eda多功能彩灯课程设计

1、黄冈师院物科院EDA技术实用教程课程设计报告项目名称：多功能彩灯控制电路专业年级：电子信息工程09级学号：200922240232学生姓名：杨瑶指导教师：冯杰报告完成日期：2011年12月15日-、引言1.1 EDA技术及其发展电子设计自动化EDA(Electronic Design Automation)技术的发展和普及给数字系统的设计带来了革命性的变化。它作为现代电子设计技术的核心，依赖于功能强大的计算机，在EDAE具软件平台上，对以硬件描述语言HDL(Hardware Description Language)为系统逻辑 描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑化简、逻辑分割、逻辑综 合、

2、结构综合(布局布线),以及逻辑优化和仿真测试等项功能，直至 实现既定性能的电子线路系统功能。EDA技术在21世纪后，得到更大的发展，突出表现在以下几个方面：使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成 为可能。在仿真验证和设计两方面都支持标准硬件描述语言的功能强 大的EDA软件不断推出。电子技术全方位进入EDA寸代，数字技术日益成熟，传统电路 系统设计建模理念也发生重大的变化：软件无线电技术的崛起，模拟电路系统硬件描述语言的表达和设计的标准化，系统可编程模拟器件的出现，数字信号处理和图像处理的全硬件实现方案的普遍接受，软硬件技术和功能及其结构的进一步融合等。EDA!得电子技术领域各学

3、科的界限更加模糊，更加互为包容，如模拟与数字、软件与硬件、ASIC与 FPG等。软硬件IP核在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域 得到进一步确认和广泛的应用。1.2 EDA技术的特点和优势EDA技术的基本特征是采用高级语言描述，具有系统级仿真和综合 能力。它采用“自顶向下”的设计方法，与传统的基于标准逻辑器件 的“自底向上”数字系统设计方法相比，EDA技术具有以下特点： 用软件的方式设计硬件。从设计输入到下载配置前的整个过程 几乎不涉及硬件，通过软件方式修改硬件设计。 设计全程，包括电路系统描述、硬件设计、仿真测试、综合、 调试、软件设计，直至硬件系统都由计算机完成。绪 目标系统可现场

4、编程，在线升级；集成度更高，可构建片上系 统0对设计人员的硬件知识要求低，通过 EDAE具，即使设计人员 不熟悉各种半导体工艺，也能完成电子系统的设计。它基于芯片，大量使用大规模可编程逻辑器件，以缩短产品的上 市时间，提高产品性能、缩小产品体积、降低产品消耗；它广泛运用 现代计算机技术，提高电子设计自动化程度，缩短开发周期，提高品 竞争力。闪烁的彩灯在娱乐场所、餐饮等日常生活环境中应用广泛， 彩灯的亮、灭具有一定的周期和规律，采用 EDA技术容易设计和修改 其控制电路。1.3 EDA技术的设计方法EDA技术是将传统的搭积木式设计模式变为自顶而下的设计模 式，设计人员通过计算机和EDA开发工具即

5、可设计和开发出各种功能电路。EDA技术从系统总体出发，自上而下地逐步细化设计内容， 最后完成系统设计。它包括下面几个设计步骤：1. 设计准备。依据设计要求，选取合适的设计方案和器件类型，对系统功能细化，合理划分功能模块，画出功能框图。2. 设计输入。选取原理图、硬件描述语言等进行设计输入。3. 功能仿真。通过建立波形文件和测试向量，在编译前对设计的 电路进行逻辑功能验证，此时的仿真没有考虑延时信息。4. 设计处理。编译软件将对设计输入文件进行逻辑化简、综合优 化、适配和分割、布局布线，最后产生编程文件。5. 时序仿真。考虑延时信息，分析系统和各模块时序关系，估计 设计的性能，检查和消除竞争冒险

6、。6. 器件编程测试。将仿真成功后适配器产生的配置文件通过编程 器或下载电缆写入目标芯片，并对硬件系统进行检查、测试。二彩灯电路控制设计下面基于EDA技术，利用Alter公司的可编程器件 EP1K30TC144-3 和Maxplusll软件平台，设计一个多功能彩灯控制电路。2.1设计要求设计一个多功能彩灯控制电路，控制16个彩灯周期性地自动改变 显示模式并且能够改变显示频率。这里设用发光二极管模拟彩灯，用 两个按键来控制频率选择和亮灯花样选择。显示频率分设为时钟信号 的频率的八分频、四分频、二分频和其本身频率。彩灯设为四组闪烁形式，具体如下：第一组灯亮默认为从LED侄ULED1依次单独循环灯亮

7、；第二组灯亮情况依次为全亮 丄ED0到LED7这8个彩灯亮丄ED0到 LED这4个彩灯亮丄EDO到LED这2个彩灯亮，全不亮丄EDO到LED这2 个彩灯亮丄EDO到LED这4个彩灯亮丄EDO到LED这8个彩灯亮丄EDO到 LED这1O个彩灯亮 丄EDO到LED1这12个彩灯亮 丄EDO到LED13 14个 彩灯亮，全亮 丄ED6到LED9这4个彩灯亮 丄ED5到LED1O这6个彩灯 亮丄ED4到LED1这8个彩灯亮丄ED3到LED1这1O个彩灯亮.第三组灯亮情况依次为：LEDO和LED15亮, LEDO LED1禾口 LED15 LED14亮 丄EDO、LED1 LED2和 LED15 LED

8、14 LED13亮丄EDO、LED1 LED2 LED3和 LED15 LED14 LED13 LED12亮丄EDO、LED1 LED2 LED3 LED4和 LED15 LED14 LED13 LED12 LED11 亮丄EDO LED1 LED2 LED3 LED4 LED5和 LED15 LED14 LED13 LED12 LED11 LED1O亮丄EDO、LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6和 LED15 LED14 LED13 LED12 LED11 LED1O LED9亮,全亮，LEDO LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6和 LED15

9、 LED14 LED13 LED12 LED11 LED1O LED9亮，LEDO LED1 LED2 LED3 LED4 LED5和 LED15 LED14 LED13 LED12 LED11 LED1O亮，LEDO LED1 LED2 LED3 LED4和 LED15 LED14 LED13 LED12 LED11 亮，LEDO LED1 LED2 LED3和 LED15 LED14 LED13 LED12亮，LEDO LED1 LED2 和 LED15 LED14 LED13亮，LEDO LED1 和 LED15 LED14亮，LEDO 禾口 LED15亮，LED2 LED3 LED6

10、LED7 LED1O LED11 LED14 LED15第四组灯亮情况依次为：LED1 LED3 LED5 LED7 LED9 LED11 LED13 LED15亮，LED0 LED2 LED4 LED6 LED8 LED10 LED12 LED14亮，LED0 LED1 LED4 LED5 LED8 LED9 LED12 LED13亮， LED2 LED3 LED6 LED7 LED10 LED11 LED14 LED15亮, LED1 LED2 LED3 LED7 LED8 LED9 LED13 LED14 LED15亮, LED4 LED5 LED6 LED7 LED12 LED13 L

11、ED14 LED15亮，LED0 LED1 LED2 LED3 LED8 LED9 LED10 LED11 亮，LED15和 LED7不亮其 它亮，LED15 LED14和 LED8 LED7不亮其它亮，LED15 LED14 LED13 和 LED7 LED6 LED5不亮其它亮，LED15 LED14 LED13 LED12和 LED7 LED6 LED5 LED4不 亮其它亮。2.2设计思路彩灯灯亮的的秩序可以通过在对时钟脉冲计数控制，用十六进 制计数器循环计数，来让某一个灯在某个瞬间亮，然后再通过外部按 键来控制选择第几组的灯亮情况，用另一个按键来控制选择灯闪烁的 频率快慢。用记数器的

12、输出依次访问存储器的各地址单元，将存储的彩灯控制信息通过数据总线依次输出，控制彩灯周期性有序变化。整 个系统大体上分为三个部分，即可以实现四种分频的频率计、四选一 多路选择器、控制彩灯显示的十六进制计数器。三各个模块的设计多功能彩灯设计需要先把各个小部分用 VHDL语言编写，然后再 画原理图调出各个部分，再连接好电路，编译成功后，将各个管脚与 实验箱上的对应管脚锁定，确认无误后，再将实验图装入实验箱，查看彩灯显示结果。3.1四种分频的分频计VHDL语言LIBRAR Y IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.AL

13、L;ENTIT Y FENPIN ISPORT( CLK :IN STD_LOGIC; a,b,c,d:OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE bhv OF FENPIN ISSIGNAL CLK2,CLK4,CLK8:STD_LOGIC; BEGINU1: PROCESS(CLK) BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK='1' THENCLK2 <= NOT CLK2; END IF; END PROCESS;- 二分频U2: PROCESS(CLK2) BEGIN IF CLK2'EVENTANDCLK2=

14、9;1' THENCLK4 <= NOT CLK4; END IF; END PROCESS;- 四分频U3: PROCESS(CLK4) BEGIN IF CLK4'EVENTANDCLK4='1' THENCLK8 <= NOT CLK8; END IF; END PROCESS;- 八分频a <= CLK8; b <= CLK4; c <= CLK2;d <=CLK; END bhv;时序仿真图在时钟上升沿的时候开始实现分频，d是直接时钟输出，c是二 分频输出，b是四分频输出，a是八分频输出。原理图FENPINABCD外

15、接时钟信号输入，四种频率输出， A端八分 频输出，B端四分频输出，C端二分频输出，D 端原信号输出。3.2四选一多路选择器VHDL语言LIBRAR Y IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY mux41a IS PORT (a,b,c,d:IN STD_LOGIC;S:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); Y: OUT STD_LOGIC );END ENTITY mux41a; ARCHITECTURE bhv OF mux41a ISBEGIN PROCESS(a,b,c,d,s) BEGINIF s二"0000

16、" THEN Y <二a;- 控制信号输入0,输出状态为aELSIF s二"0001" THEN Y <= b;- 控制信号输入1，输出状态为bELSIF s二"0010" THEN Y <= c;- 控制信号输入2,输出状态为cELSE Y <= d;-控制信号输入其它，输出状态为 dEND IF;END PROCESS;END ARCHITECTURE bhv;时序仿真图当S为“0000”时，输出状态为a，当S为“0001 ”时，输出状态为b，当S为“0010”时，输出状态为c，当S为其它时，输出状态原理图通过S来选

17、择输入信号的频率，S接实验箱上的 键1。3.3控制彩灯显示花样的综合十六进制计数器VHDL语言LIBRAR Y IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY CUNT16 ISPORT( CLK: IN STD_LOGIC;K2:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);LED: OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO O);END CUNT16;ARCHITECTURE behav OF CUNT16 ISSIGNAL LED1:STD_LOGIC_V

18、ECTOR(15 DOWNTO 0);SIGNAL LED2:STD_LOGIC_VECTOR(15 dow nto 0);SIGNAL LED3:STD_LOGIC_VECTOR(15 dow nto 0);SIGNAL LED4:STD_LOGIC_VECTOR(15 dow nto 0);BEGIN PROCESS(K2) BEGINIF K2="0000" THEN LED<=LED1;ELSIF K2="0001" THEN LED<=LED2;ELSIF K2="0010" THEN_ED<=LED3;E

19、LSIFK2="0011" THEN_ED<=LED4;ELSE NULL;END IF;END PROCESS;-K2控制选择彩灯显示花样PROCESS(CLK) VARIABLE QQ:STD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK='1'THEN IF QQ<15 THEN QQ:=QQ+1;ELSE QQ:二"0000" END IF; END IF;CASE QQ ISwhe n"0000"=>LED1<二&qu

20、ot;0000000000000001"whe n"0001"=>LED1<二"0000000000000010"whe n" 0010"=>LED1<二"0000000 000000100"whe n" 0011"=>LED1<二"0000000000001000"whe n"0100"=>LED 1<="0000000000010000"whe n"0101&quo

21、t;=>LED1<二"0000000000100000"whe n "0110"=>LED1<="0000000001000000"whe n"0111"=>LED1<二"00000000100 00000"whe n"1000"=>LED1<二"0000000100000000"whe n"1001"=>LED1<二" 0000001000000000"w

22、he n"1010"=>LED1<二二二二"0100 000000000000"whe n"1111"=>LED1<二第一种花样PROCESS(CLK) VARIABLE QQ:STD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0); BEGINIF CLK'EVENTANDCLK='1'THEN IF QQ<15THENQQ:=QQ+ 1;ELSE QQ:="0000" END IF; END IF;CASE QQ ISwhe n"0000&qu

23、ot;=>LED2<二二"000 0000011111111"whe n"0010"=>LED2<二"0000000000001111"whe n" 0011"=>LED2<二"0000000000000011"whe n"0100"=>LED2<二"000 0000000000000"whe n"0101"=>LED2<二"0000000000000011"

24、;whe n"01 10=>LED2<="0000000000001111"whe n"0111"=>LED2<二"00000000111 11111"whe n"1000"=>LED2<二二whe n"1011"=>LED2<二二"000 0001111000000"whe n"1101"=>LED2<二二"0001111111 111000"when others

25、=>NULL;END CASE;END PROCESS;第二种花样 PROCESS(CLK)VARIABLE QQ:STD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0);BEGINIF CLK'EVENT AND CLK='1'THEN IF QQ<15 THEN QQ := QQ + 1;ELSE QQ:="0000"END IF; END IF;CASE QQ ISwhe n"0000"=>LED3<二二"110 0000000000011"whe n"0010&qu

26、ot;=>LED3<二whe n"0011"=>LED3<二二二二"1111111111 111111"whe n"1000"=>LED3<二二二二二二"110011001 1001100"whe n others=>NULL;END CASE;END PROCESS第三 种花样 PROCESS(CLK) VARIABLE QQ:STD_LOGIC_VECTOR(3 dow nto 0); BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK='1'

27、THEN IF QQ<15 THEN QQ := QQ + 1; ELSE QQ:="0000"END IF; END IF;CASE QQ ISwhe n"0000"=>LED4<二二二whe n" 0011"=>LED4<二二"111 0001110001110"whe n"0101"=>LED4<二二二二二二二"1000001111111100"whe n others=>NULL;END CASE;END PROCESS

28、第-四种花样END behav;时序仿真图iB：.锐U9科噱S.IU9御!：百葩和严百巒5.6US57ua58usBOu? CILKLED0BD01DL LL L0010X®iiJJ；I 111iam0CDOO1111 I 111O0COCIOCOinn 1' aooimiiiiiiiom J K2控制LED的显示，四种花样原理图CUNT1A: CLK«.£>v 01, HlK2外接键2, CLK接四选一多路选择器，LED【15.0】直接输出。四.设计成果及其实验结果4.1实验电路框图iBiraiBiiaiiairaPiio-I -RIO 1 甘 m

29、zzm- FHCD N 口 F8 II 口：？ 7- FM 匸| 口T l=*iOB1 -RIO2eR riOA/G F-LOF310 3S- l=-|CZi 3由GHbftS | |1I-X II-X说u| | | |ta±.| | 伪斗 | | f»s键1控制彩灯显示频率，接到芯片管脚PIO0-PIO3。键2控制彩灯变换花样接到芯片管脚 PIO7-PIO4。D1到D16为显示彩灯，接到芯片PIN32-394.2彩灯整体原理图将彩灯原理图装入实验箱前，锁定管脚，外部时钟信号最好与芯片126管脚锁定，那样将易于观察彩灯变化快慢。输入引脚S3.O（即键1）依次与该芯片的12、10、9、8管脚锁定，K23.O（即键2）依次与芯片上的19、18、17、13管脚锁定。彩灯LED15.O 依次与芯片上的 29、28、27、26、23、22、21、20、86、83、82、81、80、79、78、73管脚锁定。然后再将原理图装入实验箱，通过键1和键2进行操作，观察彩灯变化情形。4.3 实验结果O1234 L'X _LO溥一-屯目戎丁等一 g 口止J 亮.频书沖 稱j入吋钟 的八分频俸如水丁锚i入吋钟旳八分频弟匹1切灼Ot;”啟入吋科 的八分频锁定俸的