EDA彩灯控制器的设计.docx
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EDA彩灯控制器的设计.docx
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EDA彩灯控制器的设计
电子设计自动化
大作业
题目彩灯控制器
学院控制科学与工程学院
班级
姓名
学号
0一一年十一月六日
、摘要,”,,”,,”,3
1.1引言,,,,,,,,,,3
二、总体设计,,,,,,,,,,4
2.1设计背景,,,,,,,,4
22设计要求,,,,,,,,4
2.3设计思路,,,,,,,,5
三、单元模块设计,,,,,,,,5
3.1设计方框流程图,,,,,5
3.2模块设计,,,,,,,,7
3.2.1时序控制电路模块,7
3.2.2显示模块电路,,,9
3.2.3顶出模块,,,,,11
四、彩灯控制器整体组装,,,,,13
4.1组装电路原理图,,,,,13
4.2仿真波形及结果,,,,,14
五、实验总结15
、摘要
本课题主要是基于可编程逻辑器件,使用硬件描述语言
VHDL采用“自顶而下”的设计方法,完成一个彩灯控制器的设计,并且使用QuartusII仿真软件来仿真结果。
本文先对彩灯控制器的整体框图和原理做简单的说明,对彩灯控制器分模块说明和分析,而后将各个模块组装实现彩灯的花型控制,最后探讨VHDL语言的描述和仿真结果。
1.1引言
当今社会是数字化的社会,也是数字集成电路广泛应用的社会,数字本身在不断的进行更新换代。
它由早起的电子管、晶体管、小中规模集成电路发展到超大规模集成电路以及许多具有特定功能的专用集成电路。
而EDA技术就是以微
电子技术为物理层面,现代电子设计为灵魂,计算机软件技术为手段,最终形成集成电子系统或专用集成电路ASIC为目的的一门新兴技术。
VHDL是一种应用较为广泛的HDL语言,能对范围广泛的各种复杂的网络在不同的抽象级加以描述,而且在整个设计过程中可使用同一种语言。
采用VHDL作为HDL综合设计的
优点有:
标准语言,即设计者可在不同环境下进行设计;仿
真和综合均可采用同一种语言进行;
VHDL中提供的大量的资
源模块,简化了设计者的开发工作;由
VHDL描述的源文件
既是程序文件又可作为设计的文档。
二、总体设计
2.1设计背景
在经济和商业高度发达的今天,
彩灯已经成为人民日常
生活不可或缺的一部分,已经逐渐为越来越多的人们所关注,在家庭中的普及率不断提高,大大的丰富和点缀了人民的生活。
彩灯由不同的颜色的LED灯组成,通过控制不同颜色的灯的亮与灭,呈现给人们不同的花塑和图案,极大的点缀了单调的都市夜景,让城市成为了多姿多彩的不夜城。
2.2设计要求
设计能让一排彩灯(8只)自动改变显示花样的控制系统,发光二极管可作为彩灯用。
控制器应该有两种控制方式:
(1)、彩灯的循环变化有快慢两种节奏,彩灯能够循环变化,而且有清零的功能。
(2)、设计彩灯的花型显示为四种。
2.3设计思路
设计一个彩灯控制器,可以实现四种花型循环的变化,即应该有复位开关,用状态机来控制实现。
用分频器来控制实现调速按钮,高电平变化快,低电平变化慢,还要配备清零按钮。
次彩灯控制系统设定有四种花样变化,这四种花样可以循环变化显示。
根据上述的情况来分配任务,即elk表示时钟信号,
seimode来控制复位清零信号,rst来表示分频,即控制快慢变化。
将本次设计的主控电路分为两个模块,分别为时序控制电路模块和显示模块。
时序控制电路是根据输入信号的
设置得到相应的输出信号,并且将此信号作为显示电路的时
钟信号;显示电路输入时钟信号的周期有规律的输出设定的四种彩灯变化花型。
三、单元模块设计
3.1设计方框流程图备注:
其中分频器模块是实现变化节拍的电路,而状态变化产生电路同时有循环的功能以及花型变化的功能,显示电路只是现实8个LED灯的变化情况。
设计方框示意图:
LED30
elk
led(?
-□)
rst
整眸框图显示
备注:
CLK_IN是分频器和状态机的时钟输入,CLK-OUT是端
口输出电平,RST为端口输入电平,当RST输入为高电平有效时,CLK_OUT端口输出信号为清零,当RST输入为低电平时,CLK_IN通过分频后从CLK_OUT输出,分别可调节为0.5
秒和0.x秒的频率。
即设计的彩灯控制器总有三个输入信号
和八个输出信号,在仿真里采用芯片EP3C16Q240C来实现,端口的定义为:
CLK:
PIN_181;
RST:
PIN_183;
SELMODE:
PIN_185;
LED(0-7):
PIN_202,207,216,218
:
PIN_220,222,224,230
3.2模块设计
3.2.1时序控制模块:
CLK为输入时钟信号,电路在时
钟上升沿变化:
selmode为复位清零信号,高电平有效,一
旦有效时,电路无条件的回到初始状态;rst为频率的快慢选择信号,低电平节奏快,高电平节奏慢;clkout为输出时钟信号。
时序控制电路模块的程序为:
libraryieee;
--定义实体
useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityshixukongzhiisport(
clk:
instd_logic;--时钟信号
selmode:
instd_logic;--复位信号
rst:
instd_logic;--快慢控制信号
clkout:
outstd_logic--输出时钟信号
);
endshixukongzhi;
architecturefengpingofshixukongzhiissignalclk_tmp:
std_logic;
signalcounter:
std_logic_vector(1downto0);--计数器
begin
process(clk,selmode,rst)
begin
ifselmode='1'then--清零
clk_tmp<='0';
counter<="00";
elsifclk'eventandclk='1'then
ifrst='0'then--四分频,快节奏
ifcounter="01"then
counter<="00";clk_tmp<=notclk_tmp;
else
counter<=counter+'1';
endif;
else--八分频,慢节奏
ifcounter="11"then
counter<="00";
clk_tmpv=notclk_tmp;
else
counter<=counter+'1';
endif;
endif;
endif;
endprocess;
clkout<=clk_tmp;--输出分频后的信号
endfengping
时序控制模块的框架图:
shiKukongzhi
elk
clkout
£«lmiode
Tgt
3.2.2显示模块电路程序:
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
entityxianshiis
port(
clk:
instd_logic;--输入时钟信号
selmode:
instd_logic;--复位信号
led:
outstd_logic_vector(7downto0));--8个彩灯输出
endxianshi;
architecturefengpingofxsis
typestatesis--状态机可以实现的四种花型
(s0,s1,s2,s3);
signalstate:
states;
begin
process(clk,selmode)
begin
ifselmode='1'then
state<=s0;led<="00000000";
elsifclk'eventandclk='1'then--状态机实现花型的转换casestateis
whens0=>
state<=s1;
whens1=>state<=s2;led<="01010101";
whens2=>state<=s3;led<="10101010";
whens3=>state<=s4;led<="10001000";endcase;endif;
endprocess;
endfengping;
3.2.3顶出模块的设计程序libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;entitydingchuisport(
clk:
instd_logic;
selmode:
instd_logic;rst:
instd_logic;
led:
outstd_logic_vector(7downto0));
enddingchu;
architecturefengpingofdingchuis
componentshixukongzhiis--定义元件:
时序控制电路
port(
clk:
instd_logic;selmode:
instd_logic;rst:
instd_logic;
clkout:
outstd_logic);endcomponentshixukongzhi;
componentxianshiis--定义元件:
显示电路
port(
clk:
instd_logic;selmode:
instd_logic;
led:
outstd_logic_vector(7downto0));
endcomponentxianshi;
signalclk_tmp:
std_logic;begin
u1:
shixukongzhiportmap(clk,selmode,rst,clk_tmp);
u2:
xianshiportmap(clk_tmp,selmode,led);
endfengping;
顶出模块框架图
elk
四、彩灯控制器整体组装
得
4.2仿真波形及结果
时序控制模块仿真波形:
从图中可以看出,当复位信号为高电平时,电路时钟输
出清零,当快慢信号rst为低电平时,时序控制电路四分频
起作用,当快慢信号rst为高电平时,时序控制电路八分频
起作用,仿真结果符合电路要求。
显示模块仿真波形:
0
nhdk
1
L
L
—
衬1聊
1
时威
0
L
1
0
1
0
1,
-t^ledl
1
0
当复位信号有效时彩灯的输出为零,而,显示电路的四
种花型在不同的状态间转换,并且是循环的显示彩灯控制仿真波形图为:
ipt
if
4elk
$led?
■let£
』Ied4
le£
A诚
>酬
aledD
1/|Ks.u2|kd
从图中可以看出rst为高电平的时候彩灯状态转换为慢,当rst为低电平的时候,彩灯的状态转换为快,当复位信号有效时,所有的输出全部清零。
五、实验总结
通过本次实验的学习和实践,我对DEA这门课程有了感性的认识,并且对仿真软件QuartusII有了深刻的了解和学会运用软件建立工程仿真实验,对硬件描述语言VHDL有了较为基础的了解和认识,深刻体会到该语言方面的设计在生活中应用范围之广泛。
经过本次作业,我体会到设计对设计人员的基本要求:
掌握最基本的知识并且学会灵活运用这些基本知识,大胆创新敢于实践,遵守相关的游戏规则,运用谨慎全面的逻辑思维思考问题、解决问题。
具体而言,对VHDL语言的掌握程
度更加的深刻,虽不能独立的设计复杂的产品,但对整个流程有了一定的了解,为以后的工作打下了基础,积累了经验。
本次课程不仅是对基础知识的提升,更是对思维方式的扩展有了相当的帮助,我相信知识是在不断的更新,但从本课程学到的思维方式却是对以后的发展大有裨益。
在此,感谢XXX老师的授课和指导。
2011
年11月6日
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- EDA 彩灯 控制器 设计