车载DVD位控系统的设计与分析

前言EDA技术作为现代电子设计最新技术的结晶，其广阔的应用前景和深远的影响已毋庸置疑，它在信息工程类专业中的基础地位和核心作用也逐渐被人们所认识。许多高等学校开设了相应的课程，并为学生提供了课程设计、综合实践、电子设计竞赛、毕业设计、科学研究和产品开发等EDA技术的综合应用实践环节。相关的工程技术人员也特别重视学习EDA技术，并渴望提高其工程应用能力。对于迅猛发展的EDA技术的综合应用，从EDA技术的综合应用系统的深度来分，可分为3个层次：①功能电路模块的设计；②算法实现电路模块的设计；③片上系统/嵌入式系统/现代DSP系统的设计。从EDA技术的综合应用系统的最终主要硬件构成来分，已出现6种形式：①CPLD/FPGA系统；②CPLD/FPGA+MCU系统；③CPLD/FPGA+专用DSP处理器系统；④基于FPGA实现的现代DSP系统；⑤基于FPGA实现的SOC片上系统；⑥基于FPGA实现的嵌入式系统。从EDA技术的综合应用系统的完善层次来分，可分为3个层次：①EDA综合系统主体电路的设计、仿真及硬件验证；②EDA综合系统主体电路的设计、仿真、硬件验证+系统外围电路PCB的设计与制作；③EDA综合系统主体电路的设计、仿真、硬件验证+系统整体电路PCB的设计与制作及系统的组装、调试。对于EDA技术的学习，我认为不能只站在一门课程的角度上去学习，而应站在如何真正掌握这一技术的角度去学习。对于具备一定EDA技术基础的人来说，如何提高自己的实际应用能力，将EDA技术应用到各自的专业领域，解决实际问题，这才是他们所关心和急于解决的。提高自己的EDA技术的综合应用能力，不可能一蹴而就，而应不断实践，不断总结。提高EDA技术综合应用能力的比较快速而有效的办法就是按照阅读借鉴→消化吸收→改进创新的步骤去不断学习和实践。所谓阅读借鉴，就是通过阅读许多实际设计实例来借鉴别人的设计思想；所谓消化吸收，就是通过反复阅读许多实际设计实例，在真正看懂别人的设计思想的基础上自己进行模仿实践，领会其设计思想的实质；所谓改进创新，就是在模仿实践的基础上，根据自己的领会提出改进的方案或独立地提出新的设计方案，不断地实践与完善，直到达到理想的设计要求为止。作为三步学习实践法的起点，就是通过阅读许多实际设计实例来借鉴别人的设计思想。而作为现代电子设计最新技术的综合体现的EDA技术，由于在我国进行教育和研究只有几年的历史，因此有关EDA技术综合应用的书籍和资料太少，即使有也是零星的、分散的，一些与实践有关的问题，往往是点到为止，可操作性比较差。因此，EDA技术的深化教育和EDA技术的广泛应用，亟需EDA技术的综合应用方面的图书。本次设计报告，内容非常的有限，仅供我们在以后的学习中参考！2目录一、系统设计要求:………………………………………………………………4二、系统设计方案：……………………………………………………6三、主要VHDL源程序:…………………………………………12四、系统仿真:………………………………………………………21五、设计技巧分析:……………………………………………………………23参考文献:…………………………………………………………………233一、系统设计要求根据某车载移动DVD产品机械操作分析结果的要求，具体设计如下：1.OPEN_CLOSE操作：当系统测试到有一个OPEN_CLOSE高电平信号时，系统就驱动马达1(MOTOR11端)，显示屏从机盒内伸出，距离为142mm，时间为3s。水平移动到指定位置后，关断马达信号MOTOR11。2.自测向上翻转操作(此操作只在正常开机或关机时使用)：开机时显示屏从机内伸出，到达指定位置，从传感器SENSOR1返回一信号，则开通信号MOTOR21，马达运行时间为3s，向上翻转110°，从传感器SENSOR2返回的信号表明到达指定位置，切断MOTOR21信号。开机过程完成。3.关机操作：当OPEN_CLOSE为低电平时，系统通过相应的处理模块检测到显示屏所在位置，然后做出相应对策。向下翻转至水平位置后，水平缩进机内。4.角度调整与水平位置调整操作(TILT调节操作)：如果TILT信号为高电平，系统先测试其为高电平的时间宽度。若为2s时，则调节水平位置，共三个位置，相邻位置间隔为1.5cm；若小于2s时，则调节角度，共三个角度调节位置，相邻角度大小为15°。5.异常情况处理(异常情况就是在某一运行过程，由于人为地阻止显示屏的正常移动，从而造成长时间的马达过载异常)：由实际情况进行判断，如果是异常情况，则关断马达信号并报警出错；等待OPEN_CLOSE低电平的到来，然后返回机盒内。6.位置识别、异常情况判断、状态显示、时间显示：在系统对马达进行驱动控制时，都要进行位置识别、异常情况判断，并把检测到的信号通过状态显示模块处理输出。在每一运行过程，输出模块均把此时的时间显示出，最小时间单位为1s。根据以上各种操作及要求，我们可得到各种操作的状态转换图如图1所示，系统的有关控制时序如图2和图3所示。4图1各种操作的状态转换图5图2行走(142mm－3s)与翻转(120°－3s)控制时序图图3角度调整和水平位置调整控制时序图图2和图3中的信号说明如下：OPEN/CLOSE：外部开关操作输入信号；TILT：角度调整和水平位置调整信号输入端；P00/IC2.6，P01/IC2.5，P02/IC1.6，P03/IC1.5：驱动信号，高电平有效；M1.1，M1.2：行走马达控制信号，高电平有效，电压为9V；M2.1，M2.2：翻转马达控制信号，高电平有效，电压为9V；Sensor1，Sensor2：分别为行走马达和翻转马达的返回电压信号，系模拟信号。二、系统设计方案1.系统的总体结构设计根据系统的设计要求，我们可得到移动DVD位控系统DVDWKXT的输入和输出接口如图10.4所示。图中的信号说明如下：CLKIN：外部时钟端输入，8MHz晶振；6OPEN_CLOSE：外部开关操作输入电平信号；TILT：外部输入位置调节信号；DATA：8位传感器返回数据；ADCABC00：传感器通道选择信号输出；ADCCLK：模拟转换器的时钟信号；EOC,OP,READ,WRITE：ADC0809的控制信号；MOTOR11_OUT,MOTOR12_OUT,MOTOR21_OUT,MOTOR22_OUT：驱动马达控制信号；DS_TIME,DS_UNIT：时间及单位输出信号；ERROR00,GOOD00：异常，正常输出信号；V_POS1,V_POS2,V_POS3：水平位置输出信号；H_POS1,H_POS2,H_POS3：角度位置输出信号。根据实际要求，上面的各个信号输出为TTL标准电平，输出电流约为5～10mA。图4DVDWKXT的输入和输出接口图经过对系统的设计要求进行分析，我们可将整个系统分为7个模块：分频模块FINI、OPEN_CLOSE操作模块OPEN_OP、TILT操作模块TILT_OP、位置判断模块POS_DIFF、异常判断及处理模块ABN_DIFF、判断输出模块OUTPUT、时间及位置显示模块DISPLAY。整个系统的组成框图如图5(略）（该图大家可以根据所给模块程序自行画出）所示。2.系统内各模块的设计分频模块FINI：其功能为对外部输入时钟进行分频，得到周期为1.5ms计数器，并根据反馈信号TIME_S对计时器进行清零。其输入输出接口如图6所示，7图中的CLKIN为外部时钟输入，TIME_S为定时器清零信号。图6分频模块FINI输入输出接口图OPEN_CLOSE操作模块OPEN_OP：其功能为根据反馈的数据和相关的信号，做出具体的马达控制输出。其输入输出接口如图7所示，图中的信号TILT_BCD、TILT_FGH为从TILT模块返回的控制信号，TIME_S是内部计时器的清零信号，ERROR0为异常警告信号。图10.7OPEN_CLOSE操作模块OPEN_OP输入输出接口图TILT操作模块TILT_OP：其功能为根据反馈的数据和相应的信号，做出具体的马达控制输出。其输入输出接口如图8所示，图中的信号TILT_BCD0、TILT_FGH0为小范围内调整控制信号，ADCABCP5是ADC0809通道选通信号。8图8TILT操作模块TILT_OP输入输出接口图位置判断模块POS_DIFF：其功能为对每个周期内的移动显示屏的位置进行判断，并把信号输出。其输入输出接口如图9所示，图中的VPA、VPB、VPC、VPD、HPE、HPF、HPG、HPH、VPAB、VPBC、VPCD、HPEF、HPFG、HPGH为输出位信号。异常判断及处理模块ABN_DIFF：其功能为在每一个周期内对系统的运行异常情况判断，并把信号输出。针对不同的位置，在相应的操作里，设定的时间内，如没有到达规定的位置，则判断为异常，并关断马达的运行。其输入输出接口如图10所示。图9位置判断模块POS_DIFF输入输出接口图9图10异常判断及处理模块ABN_DIFF输输出接口图判断输出模块OUTPUT：其功能为根据以上模块的各判断输出信号，进行再次判断，并输出到外部。由以上模块进行操作，得到不同的信号，从而进行输出控制；主要是针对模拟通道的选择，以及对马达1和马达2的控制。其输入输出接口如图11所示。图11判断输出模块OUTPUT输入输出接口图时间及位置显示模块DISPLAY：其功能为对外显示每一移动过程所用时间。其10输入输出接口如图12所示，图中的DS_TIME、DS_UNIT为输出时间及时间单位。由于输出为TTL标准电平，因此外部需要附加七段码驱动芯片，本设计拟用74ALS244。图12时间及位置显示模块DISPLAY输入输出接口图三、主要VHDL源程序--DVDWKXT.VHDLIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;--定义一个实体ENTITYDVDWKXTISPORT(CLKIN:INSTD_LOGIC;--外部时钟输入端OPEN_CLOSE,TILT:INSTD_LOGIC;DATA:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);--传感器返回位置数据ADCABC00:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);--选择模拟转换通道ADCCLK:OUTSTD_LOGIC;EOC,READ,WRITE,OP:OUTSTD_LOGIC;--ADC0809控制端MOTOR11_OUT,MOTOR12_OUT:OUTSTD_LOGIC;--马达TTL电平控制端MOTOR21_OUT,MOTOR22_OUT:OUTSTD_LOGIC;--马达TTL电平控制端DS_TIME,DS_UNIT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);--显示时间ERROR00,GOOD00:OUTSTD_LOGIC;--异常情况输出端V_POS1,V_POS2,V_POS3:OUTSTD_LOGIC;--水平位置信号H_POS1,H_POS2,H_POS3:OUTSTD_LOGIC);--翻转角度信号11ENDENTITYDVDWKXT;ARCHITECTUREARTOFDVDWKXTISSIGNALCOUNT:STD_LOGIC_VECTOR(16DOWNTO0);--分频SIGNALTIME00:STD_LOGIC_VECTOR(12DOWNTO0);--计数器SIGNALV_POSTIONP2,H_POSTIONP2:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);SIGNALV_POSTIONP3,H_POSTIONP3:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);SIGNALV_POSTIONP4,H_POSTIONP4:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);SIGNALV_POSTIONP5,H_POSTIONP5:STD_LOGIC_VEC