基于CPLD的彩灯控制器设计开题报告

1、 毕业设计(论文)开题报告题 目： 基于cpld的彩灯控制器设计 学 院： 电气信息学院 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导老师： 20年3月20日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献

2、综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用a4纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说明书等资料装入文件袋中。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。 文献综述一eda的介绍1.1 eda及其嵌入式系统 电子设计自动化（eda，electronic design automation）技术是一种以计算机作为工作平台，以eda软件工具为开发环境，以硬件描述语言和电路图

3、描述为设计入口，以可编程逻辑器件为实验载体，以asic (application specific integrated circuits)、soc( system on chip)和sopc( system on programmable chip)嵌入式系统为设计目标，以数字系统设计为应用方向的电子产品自动化设计技术。它是融合了电子技术、计算机技术、信息处理技术、智能化技术等最新成果而开发的高新技术，是现代电子系统设计、制造不可缺少的技术。eda技术涉及面广，包含描述语言、软件、硬件等多方面知识。 eda技术代表了当今电子设计技术的最新发展方向，它是电子设计领域的一场革命。它的基本特征是：

4、设计人员按照“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，然后采用硬件描述语言（vhdl）完成系统行为级设计，最后通过综合和适配生成最终的目标器件。这样的设计方法称为高层次的电子设计方法。1.2 eda开发工具 eda 开发工具在 eda 技术中具有及其重要的作用。因为 eda 技术的重要特点是利用了计算机的强大和高速度的数据处理能力来完成电子系统的设计。因此，基于计算机硬、软件平台基础之上的一系列 eda 软件工具在实现 eda 技术时的支持是必不可少的开发环境支持。 根据 eda技术的功能要求，eda工具应具有如下五个模块： (1) 设计输入编辑器：接受包括硬件描述语言、原理图

5、等多种形式的设计输入。(2) 综合器：对设计输入文件进行逻辑化简、综合、优化和适配，最后生成编程用的编程文件。 (3)仿真器：将设计描述转换成一个与之对应的软件模型，供设计者在电脑上对其设计进行仿真和定时分析。其目的是检验设计描述的逻辑功能是否正确，同时测试目标器件在最差情况下的时间关系等。(4) 适配器：将由综合器产生的网表文件配置于指定的目标器件中，产生最终的下载文件。 (5)下载器： 将适配后产生的下载文件下载到相应 cpld或 fpga 等可编程逻辑器件中，使其成为一个具有设计功能的专用集成芯片。eda技术高级阶段采用一种新的“自顶向下”的设计顺序和“并行工程”的设计方法。依照这种方法

6、，设计者的精力主要集中在所要设计系统的准确定义上，eda系统去完成电子产品的系统级到物理级的设计。 该阶段 eda技术的基本特征是， 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。设计人员再将划分后的各个模块用硬件描述语言等设计描述方法完成系统行为级设计，再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、仿真及特定目标芯片的适配编译和编程下载，这也称为数字逻辑电路的高层次设计方法。 1.3 eda技术的发展趋势 从目前的eda技术来看，其发展趋势是政府重视、使用普及、应用广泛、工具多样、软件功能强大。 中国eda市场已渐趋成熟，不过

7、大部分设计工程师面向的是pcb制板和小型asic领域，仅有小部分（约11%）的设计人员开发复杂的片上系统器件。为了与台湾和美国的设计工程师形成更有力的竞争，中国的设计队伍有必要引进和学习一些最新的eda技术。 在信息通信领域，要优先发展高速宽带信息网、深亚微米集成电路、新型元器件、计算机及软件技术、第三代移动通信技术、信息管理、信息安全技术，积极开拓以数字技术、网络技术为基础的新一代信息产品，发展新兴产业，培育新的经济增长点。要大力推进制造业信息化，积极开展计算机辅助设计（cad）、计算机辅助工程（cae）、计算机辅助工艺（capp）、计算机机辅助制造（cam）、产品数据管理（pdm）、制造资

8、源计划（mrpii）及企业资源管理（erp）等。有条件的企业可开展“网络制造”，便于合作设计、合作制造，参与国内和国际竞争。开展“数控化”工程和“数字化”工程。自动化仪表的技术发展趋势的测试技术、控制技术与计算机技术、通信技术进一步融合，形成测量、控制、通信与计算机（m3c）结构。在asic和pld设计方面，向超高速、高密度、低功耗、低电压方面发展。 外设技术与eda工程相结合的市场前景看好，如组合超大屏幕的相关连接，多屏幕技术也有所发展。 中国自1995年以来加速开发半导体产业，先后建立了几所设计中心，推动系列设计活动以应对亚太地区其它eda市场的竞争。在eda软件开发方面，目前主要集中在美

9、国。但各国也正在努力开发相应的工具。日本、韩国都有asic设计工具，但不对外开放。中国华大集成电路设计中心，也提供ic设计软件，但性能不是很强。相信在不久的将来会有更多更好的设计工具在各地开花并结果。据最新统计显示，中国和印度正在成为电子设计自动化领域发展最快的两个市场，年夏合增长率分别达到了50%和30%。 1.4 quartus简介quartus ii是altera公司推出的cpld/fpga开发工具，quartus ii提供了完全集成且与电路结构无关的开发包环境，具有数字逻辑设计的全部特性，包括：（1）可利用原理图、结构框图、veriloghdl、ahdl和vhdl完成电路描述，并将其保

10、存为设计实体文件；（2）芯片（电路）平面布局连线编辑；（3） logiclock增量设计方法，用户可建立并优化系统，然后添加对原始系统的性能影响较小或无影响的后续模块；（4）功能强大的逻辑综合工具；（5）完备的电路功能仿真与时序逻辑仿真工具；（6） 定时/时序分析与关键路径延时分析；（7）可使用signaltap ii逻辑分析工具进行嵌入式的逻辑分析；（8） 支持软件源文件的添加和创建，并将它们链接起来生成编程文件；（9） 使用组合编译方式可一次完成整体设计流程；（10） 自动定位编译错误；（11）高效的期间编程与验证工具；（12）可读入标准的edif网表文件、vhdl网表文件和verilog

11、网表文件；（13） 能生成第三方eda软件使用的vhdl网表文件和verilog网表文件。二cpld的介绍cpld (complex programmable logic device)复杂可编程逻辑器件，是从pal和gal器件发展出来的器件，相对而言规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。cpld 主要是由可编程逻辑宏单元(mc，macro cell)围绕中心的可编程互连矩阵

12、单元组成。其中mc结构较复杂，并具有复杂的i/o单元互连结构，可由用户根据需要生成特定的电路结构，完成一定的功能。由于cpld内部采用固定长度的金属线进行各逻辑块的互连，所以设计的逻辑电路具有时间可预测性，避免了分段式互连结构时序不完全预测的缺点。cpld的基本特点：具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、对设计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、价格大众化等特点，可实现较大规模的电路设计，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在10,000件以下)之中。几乎所有应用中小规模通用数字集成电路的场合均可应用cpld器件。cpld器件已

13、成为电子产品不可缺少的组成部分，它的设计和应用成为电子工程师必备的一种技能。经过几十年的发展，许多公司都三大开发出了cpld可编程逻辑器件。比较典型的就是altera、lattice、xilinx世界权威公司的产品，这里给出常用芯片： altera epm7128s、(plcc84) lattice lc4128v、(tqfp100) xilinx xc95108 (plcc84) cpld是由存放在片内ram中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的ram进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。加电时，cpld芯片将eprom中数据读入片内编程ram中，配置完成后

14、，cpld进入工作状态。掉电后，cpld恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，cpld能够反复使用。cpld的编程无须专用的cpld编程器，只须用通用的eprom、prom编程器即可。当需要修改cpld功能时，只需换一片eprom即可。这样，同一片cpld，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，cpld的使用非常灵活。 cpld与fpga的区别：fpga与cpld的辨别和分类主要是根据其结构特点和工作原理。通常的分类方法是：将以乘积项结构方式构成逻辑行为的器件称为cpld，如lattice的isplsi系列、xilinx的xc9500系列、altera的max7000s系列和lattic

15、e(原vantis)的mach系列等。 将以查表法结构方式构成逻辑行为的器件称为fpga，如xilinx的spartan系列、altera的flex10k或acex1k系列等。 尽管fpga和cpld都是可编程asic器件,有很多共同特点,但由于cpld和fpga结构上的差异,具有各自的特点: cpld更适合完成各种算法和组合逻辑,fp ga更适合于完成时序逻辑。换句话说,fpga更适合于触发器丰富的结构,而cpld更适合于触发器有限而乘积项丰富的结构。 cpld的连续式布线结构决定了它的时序延迟是均匀的和可预测的,而fpga的分段式布线结构决定了其延迟的不可预测性。 在编程上fpga比cpl

16、d具有更大的灵活性。cpld通过修改具有固定内连电路的逻辑功能来编程,fpga主要通过改变内部连线的布线来编程;fp ga可在逻辑门下编程,而cpld是在逻辑块下编程。 fpga的集成度比cpld高,具有更复杂的布线结构和逻辑实现。 cpld比fpga使用起来更方便。cpld的编程采用e2prom或fastflash技术,无需外部存储器芯片,使用简单。而fpga的编程信息需存放在外部存储器上,使用方法复杂。 cpld的速度比fpga快,并且具有较大的时间可预测性。这是由于fpga是门级编程,并且clb之间采用分布式互联,而cpld是逻辑块级编程,并且其逻辑块之间的互联是集总式的。 在编程方式上

17、,cpld主要是基于e2prom或flash存储器编程,编程次数可达1万次,优点是系统断电时编程信息也不丢失。cpld又可分为在编程器上编程和在系统编程两类。fpga大部分是基于sram编程,编程信息在系统断电时丢失,每次上电时,需从器件外部将编程数据重新写入sram中。其优点是可以编程任意次,可在工作中快速编程,从而实现板级和系统级的动态配置。 cpld保密性好,fpga保密性差。 一般情况下,cpld的功耗要比fpga大,且集成度越高越明显。3 彩灯控制器简介 彩灯控制是以彩灯为主，从调光灯、触摸灯和延迟灯电子控制器到节能灯、遥控灯和自控方便灯电子控制器的专业设备，种类繁多。目前市场上彩灯

18、控制器的样式有可编程彩灯控制器、cec电脑彩灯控制器、eprom程控编码彩灯控制器，声控彩灯，音乐彩灯控制器，简易循环彩灯，红外线遥控彩灯控制器等。目前应用最为广泛的是可编程彩灯控制器。在编程器中编好各种彩灯花样变化的程序,经检查正确无误后送到可编程控制器中运行,控制器输出端就可以驱动多路彩灯点亮,其彩灯花样变化及各花样之间的转换均可实现自动完成,这就是可编程彩灯控制器的杰作,它使得彩灯变化更加丰富多彩漂亮迷人,这是迄今为止任何一种其他彩灯控制器所无法比拟的。彩灯控制器技术在国外已经得到了广泛的应用，国内的应用正在渗透到传统的家电领域、通信领域、装饰领域及待开发的领域。在装饰领域方面，采用彩灯

19、控制电路，加强了人机联系，如会显示数字和汉字的大型彩灯组，从而有效的提高审美观念，为了方便使用者，更为人们所熟悉，大至工业领域，小到玩具、彩灯控制器的应用都十分广泛。 由于国内生活水平不断提高，人民向往较佳的生活素质，对灯具灯饰也不断提出了新要求，近年内地灯饰市场有以下情况：功能细分：人们要求灯具能符合不同场合，不同照光功能的需求日高，因此适用于各种使用要求的灯具应运而生，如学生灯、书写灯、应急灯、日光灯、霞光灯、晚餐灯以及不同高度的落地灯等新品叠出。高技术化：由于电子技术被广泛用于灯具的制造，适应不同的电压，使可调节亮度的第三代照光灯具多起来。无闪屏灯、3种波长色谱可调灯，放射远红外光灯等具

20、备保护视力功能的灯具也开始推出市场。多功能化：符合当前的消费时尚、集多种功能与一体的灯如床头兼作光敏电话自控灯、带八音盒台灯等，是近年另一需求特点。节能环保：新推出的高科技无频闪书写灯，光线平稳并可节能源50%，这种灯具很受消费者的欢迎。环保是灯具生产技术的崭新主题，显示人们对居室生态环境的重视，这亦是未来家居照明的主要发展方向。国际灯具行业现代化产品设计的潮流是：减少产品的尺寸，以减少材料的投入；现代化社会对产品的开以制造最重要的着眼点是“经济”和“环境保护”。照明产品最好能体现这一潮流的是紧凑荧光灯，细管径，超细管径只管荧光灯和无汞的射频或微波激发的琉灯。紧凑型荧光灯直径和尺寸，它们的形式

21、多种多样用途也十分广泛。一般来说，它们有5倍于白炽灯的光效和8倍于白炽灯的寿命。因此，它们是绿色照明工程的推荐产品，彩灯行业使用紧凑型荧光灯的灯具也日益多见。 参考文献1 范秋华，赵艳秋，何香玲.基于vhdl的彩灯控制j.现代电子技术。2004(2)2 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，1999，57-593 潘松，王国栋 vhdl实用教程m成都：成都电子科技大学出版社，2000，33-374 求是科技 vhdl应用开发技术与工程实践m. 北京 ：人民邮电出版社，2003，46-565 延明,张霖华.数字电路eda入门m.北京邮电大学出版社.195

22、-2006 宋万杰，罗丰，吴顺君.cpld技术及其应用m.西安：西安电子科技大学出版社，1999,51-577张昌凡，龙永红，可编程逻辑器件及vhdl设计技术m.广州：华南工学院出版社，2001,17-198 卢杰，赖毅.vhdl与数字电路设计m.北京：科学出版社，2001,23-279 谭会生，张昌凡.eda技术及应用m.西安：西安电子科技大学出版社，2004. -6910 张明.verilog hdl实用教程m.成都：电子科技大学出版社，1999,32-4411 刘明业，将敬旗，刁岚松等译.硬件描述语言verilogm.北京：清华大学出版社，2001,2412李国丽，eda与数字系统设计m

23、.北京：机械工业出版社，2005,12-1613黄正瑾，在系统编程技术及其应用m.南京：东南大学出版社，1997,12-7814 altera corporationm.alteara digital library altera.45-4615 xilinx incm.data book 2001 xilinx.206-232毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施 开 题 报 告一、课题的目的与意义 这个课题的目的和意义在于使自己掌握对彩灯控制与设计的原理和方法。用quartus软件进

24、行仿真，在此过程中熟悉eda课程以及vhdl硬件描述语言。学会以计算机为工具，自顶向下的设计方法。众所周知彩灯、流水灯、装饰灯等在日常生活和商业都有极其广泛的应用。具有很高的商业价值和研究价值。而对于越来越变化多端要求极高的灯饰行业，相对传统的单片机来说，cpld（复杂可编程逻辑器件）的性价比越来越高，功能强大，能轻松的完成对彩灯的控制。因为cpld可以重复无数次编程，在电路不做改动的情况下，只需改变程序就可以灵活地调整彩灯图案和变化方式，给灯光的变化带来很大的方便。 本题目基于cpld设计彩灯控制器。初步实现了cpld在灯饰行业的简单应用，为深入设计提供了一些有价值的参考资料。 2、 课题发

25、展现状与前景展望 随着国家经济的迅速发展，人民物质文化生活水平不断提高，对于装饰的美化美观的要求也越来越高。城市的美化和日益激烈的广告竞争越来越受到社会的关注，作为城市装饰和广告宣传的彩灯的需求量也越来越大。近年来随着科技的飞速发展，cpld技术的应用正在不断地，走向深入，同时自动控制系统日新月异更新。 过去彩灯控制器多采用eprom和相应的逻辑电路来完成，也有采用一些专用彩灯控制芯片的控制器所需的电路较多，制作不易改变，且所需控制的彩灯路数越多，扩展起来也比较繁杂；而后者由于电路已确定，控制方式不能任意改变，功能较为单一。现在广告灯的主流产品采用led或neon发光体。使用低成本cpld技术

26、和led发光管组成的同步显示灯，灯板由六个像素组成，每个像素有红绿蓝三色，由led发光管来实现，多灯可以长时间同步显示。实现例如全亮，循环滚动等花色，同时编写了花色编排软件，可以对花色时间，颜色，类型等进行编排，导入单片机，编译烧录。 目前市场上彩灯控制器的样式有可编程彩灯控制器、cec电脑彩灯控制器、eprom程控编码彩灯控制器，声控彩灯，音乐彩灯控制器，简易循环彩灯，红外线遥控彩灯控制器。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。随着电子技术的发展，应

27、用系统向着小型化、快速化、大容量、重量轻的方向发展。可编程控制器集微电子技术,计算机技术于一体,在取代继电器控制系统,实现多种设备的自动控制中越来越显示出其突出的优点,受到广大用户的欢迎.将可编程控制器运用到彩灯中,组成可编程彩灯控制器,只要在编程器中编好各种彩灯花样变化的程序,经检查正确无误后送到可编程控制器中运行,控制器输出端就可以驱动多路彩灯点亮,其彩灯花样变化及各花样之间的转换均可实现自动完成,这就是可编程彩灯控制器的杰作,它使得彩灯变化更加丰富多彩漂亮迷人,这是迄今为止任何一种其他彩灯控制器所无法比拟的。彩灯的发展趋势有：(1) 向高效节能方向发展 首先采用节能光源，然后是按照节能光的尺寸、形状。精心设计灯具的光学系统，真正提高灯光的有效利用率。如在射灯中，选用光色好的高强度气体放电灯，可造成一个光学弥散、均匀柔和的照明环境，且灯具的保护角小、效率高，能较好地显示建筑物结构。(2) 向集成可调化方向发展技术的迅速发展 各种集成化装置和电子计算机控制系统对灯具和照明系统的应用取得了显著的进步。如应用电子镇流器对灯具及照明系统进行调光、遥控、控制光色。(3) 向多功能小型化发展 随着紧凑型光源的发展镇流器等灯用电器配件的超小、超薄、各种新技术、新工艺的不断采用