彩灯控制器设计

彩灯控制器设计目录摘要21、系统设计要求32、系统框图33、功能模块431计数器CNT1模块432计数器CNT5模块433循环右移模块634循环左移模块735BACK模块836MOVE模块937二选一模块1138模块组合（系统）124、系统调试135、总结14参考资料15摘要随着社会的飞速发展，城市化的建设加快，城市面貌建设也成为重点。利用彩灯来装扮城市也成为一种有效的手段。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，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。本实验设计从题目要求出发，采用该设计是以现场可编程逻辑器件FPGA为设计载体,以硬件描述语言VHDL为主要,以原理图输入设计为辅的表达方式,以QUARTUS开发软件和EDA试验箱为设计工具,阐述了彩灯控制器的工作原理和软硬件的实现方法。它以按键控制彩灯工作模式。并对所设计的控制器进行了时序仿真和编程下载进行硬件验证，顺利实现设计目标。关键词彩灯分频电路VHDL语言FPGA芯片ABSTRACTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFSOCIETY,URBANIZATIONACCELERATED,CONSTRUCTIONHASBECOMETHEFOCUSOFTHEURBANLANDSCAPEUSELIGHTSTODRESSTHECITYHAVEALSOBECOMEANEFFECTIVEMEANSWITHAHIGHLYDEVELOPEDECONOMICANDCOMMERCIALTODAY,LIGHTSHAVEBECOMEANINTEGRALPARTOFPEOPLESDAILYLIVESANDAROUSEDWIDESPREADCONCERNMOREOVER,THESELIGHTSALSOENRICHEDPEOPLESLIVESTHEYCONSISTOFDIFFERENTCOLORSOFLEDLIGHTSANDPRESENTEDTOOFDIFFERENTPLASTICFLOWERSANDPATTERNSBYCONTROLLINGTHEDIFFERENTCOLORSOFLIGHTSONANDOFFTHESELIGHTSEMBELLISHEDTHEMONOTONYOFCITYATNIGHTGREATLY,SOTHECITYHASBECOMEACOLORFULDISTRICTTHATNEVERSLEEPSTHISDESIGNBASEDONFIELDPROGRAMMABLELOGICDEVICESFPGATODESIGNTHECARRIER,WITHHARDWAREDESCRIPTIONLANGUAGEVHDLASTHEMAIN,INPRINCIPLEDIAGRAMINPUTDESIGN,SUPPLEMENTEDBYEXPRESSWAYTOQUARTUSDEVELOPMENTSOFTWAREANDEDATESTCHAMBERFORDESIGNTOOLS,THISPAPEREXPOUNDSTHEWORKINGPRINCIPLEOFLIGHTSCONTROLLERHARDWAREANDSOFTWAREANDTHEREALIZATIONMETHODOFITBUTTONSTOCONTROLLIGHTSWORKMODEANDTHEDESIGNOFCONTROLLERONTHETIMINGSIMULATIONANDPROGRAMMINGDOWNLOADFORHARDWAREVALIDATION,SMOOTHREALIZATIONDESIGNGOALKEYWORDSLIGHTSCROSSOVERCIRCUITVHDLLANGUAGEFPGACHIP彩灯控制器设计一、系统设计要求设计一个控制电路来实现8路彩灯按照一定的次序和时间间隔闪烁。具体要求如下1、当控制开关为0时，灯全灭；当控制开关为1时，从第一盏开始，依次点亮，时间间隔为1秒。期间一直保持只有一盏灯亮、其他灯全灭的状态。2、8盏灯依次亮完后，从第8盏开始依次灭，期间一直保持只有一盏灯灭、其他灯全亮的状态。3、当8盏灯依次灭完后，8盏灯同时亮同时灭，其时间间隔为05秒，并重复4次。4、只要控制开关为1，上述亮灯次序不断重复。5、用层次化设计方法设计该电路，编写各个功能模块的程序。6、仿真各功能模块，通过观察有关波形确认电路设计是否正确。7、完成电路设计后，用实验系统下载验证设计的正确性。二、系统框图系统框图如11所示,彩灯控制器分为三个部分，使能信号ENA为低电平时，8只LED灯保持全灭的状态，ENA为高电平时，LED灯按照既定的花型进行变换。第一个模块（BACK）由一个一位计数器控制，当计数器的输出是高电平时模块输出“11111111”，低电平时输出“00000000”，所以此模块的功能就是以2HZ的频率不停地输出“11111111”（全亮）和“00000000”（全灭）。第二个模块（MOVE）由一个一位计数器（CNT1）、一个5位的计数器（CNT5）、LED灯的右移（RIGHTMOVE）模块和LED灯的左移LEFTMOVE模块组成，其中一位的计数器作为分频器使用，2HZ的时钟信号在CNT1作用下，CNT1的输出是1HZ的时钟；5位的计数器有两个功能，一方面它控制它的输出在“00000”到“10011”之间输出彩灯的20个状态，另一方面它控制CO的状态，CO是下一个模块（MUX21）的控制信号，当计数的值小于20时输出0，这时MUX21选择输出此计数器的输出的中间八位信号,实现8只LED灯以每隔1S的速度自左向右依次点亮，以及自右向左依次熄灭的花型变换，当计数器的值大于等于20时，CO等于1，此时MUX21选择输出BACK的输出的八位信号，实现8只LED灯以05S的速度全亮和全灭，重复四次。系统框图如图11所示。图113功能模块31计数器CNT1模块功能描述该模块是一个一位计数器，主要的功能是将频率为2HZ的时钟信号分频为1HZ的时钟信号，并将频率为1HZ的时钟信号作为左移模块和右移模块的时钟触发信号；同时该模块控制图11中的BACK模块，当CNT1的输出为高电平时，BACK模块输出“11111111”，低电平时输出“00000000”。代码部分LIBRARYIEEEUSEIEEESTD_LOGIC_1164ALLENTITYCNT1ISPORTCLK,ENAINSTD_LOGICCOUNT1OUTSTD_LOGICENDCNT1ARCHITECTUREONEOFCNT1ISSIGNALCOUNTSTD_LOGICBEGINPROCESSCLK,ENABEGINIFENA1THENIFCLKEVENTANDCLK1THENCOUNTOUTPUT1OUTPUT1OUTPUT1OUTPUT1OUTPUT1OUTPUT1OUTPUT1OUTPUT1OUTPUT1OUTPUT2OUTPUT2OUTPUT2OUTPUT2OUTPUT2OUTPUT2OUTPUT2OUTPUT2OUTPUT2CLK,ENAENA,COUNT1CPPROCESSCP,ENABEGINIFENA1THENIFCP1THENQ7DOWNTO0CLK,ENAENA,COUNT1CPU2CNT5PORTMAPCLKCP,ENAENA,COUNT5DOUTU3RIGHTMOVEPORTMAPCLKCP,ENAENA,COUNT5DOUT,OUTPUT19DOWNTO2ST17DOWNTO0U4LEFTMOVEPORTMAPCLKCP,ENAENA,COUNT5DOUT,OUTPUT29DOWNTO2ST27DOWNTO0PROCESSCLK,ENABEGINIFENA1THENIFDOUT“00000“THENC0ELSEC1ENDIFENDPROCESSCOCENDARCHITECTURECOLOUR仿真波形如图17所示图1737二选一模块功能描述此模块将CNT5的进位输出CO作为选通信号S，当计数的值小于20时，COS0，MUX21选择输出CNT5的输出的中间八位信号,实现8只LED灯以每隔1S的速度自左向右依次点亮，以及自右向左依次熄灭的花型变换；当计数器的值大于等于20时，COS1，此时MUX21选择输出BACK的输出的八位信号，实现8只LED灯以05S的速度全亮和全灭，重复四次。代码部分LIBRARYIEEEUSEIEEESTD_LOGIC_1164ALLENTITYMUX21ISPORTSINBITINPUT1,INPUT2INSTD_LOGIC_VECTOR7DOWNTO0LIGHTOUTOUTSTD_LOGIC_VECTOR7DOWNTO0ENDENTITYMUX21ARCHITECTUREONEOFMUX21ISBEGINPROCESSS,INPUT1,INPUT2BEGINIFS0THENLIGHTOUT7DOWNTO0INPUT17DOWNTO0ELSELIGHTOUT7DOWNTO0INPUT27DOWNTO0ENDIFENDPROCESSENDARCHITECTUREONE仿真波形如下图1838模块组合（系统）将以上的几个模块系统有序地整合在一起，形成一个功能完整的系统,由仿真波形可以看出其实现了从左至右的渐亮，再从右至左渐灭，最后整体亮灭重复四次。仿真波形如图19所示图194系统调试1、该系统使用开发板电路模式N06，其电路结构为图110图1102、使用的可编程芯片型号为ACE1KEP1K30TC1443。3、进行引脚设置，如图111，时钟信号由CLOCK2送出（PIN54），其时钟频率为2HZ，使能信号ENA接的是实验箱上的3号按键（PIN20）。图1114、当控制开关ENA为0时，8只彩灯保持全灭的状态；当控制开关ENA为1时，彩灯按照预先设定的先自左向右依次点亮，全部点亮后按照自右向左的顺序依次熄灭，依次渐亮和依次熄灭的过程中，始终保持只有一盏彩灯被点亮或熄灭，且时间间隔为1S。当彩灯依次熄灭后，加快变换频率，以05S的时间间隔全亮、全亮交替。5、调试结果此系统可以顺利的实现了设定的显示效果。见图112。图112五总结本次实验课题主要包括四个阶段课题选择阶段、查阅资料阶段、编程仿真阶段、实验箱检测调试阶段。首先通过抽签选择了彩灯控制器设计的题目，本以为这是一个比较简单的实验，上网查了一些彩灯控制器相关的资料程序并进行修改仿真，结果第一次由于芯片选择出了问题，在实验箱上没有取得成功。最后回去，再对程序进行了新一轮的修改，并参考了以往的一些程序，用原件例化的方法将