基于FPGA的彩灯控制器设计

基于FPGA的彩灯控制器设计草鱼草鱼草鱼郑州轻工业学院草鱼可编程数字系统设计草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼题草鱼草鱼草鱼草鱼目草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼基于FPGA的彩灯控制器设计草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼学生姓名草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼张焕焕草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼专业班级草鱼草鱼草鱼草鱼电子信息工程102班草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼学草鱼草鱼草鱼草鱼号草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼541001030249草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼院草鱼（系）草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼电气信息工程学院草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼指导教师草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼胡智宏草鱼草鱼草鱼草鱼石军草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼完成时间草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼2013年6月21日草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼郑州轻工业学院草鱼基于FPGA的彩灯控制器设计课草鱼程草鱼设草鱼计草鱼任草鱼务草鱼书草鱼题目草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼基于FPGA的彩灯控制器设计草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼专业、PORK班级草鱼草鱼电信1002班草鱼草鱼草鱼学号草鱼541001030249草鱼草鱼姓名草鱼张焕焕草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼主要内容、PORK基本要求、PORK主要参考资料等PORK草鱼主要内容PORK草鱼要求学生使用硬件描述语言设计彩灯控制器的FPGA源程序，鲤鱼实现如下功能PORK设计一个彩灯控制器，鲤鱼使彩灯（LED管）可以实现四种花样循环变化及两种不同频率的闪烁，鲤鱼有复位开关。草鱼整个系统有七个输入信号CLK,CLR,A,B,C,D,OPT，鲤鱼六个输出信号控制六个彩灯。草鱼OPT的高低电平控制彩灯闪烁的快慢，鲤鱼A,B,C,D控制各种不同花样彩灯的变换。草鱼此彩灯控制系统设定有四种花样变化。草鱼四种花样分别为PORKA彩灯从左到右逐次亮起，鲤鱼再逐次从右到左熄灭；PORKB彩灯两边同时亮两个，鲤鱼再逐次向中间亮；PORKC彩灯从左到右两个两个的亮，鲤鱼再从右到左两个两个逐次的亮；PORKD彩灯中间两个亮，鲤鱼再同时向两边散开。草鱼草鱼基本要求PORK草鱼掌握FPGA草鱼的程序设计方法。草鱼草鱼草鱼2、PORK掌握硬件描述语言语法。草鱼草鱼草鱼3、PORK程序设计完成后要求在软件中实现功能仿真。草鱼草鱼主要参考资料PORK草鱼1、PORK周润景基于QUARTUS的FPGA/CPLD数字系统设计实例M电子工业出版社2007,8草鱼2、PORK潘松草鱼黄继业草鱼EDA技术实用教程（第二版）北京PORK科学出版社，鲤鱼20069草鱼完草鱼草鱼成草鱼草鱼期草鱼草鱼限PORK草鱼草鱼20136212013625草鱼草鱼草鱼草鱼指导教师签名PORK草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼课程负责人签名PORK草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼目草鱼草鱼录草鱼摘草鱼草鱼要I草鱼中文摘要I草鱼基于FPGA的彩灯控制器设计英文摘要II草鱼1、PORK概述1草鱼11、PORK设计目的1草鱼12、PORK设计要求1草鱼2、PORK系统设计1草鱼21、PORK设计原理1草鱼211草鱼系统原理设计图2草鱼22、PORK设计方案2草鱼3、PORK程序仿真过程2草鱼31仿真图3草鱼4、PORK实验结果分析3草鱼5、PORK心得体会4草鱼6、PORK致谢4草鱼7、PORK参考文献5草鱼8、PORK附录6草鱼基于FPGA的彩灯控制器设计I草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼基于FPGA的彩灯控制器设计草鱼摘草鱼草鱼要草鱼中文摘要草鱼随着科技的发展草鱼,草鱼在现代生活中,草鱼彩灯作为一种景观应用越来越多。草鱼而在电子电路设计领域中，鲤鱼电子设计自动化EDA工具已成为主要的设计手段，鲤鱼VHDL语言则是EDA的关键技术之一，鲤鱼它采用自顶向下的设计方法，鲤鱼即从系统总体要求出发，鲤鱼自上至下地将设计任务分解为不同的功能模块，鲤鱼最后将各功能模块连接形成顶层模块，鲤鱼完成系统硬件的整体设计。草鱼本文介绍了基于EDA技的多路彩灯控制器的设计与分析。草鱼在MAXPLUSII环境下采用VHDL语言实现，鲤鱼论述了基于VHDL语言和FPGA芯片的数字系统设计思想和实现过程。草鱼电子设计自动化技术EDA的发展给电子系统的设计带来了革命性的变化，鲤鱼EDA软件设计工具，鲤鱼硬件描述语言，鲤鱼可编程逻辑器件使得EDA技术的应用走向普及。草鱼FPGA是新型的可编程逻辑器件，鲤鱼采用FPGA进行产品开发可以灵活地进行模块配置，鲤鱼大大缩短了产品开发周期，鲤鱼也有利于产品向小型化，鲤鱼集成化的方向发展。草鱼草鱼草鱼关键词草鱼草鱼VHDL草鱼草鱼彩灯草鱼草鱼仿真草鱼草鱼控制草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼基于FPGA的彩灯控制器设计II草鱼基于FPGA的彩灯控制器设计II草鱼英文摘要草鱼草鱼LANTERN草鱼CONTROLLER草鱼DESIGN草鱼BASED草鱼ON草鱼FPGA草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼WITH草鱼THE草鱼DEVELOPMENT草鱼OF草鱼SCIENCE草鱼AND草鱼TECHNOLOGY,草鱼IN草鱼MODERN草鱼LIFE,草鱼COLORFUL草鱼LIGHTS草鱼AS草鱼A草鱼LANDSCAPE草鱼MORE草鱼AND草鱼MORE草鱼APPLICATIONS草鱼HOWEVER,草鱼IN草鱼THE草鱼ELECTRONIC草鱼CIRCUIT草鱼DESIGN草鱼DOMAIN,草鱼THE草鱼ELECTRONIC草鱼DESIGN草鱼AUTOMATION草鱼EDA草鱼TOOLS草鱼HAVE草鱼BECOME草鱼THE草鱼MAIN草鱼DESIGN草鱼METHOD,草鱼VHDL草鱼LANGUAGE草鱼IS草鱼ONE草鱼OF草鱼THE草鱼KEY草鱼TECHNOLOGIES草鱼OF草鱼EDA,草鱼IT草鱼USES草鱼FROM草鱼THE草鱼TOP草鱼DESIGN草鱼METHOD,草鱼NAMELY草鱼FROM草鱼THE草鱼OVERALL草鱼SYSTEM草鱼REQUIREMENTS,草鱼FROM草鱼TOP草鱼TO草鱼BOTTOM草鱼OF草鱼THE草鱼DESIGN草鱼TASK草鱼DECOMPOSITION草鱼INTO草鱼THE草鱼DIFFERENT草鱼FUNCTION草鱼MODULE,草鱼FINALLY草鱼EACH草鱼FUNCTION草鱼MODULE草鱼IS草鱼CONNECTED草鱼TO草鱼FORM草鱼THE草鱼TOP草鱼MODULE,草鱼THE草鱼OVERALL草鱼DESIGN草鱼OF草鱼SYSTEM草鱼HARDWARE草鱼THEREFORE,草鱼THIS草鱼PAPER草鱼INTRODUCES草鱼THE草鱼DESIGN草鱼AND草鱼ANALYSIS草鱼OF草鱼MULTIPLE草鱼LIGHTS草鱼CONTROLLER草鱼BASED草鱼ON草鱼THE草鱼EDA草鱼TECHNIQUE草鱼IN草鱼THE草鱼MAXPLUSII草鱼ENVIRONMENT草鱼USING草鱼VHDL草鱼LANGUAGE,草鱼DISCUSSES草鱼THE草鱼DIGITAL草鱼SYSTEM草鱼DESIGN草鱼IDEA草鱼OF草鱼VHDL草鱼LANGUAGE草鱼AND草鱼THE草鱼FPGA草鱼CHIP草鱼AND草鱼THE草鱼IMPLEMENTATION草鱼PROCESS草鱼BASED草鱼ON草鱼THE草鱼DEVELOPMENT草鱼OF草鱼ELECTRONIC草鱼DESIGN草鱼AUTOMATION草鱼TECHNOLOGY草鱼OF草鱼EDA草鱼HAS草鱼BROUGHT草鱼REVOLUTIONARY草鱼CHANGES草鱼TO草鱼THE草鱼DESIGN草鱼OF草鱼ELECTRONIC草鱼SYSTEMS,草鱼THE草鱼EDA草鱼SOFTWARE草鱼DESIGN草鱼TOOL,草鱼THE草鱼HARDWARE草鱼DESCRIPTION草鱼LANGUAGE,草鱼PROGRAMMABLE草鱼LOGIC草鱼DEVICE草鱼MAKES草鱼THE草鱼APPLICATION草鱼OF草鱼EDA草鱼TECHNOLOGY草鱼TO草鱼SPREAD草鱼THE草鱼FPGA草鱼IS草鱼PROGRAMMABLE草鱼LOGIC草鱼DEVICE草鱼MODEL,草鱼USING草鱼FPGA草鱼CAN草鱼FLEXIBLY草鱼MODULE草鱼CONFIGURATION草鱼OF草鱼PRODUCT草鱼DEVELOPMENT,草鱼SHORTEN草鱼THE草鱼PRODUCT草鱼DEVELOPMENT草鱼CYCLE,草鱼ALSO草鱼IS草鱼ADVANTAGEOUS草鱼TO草鱼THE草鱼PRODUCT草鱼TO草鱼THE草鱼MINIATURIZATION,草鱼THE草鱼INTEGRATED草鱼DIRECTION草鱼草鱼草鱼草鱼KEYWORDS草鱼VHDL草鱼草鱼草鱼LANTERN草鱼草鱼SIMULATION草鱼草鱼CONTROL草鱼草鱼草鱼基于FPGA的彩灯控制器设计III草鱼草鱼基于FPGA的彩灯控制器设计11、PORK概述草鱼11、PORK设计目的草鱼设计一个彩灯控制器，鲤鱼使彩灯（LED管）可以实现四种花样循环变化及两种不同频率的闪烁，鲤鱼有复位开关。草鱼整个系统有七个输入信号CLK,CLR,A,B,C,D,OPT，鲤鱼六个输出信号控制六个彩灯。草鱼OPT的高低电平控制彩灯闪烁的快慢，鲤鱼A,B,C,D控制各种不同花样彩灯的变换。草鱼此彩灯控制系统设定有四种花样变化。草鱼四种花样分别为PORKA彩灯从左到右逐次亮起，鲤鱼再逐次从右到左熄灭；PORKB彩灯两边同时亮两个，鲤鱼再逐次向中间亮；PORKC彩灯从左到右两个两个的亮，鲤鱼再从右到左两个两个逐次的亮；PORKD彩灯中间两个亮，鲤鱼再同时向两边散开。草鱼草鱼12、PORK设计要求草鱼掌握FPGA草鱼的程序设计方法。草鱼草鱼草鱼掌握硬件描述语言语法。草鱼草鱼草鱼程序设计完成后要求在软件中实现功能仿真。草鱼草鱼2、PORK系统设计草鱼21、PORK设计原理草鱼整个系统共有七个输入信号PORK基准时钟信号CLK，鲤鱼系统清零信号复位信号CLR，鲤鱼彩灯节奏快慢选择开关OPT；PORK共有4个输出信号Q30，鲤鱼分别用于控制四路彩灯。草鱼据此，鲤鱼我们可将整个彩灯控制器CDKZQ分为四大部分PORK彩灯花样控制部分、PORK分频部分、PORK定时部分和计数部分。草鱼当各个模块均完成上述操作之后，鲤鱼形成最后的四路彩灯显示系统，鲤鱼并且进行仿真。草鱼仿真通过，鲤鱼即可下载到指定的FPGA芯片里面，鲤鱼并进行实际连线，鲤鱼进行最后的硬件测试。草鱼把分频部分的不同频率的时钟信号CP输送到计数部分草鱼,从而控制彩灯闪烁速度的快慢草鱼,定时部分控制每种速度维持的时间长短。草鱼草鱼草鱼草鱼211草鱼系统原理设计图草鱼草鱼基于FPGA的彩灯控制器设计2图表草鱼1草鱼22、PORK设计方案草鱼在电路中以草鱼1草鱼代表灯亮，鲤鱼以草鱼0草鱼代表灯灭，鲤鱼由草鱼0、PORK1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。草鱼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。草鱼下面就以一个四路彩灯控制系统的实现为例进行简单说明。草鱼此四路彩灯控制系统设定有四种花样变化草鱼。草鱼彩灯图案状态变换的速度有快、PORK慢两种。草鱼草鱼3、PORK程序仿真过程草鱼START草鱼COMPILATION先编译草鱼GENERATE草鱼FUNCTIONAL草鱼SIMULATION草鱼NETLIST然后生成功能仿真网络表草鱼ASSIGNMENTSSETTINGSIMULATION草鱼SETTING设置成功能仿真草鱼然后新建一个VECTOR草鱼WAVEFORM草鱼FILE草鱼草鱼通过VIEWUTILITY草鱼WINDOWSNODE草鱼FINDER草鱼把输入输出管脚添加进波形仿真图里草鱼点击START草鱼SIMULATION草鱼31仿真图草鱼草鱼图表草鱼2草鱼由图可见正常情况下草鱼灯按照花样ABCD的顺序循环D在80NS120NS的高电平使得花样变为D花样，鲤鱼D高电平结束，鲤鱼灯顺序进行A花样。草鱼草鱼OPT草鱼在80NS170NS高电平使得灯变换速度提高2倍草鱼但是001100和100000这两种灯的状态任然占用了两个时钟周期，鲤鱼这是因为花样D和花样A状态转换之间没有立即衔接，鲤鱼导致220NS处CLR高电平使得灯全部清0，鲤鱼不再变化DIV2是二分频输出，鲤鱼由图可见是输入时钟CLK的二分频。草鱼草鱼4、PORK实验结果分析草鱼实验表明草鱼,此设计方法能够满足多种不同花样彩灯的变化要求草鱼,并且该方法便于扩展不同变化模式的彩灯花样，鲤鱼同时又实现了彩灯的两种不同频率的闪烁。草鱼基于FPGA的彩灯控制器设计3如果不按任何按键时候，鲤鱼灯就按四种花样顺序循环跑，鲤鱼如果按下某个键再松开，鲤鱼比如按下C键然后松开，鲤鱼那么不管之前灯跑到哪个花样，鲤鱼按键后灯就会从C代表的花样处开始跑，鲤鱼然后是D花样，鲤鱼然后是A花样，鲤鱼依次循环。草鱼但是A,B,C,D认为是按下会弹起的按键，鲤鱼因为这个程序里，鲤鱼如果一直按着按键不松手，鲤鱼会导致灯只是反复跑一个花样。草鱼比如按着B键不松手，鲤鱼那么就会反复跑B花样。草鱼还有不能允许同时按下两个键，鲤鱼三个键，鲤鱼4个键，鲤鱼也就是说，鲤鱼同一时刻ABCD只能有一个是高电平，鲤鱼否则会出错，鲤鱼因为这个程序并没有防错机制。草鱼草鱼5、PORK心得体会草鱼本次设计的课题是彩灯控制器的设计，鲤鱼当拿到这个课题的时候经过分析就知道关键是计数器和分频器的使用，鲤鱼分频的方法有很多种，鲤鱼对于同一种功能的实现，鲤鱼用VHDL可以采用多种方式进行描述，鲤鱼每种方式之间各有优劣，鲤鱼本次设计只采用了其中较简单的一种，鲤鱼应尽量用最简洁的语言写出所需功能的程序。草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼通过这次课程设计对EDA技术有了更进一步的熟悉，鲤鱼VHDL草鱼语言和语言等其他语言还是有很大的区别。草鱼VHDL是EDA技术的重要组成部分，鲤鱼其具有与具体硬件电路无关和与设计平台无关的特性，鲤鱼并且具有良好的电路行为描述和系统描述的能力，鲤鱼并在语言易读性和层次化、PORK结构化设计方面，鲤鱼表现了强大的生命力和应用潜力。草鱼其主要的也是最大的优点就在于设计者可以专心致力于其功能的实现，鲤鱼而不需要对不影响功能的与工艺有关的因素花费过多的时间和精力。草鱼在实际操作中发现设计和课本上的知识有很大联系，鲤鱼但又高于课本，鲤鱼一个简单的原理要把它应用以及和其他功能综合起来就有些困难。草鱼通过设计也巩固了我们的书本知识以及通过借阅书籍和上网查找资料，鲤鱼也丰富了自己对EDA的了解。草鱼草鱼草鱼6、PORK致谢草鱼本设计过程中得到老师的悉心指导，鲤鱼设计过程中老师多次帮我分析思路，鲤鱼开拓视角，鲤鱼在我遇到困难想要放弃的时候给予我最大的支持和鼓励。草鱼老师那严谨求实的治学态度、PORK踏实坚韧的工作精神，鲤鱼将使我终身受益；PORK另外同学和朋友的热心帮助也使我学到了不少的知识。草鱼再多华丽的语言也显得苍白，鲤鱼在此，鲤鱼谨向老师和同学们致以诚挚的谢意和崇高的敬意。草鱼因为他们我对这次课程设计有了深刻的印象，鲤鱼虽然只有短暂的一周，鲤鱼但在这期间，鲤鱼却让我受益匪浅，鲤鱼我深刻地认识到了“理论联系实际”这句话的重要性与真实性。草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼7、PORK参考文献草鱼1草鱼草鱼周润景基于QUARTUS的FPGA/CPLD数字系统设计实例M西安PORK电子工业出版社，鲤鱼2007,8草鱼2草鱼草鱼潘松草鱼黄继业草鱼EDA技术实用教程（第二版）M北京PORK科学基于FPGA的彩灯控制器设计4出版社，鲤鱼20069草鱼3草鱼草鱼林明权草鱼马维旻草鱼VHDL数字控制系统设计范例M西安PORK电子草鱼工业出版社，鲤鱼20031草鱼4草鱼草鱼褚振勇草鱼FPGA设计及应用（第三版）M西安PORK电子科技大学出版社，鲤鱼20124草鱼5草鱼草鱼张毅刚草鱼彭喜元草鱼彭宇单片机原理及应用（第二版）M北京PORK高等教育出版社，鲤鱼200911草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼8、PORK附录草鱼彩灯控制器的源程序草鱼LIBRARY草鱼IEEEPORK草鱼USE草鱼IEEESTD_LOGIC_1164ALLPORK草鱼USE草鱼IEEESTD_LOGIC_UNSIGNEDALLPORK草鱼ENTITY草鱼HORSERACELAMP草鱼IS草鱼PORTCLKIN草鱼STD_LOGICPORK草鱼CLRIN草鱼STD_LOGICPORK草鱼基于FPGA的彩灯控制器设计5AIN草鱼STD_LOGICPORK草鱼BIN草鱼STD_LOGICPORK草鱼CIN草鱼STD_LOGICPORK草鱼DIN草鱼STD_LOGICPORK草鱼OPTIN草鱼STD_LOGICPORK草鱼QOUT草鱼STD_LOGIC_VECTOR5草鱼DOWNTO草鱼0PORK草鱼DIV2OUT草鱼STD_LOGIC草鱼PORK草鱼ENDPORK草鱼ARCHITECTURE草鱼ONE草鱼OF草鱼HORSERACELAMP草鱼IS草鱼草鱼草鱼TYPE草鱼STATES草鱼ISS0,S1,S2,S3PORK草鱼草鱼草鱼SIGNAL草鱼PRESENTSTATESPORK草鱼草鱼草鱼SIGNAL草鱼Q1STD_LOGIC_VECTOR5草鱼DOWNTO草鱼0PORK草鱼草鱼草鱼SIGNAL草鱼COUNTSTD_LOGIC_VECTOR3草鱼DOWNTO草鱼0PORK草鱼草鱼草鱼SIGNAL草鱼HALFCLKSTD_LOGIC_VECTOR1草鱼DOWNTO草鱼0PORK草鱼草鱼草鱼SIGNAL草鱼CLKINSTD_LOGIC_VECTOR1草鱼DOWNTO草鱼0PORK草鱼BEGIN草鱼