EDA彩灯控制器课程设计.doc

1、彩灯课程设计第 1 页 共 14 页目录第一章 绪论 11.1 系统背景 .11.2 课程设计的主要内容和任务以及要达到的目标 .2第二章 系统电路设计 22.1 系统总体设计框架结构 22.1 系统硬件 3第三章 系统软件设计 43.1 方案原理 43.2 模块设计 43.3 总体模块设计 6第四章 实验结果和分析 74.1 实验仿真结果 7结束语 8附录 10彩灯课程设计第 2 页 共 14 页第一章 绪论1.1 系统背景20 世 纪 90 年 代 ， 国 际 上 电 子 和 计 算 机 技 术 较 先 进 的 国 家 ， 一 直 在 积 极探 索 新 的 电 子 电 路 设 计 方 法

2、， 并 在 设 计 方 法 、 工 具 等 方 面 进 行 了 彻 底 的 变 革 ，取 得 了 巨 大 成 功 。 在 电 子 技 术 设 计 领 域 ， 可 编 程 逻 辑 器 件 （ 如CPLD、 FPGA） 的 应 用 ， 已 得 到 广 泛 的 普 及 ， 这 些 器 件 为 数 字 系 统 的 设 计 带来 了 极 大 的 灵 活 性 。 这 些 器 件 可 以 通 过 软 件 编 程 而 对 其 硬 件 结 构 和 工 作 方 式进 行 重 构 ， 从 而 使 得 硬 件 的 设 计 可 以 如 同 软 件 设 计 那 样 方 便 快 捷 。 这 一 切 极大 地 改 变 了 传

3、 统 的 数 字 系 统 设 计 方 法 、 设 计 过 程 和 设 计 观 念 ， 促 进 了 EDA技 术 的 迅 速 发 展 。 EDA 技 术 就 是 以 计 算 机 为 工 具 ， 设 计 者 在 EDA 软 件 平 台 上 ， 用 硬 件 描 述语 言 VHDL 完 成 设 计 文 件 ， 然 后 由 计 算 机 自 动 地 完 成 逻 辑 编 译 、 化 简 、 分 割 、综 合 、 优 化 、 布 局 、 布 线 和 仿 真 ， 直 至 对 于 特 定 目 标 芯 片 的 适 配 编 译 、 逻 辑映 射 和 编 程 下 载 等 工 作 。 EDA 技 术 的 出 现 ， 极

4、大 地 提 高 了 电 路 设 计 的 效 率 和可 操 作 性 ， 减 轻 了 设 计 者 的 劳 动 强 度 。 利 用 EDA 工 具 ， 电 子 设 计 师 可 以 从 概 念 、 算 法 、 协 议 等 开 始 设 计 电 子系 统 ， 大 量 工 作 可 以 通 过 计 算 机 完 成 ， 并 可 以 将 电 子 产 品 从 电 路 设 计 、 性 能分 析 到 设 计 出 IC 版 图 或 PCB 版 图 的 整 个 过 程 的 计 算 机 上 自 动 处 理 完 成 。 现 在 对 EDA 的 概 念 或 范 畴 用 得 很 宽 。 包 括 在 机 械 、 电 子 、 通 信

5、、 航 空 航天 、 化 工 、 矿 产 、 生 物 、 医 学 、 军 事 等 各 个 领 域 ， 都 有 EDA 的 应 用 。 目 前EDA 技 术 已 在 各 大 公 司 、 企 事 业 单 位 和 科 研 教 学 部 门 广 泛 使 用 。 例 如 在 飞 机制 造 过 程 中 ， 从 设 计 、 性 能 测 试 及 特 性 分 析 直 到 飞 行 模 拟 ， 都 可 能 涉 及 到EDA 技 术 。1.2 课程设计的主要内容和任务以及要达到的目标（ 1） 主 要 内 容 和 任 务 完 成 彩 灯 控 制 系 统 的 设 计 与 制 作 ， 在 计 算 机 上 用 MAX+plus

6、 仿 真 后 要彩灯课程设计第 3 页 共 14 页能 在 实 验 箱 上 实 现 ， 熟悉可编程逻辑器件的使用，学 会 自 己 烧 程 序 并 应 用 于实 践 。（ 2） 目 标设 计 一 个 彩 灯 控 制 器 ， 具 有 3种 花 样 的 变 化 ， 最 后 一 次 是 将 前 三 种 的 循 环 。并 且 具 有 四 种 频 率 的 变 化 。 整个系统有三个输入信号，分别为音频输入脉冲信号clk2,复位清零信号CLR,彩灯输入控制脉冲clk1。最后按照FPGA的开发流程和VHDL语言建模、仿真、综合、下载、适配，用EDA6000实验箱上的FPGA系统实现了相应的功能。第二章 系统电

7、路设计2.1 系统总体设计框架结构分频器 四选一 48进制计数器 显示模块图 2-1 系统框图2.1 系统硬件该 系 统 使 用 的 是 ACEX1K-EP1K30TC144-3 芯 片 。 其 具 体 的 电 路 如 下 ： 彩灯课程设计第 4 页 共 14 页图 2-2 系统的硬件图 第三章 系统软件设计3.1 方案原理彩灯设计总体采用分模块的方法来完成，包括分频器、4 选 1 选择器、48进制计数器、彩灯控制器四大部分。其中彩灯控制器是用来控制 16 个 LED，使其呈现出不同的花型，而彩灯控制器的输出则是由 48 进制计数器来控制。通过一个集成分频器来将输入的频率分成几种不同的频率，然

8、后通过一个四选一选择器择性不同频率，从而实现彩灯不同的速率。通过一个显示模块来显示不同的花样，该模块的使能端实现四种状态的切换显示。3.2 模块设计（1）集成分频器模块 设计分频器来用不同的频率控制不同的彩灯速率输出。模块说明：通过分频器可以实现不同频率的转换，clk 为输入信号，clk_out_1hz,clk_out_2hz,clk_out_4hz 为输出信号，还有一个信号为系统时彩灯课程设计第 5 页 共 14 页钟（2）4 选 1 选择器模块通过一个使能端来控制不同的状态，状态用 A,B,C,D 表示。彩灯课程设计第 6 页 共 14 页（3）48 进制计数器模块48 进制模块用来控制彩

9、灯输出模块来控制彩灯的显示模块，即当计数到 49时自动转到到第一种状态，实现循环控制，不然到 49 将停止。RST:系统清零信号，低电平有效Clk:输入信号 用来给模块提供工作频率CQ【50】:48 进制计数器的输出（4）彩灯显示模块灯控制模块用来直接控制彩灯的输出，使彩灯表现出不同的花样。通过使能端来实现不同状态的转换。彩灯课程设计第 7 页 共 14 页X50:不同的输入使彩灯控制模块有不同的输出即彩灯显示出不同的花样。K10: 即使能端，来控制不同状态的切换。Y150:输出信号 直接与彩灯相连来控制彩灯。3.3 总体模块设计整个系统就是各个分模块组成来实现最后的彩灯控制功能，用一个时钟为

10、分频器的输入来进行分频处理，通过四选一来切换不同频率，再通过显示模块显示第四章 实验结果和分析4.1 实验仿真结果（1）分频说明:该程序是将时钟进行二分频，将分频的信号再分频，就变成四分频了，彩灯课程设计第 8 页 共 14 页将四分频的信号再二分频就可以变八分频了（2）四选一（3）48 进制计数器(4) 显示模块说明：使能端控制的是四种状态的转换，第四种状态是前三种状态的循环。彩灯课程设计第 9 页 共 14 页结束语彩灯控制器 EDA 设计实验刚开始，拿着选定的题目不知如何入手。不过通过指导老师冯杰老师的说明与提示，心中才有了谱。将整个系统根据不同的功能化分成模块，再分别进行设计，逐个攻破

11、，最后再将其整合即可。通过这次课程设计，使我受益颇多。既巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了常用集成电路芯片的使用。在此基础上学习了数字系统设计的基本思想和方法，学会了科学地分析实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题。同时，也培养了我认真严谨的工作作风。只有这样才能有实质的进步，还有要和同学共同讨论，解决各种困难，在困难中你能了解更多的非课本的知识，还能再找错误的同时锻炼你的观察力，所以我知道了很多器件的作用，并了解到什么样的现象是哪块的电路出现了错误，小小的成功给了我很大的动力，也感受到探索的乐趣。 彩灯课程设计第 10 页 共 14 页附录（1）分频程序LI

12、BRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY fenping ISPORT( clk: IN STD_LOGIC;clk_out_1hz,clk_out_2hz,clk_out_4hz: OUT STD_LOGIC );END fenping; ARCHITECTURE a OF fenping ISsignal full1,full2,full3:STD_LOGIC;begin p_a:process(clk)beginif clkevent and clk=1 then full3 y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y=“1111111111111111“ ;END CASE ;end if;end process;END;