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课程设计:彩灯控制器设计.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.18M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    课程设计:彩灯控制器设计 班级:电科 200501 姓名:周彦杰 学号:200522340103 一、引言 在计算机技术的推动下，20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展，现代电子产品 几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提 高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。 EDA（Electronic Design Automation）技术作为现代电子设计技术的核心，它依 赖功能强大的计算机，在 EDA 工具软件平台上，对以硬件描述语言 HDL 为系统逻辑描述 手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综 合（布局布线），以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。EDA 技术使得设计者的工作仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言和 EDA 软件来完成 对系统硬件功能的实现。电子 EDA 技术发展迅猛，逐渐在教学、科研、产品设计与制造 等各方面都发挥着巨大的作用。进入 21 世纪后，电子技术全方位纳入 EDA 领域，EDA 使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容。随着科技的进步，电子产品的日 新月异，EDA 技术作为电子产品开发研制的源动力，已成为现代电子设计的核心。所以 发展 EDA 技术将是电子设计领域和电子产业界的一场重大的技术革命，特别是 EDA 技术 在我国尚未普及，掌握和普及这一全新技术，将对我国电子技术的发展具有深远的意义。 二、硬件电路设计 （1）总电路框图 根 据 电 路 框 图 设 计 彩 灯控制器，要求彩灯的 亮 灭 情 况 至 少 实 现 两 种效果。
    （2）分频电路设计 ①设计分频电路的原因： 因为此次课题设计所给的时钟信号频率为 1MHz,频率太高，由于人的眼睛的视觉暂 留的缘故，无法观察到彩灯亮灭的动态效果，所以要将 1MHz 时钟信号变为 1Hz 的时钟 信号。 ② VHDL 描述 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY FENPIN IS PORT (CLK,RET: IN STD_LOGIC; Q : OUT STD_LOGIC); END FENPIN; ARCHITECTURE A OF FENPIN IS SIGNAL COUT : STD_LOGIC; BEGIN PROCESS(CLK) VARIABLE CQ : INTEGER RANGE 0 TO 999999; BEGIN IF RET='1' THEN CQ:=0; ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN IF CQ <500000 THEN CQ := CQ+1; ELSE CQ := 0; COUT <= NOT COUT; END IF; END IF; IF COUT='0' THEN Q<='0'; ELSE Q<='1'; END IF; END PROCESS;
    END A; ③波形仿真 由于 1000000 个时钟信号太多，不便于仿真，在这里以 100 个时钟信号为例进行仿真。 CQ 对时钟信号进行计数，在计数还没到达 50 个时，Q 输出为低电平。 当 CQ 计数到达 50 个之后，Q 输出变为高电平，CQ 重新计数 当 CQ 计数又到达 50 个之后，Q 输出变为低电平，CQ 又重新计数 （3）控制 16 彩灯，实现三种效果电路设计 ① 此设计可以实现三种效果： 先是从右至左第一个彩灯亮（其他全灭），接着第二个彩灯亮（其他全灭），直至第 十六个彩灯亮（其他全灭）；然后是最两端的两个彩灯亮，接着是次两端的两个彩灯也 亮起来，直至十六个彩灯全部亮；再是十六彩灯全灭，接着是最中间的两个彩灯亮（其 他全灭），接着次中间的两个彩灯也亮起来，直至到最两端的彩灯灭其他的全亮。三种 效果完成，接着又从第一种效果开始，循环反复。 ② VHDL 描述 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
    ENTITY asm_led IS PORT( CLK,RET,EN:IN STD_LOGIC; LED:OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0)); END asm_led; ARCHITECTURE a OF asm_led IS SIGNAL NUM:INTEGER RANGE 31 DOWNTO 0; BEGIN PROCESS(CLK) BEGIN IF RET='1' THEN NUM<=0; ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN IF EN='1' THEN IF NUM<=31 THEN NUM<=NUM+1; ELSE NUM<=0; END IF; END IF; END IF; END PROCESS; PROCESS(NUM) BEGIN CASE NUM IS WHEN 0=>LED<="1111111111111110"; WHEN 1=>LED<="1111111111111101"; WHEN 2=>LED<="1111111111111011"; WHEN 3=>LED<="1111111111110111"; WHEN 4=>LED<="1111111111101111"; WHEN 5=>LED<="1111111111011111"; WHEN 6=>LED<="1111111110111111"; WHEN 7=>LED<="1111111101111111"; WHEN 8=>LED<="1111111011111111"; WHEN 9=>LED<="1111110111111111"; WHEN 10=>LED<="1111101111111111"; WHEN 11=>LED<="1111011111111111"; WHEN 12=>LED<="1110111111111111"; WHEN 13=>LED<="1101111111111111"; WHEN 14=>LED<="1011111111111111"; WHEN 15=>LED<="0111111111111111"; WHEN 16=>LED<="0111111111111110"; WHEN 17=>LED<="0011111111111100";
    WHEN 18=>LED<="0001111111111000"; WHEN 19=>LED<="0000111111110000"; WHEN 20=>LED<="0000011111100000"; WHEN 21=>LED<="0000001111000000"; WHEN 22=>LED<="0000000110000000"; WHEN 23=>LED<="0000000000000000"; WHEN 24=>LED<="1111111111111111"; WHEN 25=>LED<="1111111001111111"; WHEN 26=>LED<="1111110000111111"; WHEN 27=>LED<="1111100000011111"; WHEN 28=>LED<="1111000000001111"; WHEN 29=>LED<="1110000000000111"; WHEN 30=>LED<="1100000000000011"; WHEN 31=>LED<="1000000000000001"; WHEN OTHERS=>NULL;--0 代表彩灯亮，1 代表彩灯灭. END CASE; END PROCESS; END a; ③波形仿真 从 LED 的输出可看出仿真可以实现彩灯所设计的效果，即：从右至左第一个彩灯亮 （其他全灭），接着第二个彩灯亮（其他全灭）等。 从 NUM 可以看出可以实现 0—10 的 11 种情况。
    从 NUM 可以看出可以实现 11—22 的 12 种情况。 从 NUM 可以看出可以实现 23—31 的 9 种情况，且进入了下一次的循环。 综合以上仿真结果可以看出，该块设计基本上是正确的，可以实现预期的效果，即如 前所述的三种效果。 三、原理图设计及仿真与测试 ①原理图设计 将前面设计的电路连接起来，完成原理图的设计： ②仿真与测试 在 100 个时钟信号的基础上进行的仿真 实现效果：最右端彩灯亮，其他彩灯全灭。
    实现效果：由最右端彩灯亮变为次右端彩灯亮。 实现效果：次右端彩灯亮，且时间持续为 100 个时钟脉冲。 实现效果：由最两端的四个彩灯灭变为最两端的两个彩灯灭。 实现效果：由最两端的两个彩灯灭变为最右端的彩灯亮（其他全灭），即完成了一次 循环。 四、小结 在做此次课题设计时，通过上网查询和查阅资料，我发现 EDA 是一门非常重要且非 常有用的课程，可以利用硬件描述语言和 EDA 软件来完成对系统硬件功能的实现。我觉 得 EDA 技术将会对我国电子技术的发展产生深远的影响。 在设计分频电路时开始想通过利用 1000 进制计数器来完成，经与同学讨论和仔细 思考之后发现上面我所利用的设计方法更为简单。同时，在设计彩灯控制电路时一开始 考虑的是用状态机来实现各种效果之间的切换，后来发现用 CASE 语句更为简单。看来， 只有认真的思考才能做到精益求精，但由于时间比较紧，所以本着简洁的原则完成了此 次课题设计，此课题也许还有更好的方法，还有待向同学学习和讨论以及向老师请教和 查阅资料。
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