基于VHDL节日彩灯控制系统设计

分类号密级UDC毕业设计基于VHDL的节日彩灯控制系统设计学生姓名王子正学号200802305432指导教师王学玲系（中心）信息工程系专业电子信息工程年级2008级论文答辩日期2012年5月17日青岛工学院基于VHDL的节日彩灯控制系统设计完成日期指导教师签字答辩小组成员签字I基于VHDL的节日彩灯控制系统设计摘要随着科学技术的发展,在现代生活中,节日彩灯作为一种景观装饰被应用的领域越来越广泛。随着电子技术的发展，应用系统向着小型化、快速化、大容量、重量轻的方向发展，EDA技术的应用引起电子产品及系统开发的革命性变革。VHDL语言作为可编程逻辑器件的标准语言描述能力强，覆盖面广，抽象能力强，在实际应用中越来越广泛，也使人们可以从繁重的设计工作中解脱出来，提高设计效率，缩短产品研发周期。整个过程通过EDA工具自动完成，大大减轻了设计人员的工作强度，提高了设计质量，减少了出错的机会。本次设计采用了自顶向下的设计方法，即从系统总体要求出发，自上至下地将设计任务分解为不同的功能模块，最后将各功能模块连接形成顶层模块，完成系统硬件的整体设计。本文阐述了基于EDA技术的多路彩灯控制器的设计与分析，并在QUARTUSII环境下采用VHDL语言实现，也得出了采用CPLD进行产品开发可以灵活地进行模块配置，大大缩短了产品开发周期，也有利于产品向小型化，集成化的方向发展。论述了基于VHDL语言和CPLD芯片的数字系统设计思想和实现过程。关键词EDA技术；VHDL语言；CPLD芯片；彩灯控制IIBASEDONVHDLFESTIVALLIGHTSCONTROLSYSTEMDESIGNABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFSCIENCEANDTECHNOLOGYINTHEMODERNLIFE,HOLIDAYLIGHTSASALANDSCAPEDECORATIONAPPLICATIONFIELDISMOREANDMOREWIDELYWITHTHEDEVELOPMENTOFELECTRONICTECHNOLOGY,APPLICATIONSYSTEMTOWARDMINIATURIZATION,QUICKLY,HIGHCAPACITY,LIGHTWEIGHTTHEDIRECTIONOFDEVELOPMENT,EDAANDAPPLICATIONOFTECHNOLOGYELECTRONICPRODUCTSANDSYSTEMDEVELOPMENTCAUSEDBYTHEREVOLUTIONARYTRANSFORMATIONVHDLASAPROGRAMMABLELOGICDEVICESSTANDARDLANGUAGEDESCRIPTION,ANDASTRONGABILITYOFCOVERAGE,ABSTRACT,ANDASTRONGABILITYINTHEACTUALAPPLICATIONOFMOREANDMOREWIDELY,ALSOMAKEPEOPLECANFROMHEAVYDESIGNWORKFREED,IMPROVETHEDESIGNEFFICIENCY,REDUCEPRODUCTDEVELOPMENTCYCLESTHEWHOLEPROCESSTHROUGHTHEEDATOOLSAUTOMATICALLY,GREATLYREDUCEDDESIGNPERSONNELWORKINGSTRENGTH,IMPROVETHEDESIGNQUALITYANDREDUCINGTHECHANCEOFERRORTHEDESIGNHASADOPTEDTHETOPDOWNDESIGNMETHOD,THATIS,FROMTHEDEMANDOFTHEWHOLESYSTEM,SINCETHEEARTHTODESIGNTASKDECOMPOSITIONFORDIFFERENTFUNCTIONMODULEANDWILLLASTTHEFUNCTIONMODULECONNECTEDTOTOPLEVELMODULE,COMPLETETHEINTEGRALDESIGNOFTHESYSTEMHARDWARETHISPAPEREXPOUNDSTHEWAYTECHNOLOGYBASEDONEDAMORELIGHTSCONTROLLERDESIGNANDANALYSIS,ANDINQUARTUSIIBYVHDLIMPLEMENTATIONENVIRONMENT,OUTTHECPLDFORPRODUCTDEVELOPMENTCANBEFLEXIBLETOMODULECONFIGURATION,GREATLYREDUCINGTHEPRODUCTDEVELOPMENTCYCLE,ALSOBEHELPFULFORPRODUCTSTOMINIATURIZATION,INTEGRATEDTHEDIRECTIONOFDEVELOPMENTBASEDONVHDLANDDISCUSSESTHECPLDDIGITALSYSTEMDESIGNTHOUGHTANDREALIZATIONPROCESSKEYWORDSEDAVHDLCPLDLIGHTSCONTROLIII目录1绪论111课题背景112EDA概述22设计内容和任务321功能描述322设计原理33具体设计过程531模块设计532时序控制电路设计833显示模块设计834顶层模块设计94系统的物理实现1041基于VHDL的系统实现10411时序控制模块仿真波形10412显示模块仿真波形11413多路彩灯控制仿真波形1242管脚连接对应表1243硬件实物图135总结15参考文献16致谢17附录18基于VHDL的节日彩灯控制系统设计11绪论11课题背景VHDLVERYHIGHSPEEDINTEGRATEDCIRCUITHARDWAREDESCRIPTIONLANGUAGE,超高速集成电路硬件描述语言诞生于1982年，是由美国国防部开发的一种快速设计电路的工具，目前已经成为IEEETHEINSTITUTEOFELECTRICALANDELECTRONICSENGINEERS的一种工业标准硬件描述语言。相比传统的电路系统的设计方法，VHDL具有多层次描述系统硬件功能的能力，支持自顶向下TOPTODOWN和基于库LIBRARYBASED的设计的特点，因此设计者可以不必了解硬件结构。从系统设计入手，在顶层进行系统方框图的划分和结构设计，在方框图一级用VHDL对电路的行为进行描述，并进行仿真和纠错，然后在系统一级进行验证，最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表，下载到具体的CPLD器件中去，从而实现可编程的专用集成电路（ASIC）的设计。用VHDL语言进行数字逻辑电路和数字系统的设计,是电子电路设计方法上的一次革命性变革3。与传统设计方法相比,VHDL描述电路行为的算法有很多优点1设计层次较高用于较复杂的计算时,能尽早发现存在的问题,缩短设计周期2独立实现,修改方便,系统硬件描述能力强3可读性好,有利于交流,适合于文档保存4VHDL语言标准、规范、移植性强随着科学技术的发展以及人民生活水平的提高,在现代生活中,彩灯作为一种装饰既可以增强人们的感观,起到广告宣传的作用,又可以增添节日气氛,为人们的生活增添亮丽6。用VHDL进行设计，首先应该理解，VHDL语言是一种全方位硬件描述语言，包括系统行为级，寄存器传输级和逻辑门级多个设计层次。应充分利用VHDL“自顶向下”的设计优点以及层次化的设计概念，层次概念对于设计复杂的数字系统是非常有用的。整个系统共有三个输入信号控制彩灯节奏快慢的基准时钟信号CLK_IN，系统清零信号CLR，彩灯节奏快慢选择开关CHOSE_KEY；共有16个输出信号LED150，分别用于控制十六路彩灯。据此，我们可将整个彩灯控制器CDKZQ分为两大部分时序控制电路SXKZ和显示控制电路XSKZ。当各个模块均完成上述操作之后，即可利MAXPLLUS2的原理图输入，调用各个元器件底层文件，以原理图的形式形成最后的十六路彩灯显示系统顶层文件，并且进行仿真。仿真通过，即可基于VHDL的节日彩灯控制系统设计2下载到指定的CPLD芯片里面，并进行实际连线，进行最后的硬件测试。当然，可以将各个模块所生成的元件符号存放在元件库中，以被其他人或其他的设计所重复调用，以简化后面的设计6。12EDA概述EDA是电子设计领域的一场革命,它源于计算机辅助设计（CAD，COMPUTERAIDEDDESIGN）、计算机辅助制造（CAM，COMPUTERAIDEDMADE）、计算机辅助测试（CAT，COMPUTERAIDEDTEST）和计算机辅助工程（CAE，COMPUTERAIDEDENGINEERING）。利用EDA工具,电子设计师从概念、算法、协议开始设计电子系统,从电路设计、性能分析直到IC版图或PCB版图生成的全过程均可在计算机上自动完成。EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向,其基本特征是设计人员以计算机为工具,按照自顶向下的设计方法,对整个系统进行方案设计和功能划分,由硬件描述语言完成系统行为级设计,利用先进的开发工具自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局布线（PAR，PLACEANDROUTE）、仿真及特定目标芯片的适配编译和编程下载,这被称为数字逻辑电路的高层次设计方法5。作为现代电子系统设计的主导技术,EDA具有两个明显特征即并行工程（CONCURRENTENGINEERING）设计和自顶向下（TOPDOWN）设计。其基本思想是从系统总体要求出发,分为行为描述（BEHAVIOURDESCRIPTION）、寄存器传输级（RTL，REGISTERTRANSFERLEVEL）描述、逻辑综合（LOGICSYNTHESIS）三个层次,将设计内容逐步细化,最后完成整体设计,这是一种全新的设计思想与设计理念1。基于VHDL的节日彩灯控制系统设计32设计内容和任务21功能描述随着科技日新月异的发展，在现代生活中，彩灯作为一种景观，安置在建筑物的适当地方一是作为装饰添加气氛，二是有一种广告宣传的作用对动态灯光实时控制的装置很多，如电脑编程4路彩灯控制器、CEC电脑彩灯控制器、EPROM程控编码彩灯控制器和计算机灯光控制系统。这些控制装置均运用计算机技术、电子技术和声光技术，对被控灯光系统按设定的变化方案进行亮、灭灯控制，形成各种灯光图案，有时还配以和谐的音乐，达到令人叹为观止的光、声、色的综合艺术效果。在电路中以1代表灯亮，以0代表灯灭，由0,1按不同的规律组合代表不同的灯光图案,同时使其选择不同的频率,从而实现多种图案多种频率的花样功能显示。在该电路中只需简单的修改程序就可以灵活地调整彩灯图案和变化方式。本次设计的十六路彩灯控制系统设定有十六种花样变化,这十六种花样可以进行自动切换。22设计原理用VHDL进行设计,首先应该了解,VHDL语言一种全方位硬件描述语言,包括系统行为级,寄存传输级和逻辑门级多个设计层次。应充分利用VHDL“自顶向下”的设计优点以及层次化的设计概层次概念对于设计复杂的数字系统是非常有用它使得人们可以从简单的单元入手,逐渐构成庞大而复杂的系统2。首先应进行系统模块的划分,规定每一模块的功能以及各个模块之间的接口。最终设计方案为以一个十六路彩灯花样控制器、一个四频率输出分频器,一个四选一控制器和一个时间选择器总共四部分来完成设计。四选一控制器从分频器选择不同频率的时钟信号输送到彩灯花样控制器,从而达到控制彩灯闪烁速度的快慢,时间选择器控制每种速度维持的时间长短。整个十六路彩灯控制系统设计的模块图如图所示。1设计一个多路彩灯控制器，十六种彩灯能循环变化，有清零开关，可以变化彩灯闪动频率即是可以选择快慢两种节拍。2整个系统有三个输入信号，分别为控制快慢的信号OPT,复位清零信号CLR,输出信号是16路彩灯输出状态。系统框图如基于VHDL的节日彩灯控制系统设计4图21系统总体框图3主要模块组成时序控制电路模块和显示电路模块，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十六种彩灯变化类型7。与其它硬件设计方法相比，用VHDL进行工程设计的优点是多方面的具有很强的行为描述能力，支持大规模设计的分解和已有设计的再利用，可读性好，易于修改和发现错误，可以使用仿真器对VHDL源代码进行仿真允许设计者不依赖于器件，容易发现设计中出现的问题，以便及时处理。实现了设计与工艺无关，可移植性好，上市时间快，成本低，ASIC移植等优点4。基于VHDL的节日彩灯控制系统设计53具体设计过程31模块设计时序控制模块CLK为输入时钟信号，电路在时钟上升沿变化；CLR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；OPT为频率快慢选择信号，低电平节奏快，高电平节奏慢；CLKOUT为输出信号，CLR有效时输出为零，否则，随OPT信号的变化而改变。我们假设时序控制电路所产生的控制时钟信号的快慢两种节奏分别为输入时钟信号频率的1/4和1/8，因而输出时钟控制信号可以通过对输入时钟的计数来获得。当OPT为低电平时，输出没经过两个时钟周期进行翻转，实现四分频的快节奏；当OPT为高电平时，输出每经过四个时钟周期进行翻转，实现把八分频的慢节奏。显示控制电路的模块框图如图所示，输入信号CLK和CLR的定义与时序控制电路一样，输入信号LED150能够循环输出16路彩灯16种不同状态的花型。对状态的所对应的彩灯输出花型定义如下S00000000000000000S10001000100010001S20010001000100010S30011001100110011S40100010001000100S50101010101010101S60110011001100110S70111011101110111S81000100010001000S91001100110011001S101010101010101010S111011101110111011S121100110011001100S131101110111011101S141110111011101110S151111111111111111多路彩灯在多种花型之间的转换可以通过状态机实现，当复位信号CLR有效时，彩灯恢复初始状态S0，否则，每个时钟周期，状态都将向下一个状态发生改变，并对应基于VHDL的节日彩灯控制系统设计6输出的花型，这里的时钟周期即时时序控制电路模块产生的输出信号，它根据OPT信号的不同取值得到两种快慢不同的时钟频率11。图31花型循环转变示意原理图基于VHDL的节日彩灯控制系统设计7循环彩灯的整体结构框图如下图所示图32循环彩灯整体结构图细化数据子系统结构的控制图如下图所示图33细化数据子系统结构控制图基于VHDL的节日彩灯控制系统设计832时序控制电路设计在时序逻辑电路中，任意时刻的输出不但和当前输入有关，还与系统的原先状态有关，即时序电路的当前输出由输入变量与电路原先的状态共同决定。而在组合逻辑电路中，任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关。因此为实现时序逻辑电路的设计目的，时序逻辑电路从某一状态进入下一状态时，必须首先设法“记住”原先的状态。故作为时序逻辑电路的基本特征，时序逻辑电路应具有“记忆”功能。因此在电路结构上，时序逻辑电路包含组合电路和存储电路两个组成部分，而存储电路必不可少。并且，在数字电路和计算机系统中，常用时序逻辑电路组成各种寄存器、存储器、计数器等，而触发器则是时序电路最常用的记忆元件10。图34时序控制原理图33显示模块设计一个针振电路、一个复位电路、一个AT89C52单片机作为控制电路，P口接上拉电阻。1单个LED显示单片机的P1口与8个发光二极管的阴极相连，发光二极管的阳极接5的电压源，通过对P1口的调节控制及其显示效果。2LED数码管显示P3的三个接口通过74HC139与数码管的片选端相连，控制显示的块，P1口与74HC245驱动芯片相连，实现对数码管的数值输入。31616点阵显示点阵的列由P3口的低四位与74HC154416译码器相连，通过改变P3口低四位的值来实现对点阵列的控制，P0口接74HC245驱动芯片，控制点阵上半部分点阵的行，P2口接74HC245驱动芯片，控制点阵下半部分的行，共同达到对1616点阵行显示的控制9基于VHDL的节日彩灯控制系统设计9图35显示模块器件图34顶层模块设计图36顶层模块原理图基于VHDL的节日彩灯控制系统设计104系统的物理实现41基于VHDL的系统实现其仿真波形如下411时序控制模块仿真波形图41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OPT为低电平时，时序控制电路四分频起作用，当快慢信号OPT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8。基于VHDL的节日彩灯控制系统设计11412显示模块仿真波形图42显示模块仿真波形当复位信号有效时彩灯输出为零，否则，显示电路在十六种不同状态间转换。基于VHDL的节日彩灯控制系统设计12413多路彩灯控制仿真波形图43多路彩灯控制仿真波形从图中可以看出当OPT为高电平时彩灯状态转换慢，为低电平时转换要快，当复位信号有效时，所用输出都清零。42管脚连接对应表图44管脚连接对应表基于VHDL的节日彩灯控制系统设计1343硬件实物图图45硬件实物图基于VHDL的节日彩灯控制系统设计14图46硬件实物图基于VHDL的节日彩灯控制系统设计155总结我认为自己在这次设计中收获很多。刚拿到题目感到很无措，但自知这是课程要求，自己只能硬着头皮去做。到图书馆找资料上网查，刚开始可能是自己选择的方法不对找到的资料很少，所以自己又将课本译码器、数据选择器等一些芯片的组成和工作原理看了一遍，感觉当你带着目的去看书，就会有不一样的收获。在确定了所选元器件后，我和同伴进行分工，我进行的是控制子系统部分相关的设计，而他则是数据子系统的相关设计。这样的分工合作让我受益颇丰，彼此进行交流会感到从对方那里学到了不少东西。由于是第一次使用对于有些功能还不是十分了解，对软件的应用不十分熟悉，使元件的排版和线路的布局不十分和谐。虽然在总体过程中进行的还算顺利但还是发现自己有许多的不足。我觉得自己对电子设计相关方面的了解所知道的真是太少了，在查资料时有时遇到的东西是自己从未听说过的，感觉自己就像个小虾在大海里游，所了解和知道的东西是那么的肤浅。总之，这次实习培养了自己独立分析问题和解决问题的能力以及培养创新能力和创新思维。还有通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。基于VHDL的节日彩灯控制系统设计16参考文献1潘松，黄继业EDA技术实用教程M北京科学出版社，20042康华光电子技术基础数字部分M北京高等教育出版社，20043马或,王丹利，王丽英CPLD/FPGA可编程逻辑器件实用教程M北京机械工业出版社，20064侯伯亨，顾新VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计M西安西安电子科技大学出版社，20005李国丽，朱维勇，栾铭EDA与数字系统设计M北京机械工业出版社，20056卢毅，赖杰VHDL与数字电路设计M北京科学出版社，20017李志，田永清，朱伯英VHDL的设计特点与应用研究J微型电脑应用，200210588周润景，图雅，张丽敏基于QUARTUSII的FPGA/CPLD数字系统设计实例M北京电子工业出版社，20079吕晓兰基于VHDL实现的16路彩灯控制系统J电子技术，20072575910斯蒂芬布朗STEPHENBROWN，兹翁科弗拉内希奇ZVONKOVRANESIC数字逻辑设计VHDL基础（FUNDAMENTALSOFDIGITALLOGICWITHVHDLDESIGN）M机械工业出版社，200211HENRYTULKENSEFFICIENCYDOMINANCEANALYSISEDABASICMETHODOLOGYM2006基于VHDL的节日彩灯控制系统设计17致谢毕业论文的完成，这意味着我在学校四年的学习生活即将结束，回首既往，自己一生最宝贵的时光能在这样的校园之中，能在众多学富五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。在这三年的时间里，我在学习上和思想上都受益匪浅。除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心支持是分不开的。论文的写作是枯燥艰辛而又富有挑战性的。老师的谆谆教导，同学的出谋划策和家长的支持鼓励，是我坚持完成论文的动力源泉。在此，我特别要感谢我的指导老师王学玲。从论文的选题，文献的采集，框架的设计，结构的布局到最终论文的定稿，她都费尽心血。没有王老师的辛苦栽培，谆谆教诲，就没有我论文的顺利完成。感谢电子信息工程专业的各位同学，与他们的交流使我受益颇多。最后要感谢的是我的家人以及朋友对我的理解、支持、鼓励和帮助，正是因为有了他们，我所做的一切才更加有意义。也正是因为有了他们，我才有了追求进步的勇气和信心。时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误，恳请阅读此篇论文的老师指出，不胜感激基于VHDL的节日彩灯控制系统设计18附录时序控制电路设计LIBRARYIEEEUSEIEEESTD_LOGIC_1164ALLUSEIEEESTD_LOGIC_UNSIGNEDALLENTITYMETRONOMEIS定义实体PORTCLKINSTD_LOGIC时钟信号CLRINSTD_LOGIC复位信号OPTINSTD_LOGIC快慢控制信号CLKOUTOUTSTD_LOGIC输出时钟信号ENDMETRONOMEARCHITECTURERTLOFMETRONOMEISSIGNALCLK_TMPSTD_LOGICSIGNALCOUNTERSTD_LOGIC_VECTOR1DOWNTO0定义计数器BEGINPROCESSCLK,CLR,OPTBEGINIFCLR1THEN清零CLK_TMPSTATESTATESTATESTATESTATESTATESTATESTATESTATESTATESTATESTATESTATESTATESTATESTATES1LED“1111111111111111“ENDCASEENDIFENDPROCESSENDRTL顶层模块设计LIBRARYIEEEUSEIEEESTD_LOGIC_1164ALLENTITYCOTOPISPORTCLKINSTD_LOGICCLRINSTD_LOGICOPTINSTD_LOGICLEDOUTSTD_LOGIC_VECTOR15DOWNTO0八路彩灯输出ENDCOLORLEDARCHITECTURERTLOFCOLORLEDISCOMPONENTMETONOMEIS定义元件时序控制电路PORT基于VHDL的节日彩灯控制系统设计22CLKINSTD_LOGICCLRINSTD_LOGICOPTINSTD_LOGICCLKOUTOUTSTD_LOGICENDCOMPONENTMETONOMECOMPONENTOUTPUTIS定义元件显示电路PORTCLKINSTD_LOGICCLRINSTD_LOGICLEDOUTSTD_LOGIC_VECTOR7DOWNTO0ENDCOMPONENTOUTPUTSIGNALCLK_TMPSTD_LOGICBEGINU1METONOMEPORTMAPCLK,CLR,OPT,CLK_TMP例化时序控制模块U2OUTPUTPORTMAPCLK_TMP,CLR,LED例化显示电路模块ENDRTL基于VHDL的节日彩灯控制系统设计1青岛工学院毕业设计开题报告题目基于VHDL的节日彩灯控制系统设计系（中心）信息工程系年级2008级专业电子信息工程姓名王子正学号200802305432指导教师王学玲教务处制表2012年1月4日基于VHDL的节日彩灯控制系统设计2一、选题依据课题来源、选题依据和背景情况；课题研究目的、学术价值或实际应用价值课题来源、选题依据和背景情况随着计算机、微电子、信息技术的快速进步，智能化技术的开发速度越来越快,智能度越来越高,应用范围也得到了极大的扩展。在海洋开发、宇宙探测、工农业生产、军事、社会服务、娱乐等各个领域。在娱乐方面，场地的装饰离不开彩灯。在建筑方面也采用彩灯来装饰高楼大厦。彩灯又灵活多变的点亮方式，装饰效果非常好，特别时晚上使得高楼大厦更加漂亮。是彩灯的应用才使得城市的夜景非常迷人。节日彩灯将会在人类未来的夜晚生活成为一个个重要的景观，节日彩灯控制器的应用也会在现实生活中得到广泛的应用。本设计通过对彩灯的设计，训练对电气、单片机、电子技术等内容的应用能力，掌握对电子产品设计的流程以及各种要求。彩灯技术已广泛得在霓虹灯、广告彩灯、汽车车灯等领域中应用。单片机的控制电路的设计是彩灯应用的一个瓶颈。毕业设计主要培养学生综合运用所学的知识与技能分析与解决问题的能力，并巩固和扩大学生的课堂知识。通过毕业设计学会查阅、使用各种专业资料和网上资源，并以严肃认真、深入研究的工作作风完成设计任务，逐步向工程技术员转变,培养毕业生独立完成任务的能力，体现和检验综合设计能力，大力提高毕业生的技术水平，培养新一代既有理论、又有动手能力的实用性人才，以适应国际建设和发展的需要。了解彩灯线路的基本理论，掌握单片机编程的基本设计方法和分析方法，对能够熟练地进行彩灯应用电路的设计与制作是十分必要和重要的。课题研究目的、学术价值或实际应用价值梯形图语言作为可编程逻辑器件的标准语言描述能力强，覆盖面广，抽象能力强，在实际应用中越来越广泛。于是，人们开始追求贯彻整个系统设计的自动化，可以从繁重的设计工作中彻底解脱出来，把精力集中在创造性的方案与概念构思上，从而可以提高设计效率，缩短产品的研制周期。整个过程通过PLD自动完成，大大减轻了设计人员的工作强度，减少了出错的机会，并且提高了设计质量基于VHDL的节日彩灯控制系统设计3二、文献综述国内外研究现状、发展动态；查阅的主要文献国内外研究现状、发展动态VHDLVERYHIGHSPEEDINTEGRATEDCIRCUITHARDWAREDESCRIPTIONLANGUAGE,超高速集成电路硬件描述语言诞生于1982年，是由美国国防部开发的一种快速设计电路的工具，目前已经成为IEEETHEINSTITUTEOFELECTRICALANDELECTRONICSENGINEERS的一种工业标准硬件描述语言。相比传统的电路系统的设计方法，VHDL具有多层次描述系统硬件功能的能力，支持自顶向下TOPTODOWN和基于库LIBRARYBASED的设计的特点，因此设计者可以不必了解硬件结构。查阅的主要文献1潘松，黄继业。EDA技术实用教程M。北京科学出版社，2004。2康华光。电子技术基础数字部分M。北京高等教育出版社，2004。3马或，王丹利，王丽英。CPLD/FPGA可编程逻辑器件实用教程M。北京机械工业出版社，2006。4侯伯亨，顾新。VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计M西安西安电子科技大学出版社，2000。5李国丽，朱维勇，栾铭。EDA与数字系统设计M。北京机械工业出版社，2005。6卢毅，赖杰。VHDL与数字电路设计M。北京科学出版社，2001。7李志，田永清，朱伯英。VHDL的设计特点与应用研究J。微型电脑应用，20021058。8周润景，图雅，张丽敏。基于QUARTUSII的FPGA/CPLD数字系统设计实例M。北京电子工业出版社，2007。9吕晓兰。基于VHDL实现的16路彩灯控制系统J。电子技术，200725759。10斯蒂芬布朗STEPHENBROWN，兹翁科弗拉内希奇ZVONKOVRANESIC。数字逻辑设计VHDL基础（FUNDAMENTALSOFDIGITALLOGICWITHVHDLDESIGN）M。机械工业出版社，2002。11HENRYTULKENSEFFICIENCYDOMINANCEANALYSISEDABASICMETHODOLOGYM2006基于VHDL的节日彩灯控制系统设计4三、研究内容基于VHDL的节日彩灯控制系统设计51论文（设计）构想与思路；主要内容及拟解决的关键问题理解并掌握可编程序控制器（PLD）的基本工作原理及基本结构、PLD的运行方式、外部接线及编程方法，训练学生的独立编程能力及用PLD解决现场控制问题的能力。要求学生能根据现场控制要求，自主编程和调试程序，全面建立起用PLD解决一个实际问题的全过程的概念。1熟练编程软件的使用；2熟悉PLD的结构及实验设备的使用；3能熟练的使用PLD的基本逻辑指令与顺控指令编写顺控程序；4能用PLD的功能指令、程序控制指令、PLD指令等编写有模拟量控制要求的程序。2拟采取的方案及可行性分析时序控制模块中，CLK为输入时钟信号，电路在时钟上升沿变化；CLR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；OPT为频率快慢选择信号，低电平节奏快，高电平节奏慢；CLKOUT为输出信号，CLR有效时输出为零，否则，随OPT信号的变化而改变。显示控制电路的模块中，输入信号CLK和CLR的定义与时序控制电路一样，输入信号LED150能够循环输出16路彩灯16种不同状态的花型。在时序逻辑电路中，任意时刻的输出不但和当前输入有关，还与系统的原先状态有关，即时序电路的当前输出由输入变量与电路原先的状态共同决定。而在组合逻辑电路中，任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关。因此为实现时序逻辑电路的设计目的，时序逻辑电路从某一状态进入下一状态时，必须首先设法“记住”原先的状态。故作为时序逻辑电路的基本特征，时序逻辑电路应具有“记忆”功能。因此在电路结构上，时序逻辑电路包含组合电路和存储电路两个组成部分，而存储电路必不可少。并且，在数字电路和计算机系统中，常用时序逻辑电路组成各种寄存器、存储器、计数器等，而触发器则是时序电路最常用的记忆元件。利用控制电路可使彩灯（例如霓虹灯）按一定的规律不断的改变状态，不仅可以获得良好的观赏效果，而且可以省电（与全部彩灯始终全亮相比）。可以通过手动键位或自动控制改变节日彩灯的亮灭，从而改变彩灯的图案和光影效果。达到美化夜景的效果。基于VHDL的节日彩灯控制系统设计6四、论文（设计）进度安排起止时间主要内容预期目标20111222012132012142012410201241120125102012511201251520125162012518课题准备阶段主要是进行本课题的相关资料的查询和收集，并仔细阅读和学习；与此同时，针对拟解决的问题进行开发平台和应用系统的可行性分析，完成应用系统的初步设计和总体规划。课题研究与系统开发阶段本阶段将进行可校时数字钟的编程实现，对系统界面进行具体设计，并进行软件的调试，形成较为完整有效的整体解决方案，为毕业论文的撰写作好充分准备。论文撰写阶段对本课题的工作进行总结、提炼，归集资料、确定大纲、完成草稿，并最终形成系统的完整的毕业论文。论文完善阶段对论文进行有针对性的调整修改，进一步完善课题的体系结构，丰富课题的内容，并最终完稿，为毕业答辩做好充分的准备。论文答辩阶段为答辩做好充分准备。系统分析和算法理解软件设计和软件测试文档论文初稿论文定稿论文答辩基于VHDL的节日彩灯控制系统设计7五、审核意见指导教师意见指导教师签字年月日审核小组意见审核小组成员签字年月日注1、表格不够可加附页。2、审核小组意见由开题领导小组填写。基于VHDL的节日彩灯控制系统设计14大学本科生毕业设计（论文）撰写规范本科生毕业设计（论文）是学生在毕业前提交的一份具有一定研究价值和实用价值的学术资料。它既是本科学生开始从事工程设计、科学实验和科学研究的初步尝试，也是学生在教师的指导下，对所进行研究的适当表述，还是学生毕业及学位资格认定的重要依据。毕业论文撰写是本科生培养过程中的基本训练环节之一，应符合国家及各专业部门制定的有关标准，符合汉语语法规范。指导教师应加强指导，严格把关。1、论文结构及要求论文包括题目、中文摘要、外文摘要、目录、正文、参考文献、致谢和附录等几部分。11题目论文题目应恰当、准确地反映论文的主要研究内容。不应超过25字，原则上不得使用标点符号，不设副标题。12摘要与关键词121摘要本科生毕业设计（论文）的摘要均要求用中、英两种文字给出，中文在前。摘要应扼要叙述论文的研究目的、研究方法、研究内容和主要结果或结论，文字要精炼，具有一定的独立性和完整性，摘要一般应在300字左右。摘要中不宜使用公式、图表，不标注引用文献编号，避免将摘要写成目录式的内容介绍。122关键词关键词是供检索用的主题词条，应采用能覆盖论文主要内容的通用技术词条（参照相应的技术术语标准），一般列35个，按词条的外延层次从大到小排列，应在摘要中出现。13目录目录应独立成页，包括论文中全部章、节的标题及页码。基于VHDL的节日彩灯控制系统设计1514论文正文论文正文包括绪论、论文主体及结论等部分。141绪论绪论一般作为论文的首篇。绪论应说明选题的背景、目的和意义，国内外文献综述以及论文所要研究的主要内容。文管类论文的绪论是毕业论文的开头部分，一般包括说明论文写作的目的与意义，对所研究问题的认识以及提出问题。绪论只是文章的开头，不必写章号。毕业设计（论文）绪论部分字数不多于全部论文字数的1/4。142论文主体论文主体是论文的主要部分，要求结构合理，层次清楚，重点突出，文字简练、通顺。论文主体的内容要求参照大学本科生毕业设计（论文）的规定第五章。论文主体各章后应有一节“本章小结”。143结论结论作为单独一章排列，但不加章号。结论是对整个论文主要成果的归纳，要突出设计（论文）的创新点，以简练的文字对论文的主要工作进行评价，一般为4001000字。15参考文献参考文献是论文不可缺少的组成部分，它反映了论文的取材来源和广博程度。论文中要注重引用近期发表的与论文工作直接有关的学术期刊类文献。对理工类论文，参考文献数量一般应在15篇以上，其中学术期刊类文献不少于8篇，外文文献不少于3篇；对文科类、管理类论文，参考文献数量一般为1020篇，其中学术期刊类文献不少于8篇，外文文献不少于3篇。在论文正文中必须有参考文献的编号，参考文献的序号应按在正文中出现的顺序排列。产品说明书、各类标准、各种报纸上刊登的文章及未公开发表的研究报告（著名的内部报告如PB、AD报告及著名大公司的企业技术报告等除外）不宜做为参考文献引用。但对于工程设计类论文，各种标准、规范和手册可作为参考文献。引用网上参考文献时，应注明该文献的准确网页地址，网上参考文献不包含在上述规定的文献数量之内。基于VHDL的节日彩灯控制系统设计1616致谢对导师和给予指导或协助完成论文工作的组织和个人表示感谢。内容应简洁明了、实事求是，避免俗套。17附录如开题报告、文献综述、外文译文及外文文献复印件、公式的推导、程序流程图、图纸、数据表格等有些不宜放在正文中，但有参考价值的内容可编入论文的附录中。基于VHDL的节日彩灯控制系统设计12、论文书写规定21论文正文字数理工类论文正文字数不少于20000字。文管类论文正文字数1200020000字。其中汉语言文学专业不少于7000字。外语类论文正文字数800010000个外文单词。艺术类论文正文字数30005000字。22论文书写本科生毕业论文用B5纸计算机排版、编辑与双面打印输出。论文版面设置为毕业论文B5纸、纵向、为横排、不分栏，上下页边距分别为25CM和2CM，左右页边距分别为24CM和2CM，对称页边距、左侧装订并装订线为0CM、奇偶页不同、无网格。论文正文满页为29行，每行33个字，字号为小四号宋体，每页版面字数为957个，行间距为固定值20磅。页眉。页眉应居中置于页面上部。单数页眉的文字为“章及标题”；双数页眉的文字为“大学本科生毕业设计（论文）”。页眉的文字用五号宋体，页眉文字下面为2条横线（两条横线的长度与版芯尺寸相同，线粗05磅）。页眉、页脚边距分别为18CM和17CM。页码。页码用小五号字，居中标于页面底部。摘要、目录等文前部分的页码用罗马数字单独编排，正文以后的页码用阿拉伯数字编排。23摘要中文摘要一般为300字左右，外文摘要应与中文摘要内容相同，在语法、用词和书写上应正确无误，摘要页勿需写出论文题目。中、外文摘要应各占一页，编排装订时放置正文前，并且中文在前，外文在后。24目录目录应包括论文中全部章节的标题及页码，含中、外文摘要；正文章、节题目；参考文献；致谢；附录。正文章、节题目（理工类要求编写到第3级标题，即。文科、管理类可视论文需要进行，编写到23级标题。）25论文正文251章节及各章标题论文正文分章、节撰写，每章应另起一页。各章标题要突出重点、简明扼要。字数一般在15字以内，不得使用标点符号。标题中尽量不用英文缩写词，对必须采用者，应使用本行业的通用缩写词。2252层次层次以少为宜，根据实际需要选择。层次代号格式见表1和表2。表1理工类论文层次代号及说明层次名称示例说明章第1章章序及章名居中排，章序用阿拉伯数字节11条111题序顶格书写，与标题间空1字，下面阐述内容另起一段款1111题序顶格书写，与标题间空1字，下面阐述内容在标题后空1字接排项1题序空2字书写，以下内容接排，有标题者，阐述内容在标题后空1字版心左边线版心右边线表2文管类论文层次代号及说明章节条款项一、（一）1（1）居中书写空2字书写空2字书写空2字书写空2字书写版心左边线版心右边线各层次题序及标题不得置于页面的最后一行（孤行）。26参考文献正文中引用文献标示应置于所引内容最末句的右上角，用小五号字体。所引文献编号用阿拉伯数字置于方括号“”中，如“二次铣削1”。当提及的参考文献为文中直接说明时，其序号应该与正文排齐，如“由文献8，1014可知”。经济、管理类论文引用文献，若引用的是原话，要加引号，一般写在段中；若引的不是原文只是原意，文前只需用冒号或逗号，而不用引号。在参考文献之外，若有注释的话，建议采用夹注，即紧接文句，用圆括号标明。不得将引用文献标示置于各级标题处。3参考文献书写格式应符合GB77141987文后参考文献著录规则。常用参考文献编写项目和顺序应按文中引用先后次序规定如下著作图书文献序号作者书名（版次）出版地出版者，出版年引用部分起止页第一版应省略翻译图书文献序号作者书名（版次）译者出版地出版者，出版年引用部分起止页第一版应省略学术刊物文献序号作者文章名学术刊物名年，卷（期）引用部分起止页学术会议文献序号作者文章名编者名会议名称，会议地址，年份出版地，出版者，出版年引用部分起止页学位论文类参考文献序号研究生名学位论文题目出版地学校（或研究单位）及学位论文级别答辩年份引用部分起止页西文文献中第一个词和每个实词的第一个字母大写，余者小写；俄文文献名第一个词和专有名词的第一个字母大写，余者小写；日文文献中的汉字须用日文汉字，不得用中文汉字、简化汉字代替。文献中的外文字母一律用正体。作者为多人时，一般只列出前3名作者，不同作者姓名间用逗号相隔。外文姓名按国际惯例，将作者名的缩写置前，作者姓置后。学术会议若出版论文集者，可在会议名称后加上“论文集”字样。未出版论文集者省去“出版者”、“出版年”两项。会议地址与出版地相同者省略“出版地”。会议年份与出版年相同者省略“出版年”。学术刊物文献无卷号的可略去此项，直接写“年，（期）”。参考文献序号顶格书写，不加括号与标点，其后空一格写作者名。序号应按文献在论文中的被引用顺序编排。换行时与作者名第一个字对齐。若同一文献中有多处被引用，则要写出相应引用页码，各起止页码间空一格，排列按引用顺序，不按页码顺序。参考文献书写格式示例见附录1。27名词术语科技名词术语及设备、元件的名称，应采用国家标准或部颁标准中规定的术语或名称。标准中未规定的术语要采用行业通用术语或名称。全文名词术语必须统一。一些特殊名词或新名词应在适当位置加以说明或注解。文管类专业技术术语应为常见、常用的名词。采用英语缩写词时，除本行业广泛应用的通用缩写词外，文中第一次出现的缩写词应该用括号注明英文全文。28计量单位4物理量计量单位及符号一律采用中华人民共和国法定计量单位（GB310031021993，见附录2），不得使用非法定计量单位及符号。计量单位符号，除用人名命名的单位第一个字母用大写之外，一律用小写字母。非物理单位（如件、台、人、元、次等）可以采用汉字与单位符号混写的方式，如“万TKM”，“T/（人A）”等。文稿叙述中不定数字之后允许用中文计量单位符号，如“几千克至1000KG”。表达时刻时应采用中文计量单位，如“上午8点45分”，不能写成“8H45MIN”。计量单位符号一律用正体。29外文字母的正、斜体用法按照GB310031021986及GB71591987的规定使用，即物理量符号、物理常量、变量符号用斜体，计量单位等符号均用正体。210数字按国家语言文字工作委员会等七单位1987年发布的关于出版物上数字用法的规定，除习惯用中文数字表示的以外，一般均采用阿拉伯数字（参照附录3）。211公式原则上居中书写。若公式前有文字（如“解”、“假定”等），文字顶格书写，公式仍居中写。公式末不加标点。公式序号按章编排，如第1章第一个公式序号为“（11）”，附录2中的第一个公式为（1）等。文中引用公式时，一般用“见式（11）”或“由公式（11）”。公式中用斜线表示“除”的关系时，若分母部分为乘积应采用括号，以免含糊不清，如A/BCOSX。通常“乘”的关系在前，如ACOSX/B而不写（A/B）COSX。212插表表格不加左、右边线。表序一般按章编排，如第1章第一个插表的序号为“表11”等。表序与表名之间空一格，表名中不允许使用标点符号，表名后不加标点。表序与表名置于表上，居中排写（见附录4）。表头设计应简单明了，尽量不用斜线。表头中可采用化学符号或物理量符号。全表如用同一单位，将单位符号移到表头右上角，加圆括号（见附录4中的例2）。表中数据应正确无误，书写清楚。数字空缺的格内加“”字线（占2个数字宽度）。表内文字和数字上、下或左、右相同时，不允许用“”、“同上”之类的写法，可采用通栏处理方式（见附录4中的例2）。表内文字说明不加标点。文管类的插表在表下一般根据需要可增列补充材料、注解、附记、资料来源、某些指标的计算方法等。表内文字说明，起行空一格，转行顶格，句末不加标点。表题用五号字，表内文字及表的说明5文字均用五号字，中文用宋体。表格容量较大，必要时表格也可分为两段或多段（这只能发生在转页时），转页分段后的每一续表的表头都应重新排字，重排表头的续表上方右侧应注明（续表）字样。213插图插图应与文字紧密配合，文图相符，技术内容正确。2131制图标准插图应符合技术制图及相应专业制图的规定。机械工程图采用第一角投影法，应符合附录5所列有关标准的规定。电气图图形符号、文字符号等应符合附录6所列有关标准的规定。流程图符合国家标准。对无规定符号的图形应采用该行业的常用画法。2132图题及图中说明每个图均应有图题（由图号