0;
else
cnt<=cnt+1'b1;
/*根据计数器的周期实现1Hz信号分频*/
always@（posedgesys_clkornegedgesys_rst_n）
if（!
sys_rst_n）
clk_1hz<=1'b0;
elseif（cnt==CNT_NUM-1）
clk_1hz<=~clk_1hz;
else
clk_1hz<=clk_1hz;
/*尾灯的三种状态，RGB灯只使用红色*/
assigntail_on=3'b011;//[msb~lsb]=[R,G,B]
assigntail_off=3'b111;//[msb~lsb]=[R,G,B]
assigntail_shin={clk_1hz,2'b11};//[msb~lsb]=[R,G,B]
/*车辆前进时，流水灯向上流水*/
always@（posedgesys_clkornegedgesys_rst_n）
if（!
sys_rst_n）
_go<=8'h7f;
elseif（cnt==CNT_NUM-1）
_go<={_go[0],_go[7:
1]};
else
_go<=_go;
/*车辆倒车时，流水灯向下流水*/
always@（posedgesys_clkornegedgesys_rst_n）
if（!
sys_rst_n）
_back<=8'hfe;
elseif（cnt==CNT_NUM-1）
_back<={_back[6:
0],_back[7]};
else
_back<=_back;
/*车辆左转、右转、停止时，流水灯的状态*/
assign_left=8'hf0;
assign_rignt=8'h0f;
assign_stop=8'h00;
/*将次态赋值给当前状态*/
always@（posedgesys_clkornegedgesys_rst_n）
if（!
sys_rst_n）
current_state<=STOP;
else
current_state<=next_state;
/*车辆次态完全由人为通过拨码开关控制*/
always@（*）
next_state=state_in;
/*车辆处于不同状态时，尾灯及流水灯的输出*/
always@（current_stateorsys_rst_n）
if（!
sys_rst_n）begin
led_left=tail_shin;
led_right=tail_shin;
led_out=_stop;
end
else
case（current_state）
STOP:
beginled_left=tail_shin;led_right=tail_shin;led_out=_stop;end
GO:
beginled_left=tail_off;led_right=tail_off;led_out=_go;end
LEFT:
beginled_left=tail_shin;led_right=tail_off;led_out=_left;end
RIGHT:
beginled_left=tail_off;led_right=tail_shin;led_out=_rignt;end
BACK:
beginled_left=tail_on;led_right=tail_on;led_out=_back;end
default:
beginled_left=tail_shin;led_right=tail_shin;led_out=_stop;end
endcase
endmodule
2.仿真代码
`timescale1ns/1ps
moduletail_lamp_tb;
parameterCNT_NUM=10;//方便仿真，定义新的分频系数，例化时使用
/*系统时钟信号的产生*/
regsys_clk;
initial
sys_clk=1'b0;
always
sys_clk=#10~sys_clk;
/*系统复位信号的产生，低电平复位*/
regsys_rst_n;
initial
begin
sys_rst_n=1'b0;
#20;
sys_rst_n=1'b1;
end
/*拨码开关信号的产生*/
reg[3:
0]state_in;
initial
begin
state_in=4'b0000;//停止
#20;
state_in=4'b0001;//前进
#20;
state_in=4'b0010;//左转
#20;
state_in=4'b0100;//右转
#20;
state_in=4'b0000;//停止
#20;
state_in=4'b1000;//倒车
#20;
state_in=4'b0000;//停止
#20;
$stop;//结束仿真
end
wire[2:
0]led_left,led_right;
wire[7:
0]led_out;
/*例化设计文件*/
tail_lamp#
（
.CNT_NUM（CNT_NUM）
）
u1
（
.sys_clk（sys_clk）,//系统时钟
.sys_rst_n（sys_rst_n）,//系统复位
.state_in（state_in）,//拨码开关输入
.led_left（led_left）,//左侧尾灯[msb~lsb]=[R,G,B]
.led_right（led_right）,//右侧尾灯[msb~lsb]=[R,G,B]
.led_out（led_out）//流水灯输出
）;
endmodule
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