彩燈變換控制器設計說明

1、學號EDA技術及應用A課程設計說明書彩燈變換控制器設計起止日期：2015年12月_28_日至2015年12月_3日學生班級13電信科1班成績指導教師（簽字）計算機與信息工程學院電子信息工程系2015年12月31日課程設計任務書20152016學年第1學期計算機與信息工程 學院 電子信息工程 系 13 電信科 專業(yè)_1_班課程設計名稱：EDA技術及應用A設計題目：彩燈變換控制器設計完成期限：自2015年12月28_日至2015年J2_月日共丄周一課程設計依據在掌握常用數字電路原理和技術的基礎上，根據EDA技術及應用課程所學知識，利用硬件描述語言（VHDL或 VerilogHDL ）, EDA軟件

2、（Quartus n）和硬件開發(fā)平臺（達盛試驗箱Cyclone n FPGA進行初步數字系統設計。二課程設計容設計彩燈控制器，實現 16個三色LED花樣顯示，具有 4種顯示模式：s0,從左到右逐個點亮LED s1，從右到左逐個點亮 LED; s2，從兩邊到中間逐個點亮；s3，從中見到兩邊逐個點亮。每個模式有4檔速度，快、稍快、中速、慢速；設計時序邏輯實現模式的自動循環(huán)切換，速度切換，顏 色手動切換。（提示：可把各種圖形存儲在片ROM中，通過數據讀取實現）。擴展設計：LED通過串行移位寄存器進行連接（串行驅動采用HC595或MBI5026驅動）。三.課程設計要求1. 要求獨立完成設計任務。2.

3、課程設計說明書封面格式要求見天津城建大學課程設計教學工作規(guī)附表13. 課程設計的說明書要求簡潔、通順，計算正確，圖紙表達容完整、清楚、規(guī)。4. 測試要求：采用 modelsim或Quartus進行時序仿真，并在實驗箱上驗證設計結果。5. 課設說明書要求：1）說明題目的設計原理和思路、采用方法及設計流程。2）對各子模塊的功能以及各子模塊之間的關系作明確的描述。3）對實驗和調試過程，仿真結果和時序圖進行說明和分析。4）包含系統框圖、電路原理圖、HDL設計程序、仿真測試圖。指導教師（簽字）：教研室主任（簽字）：批準日期：2015 年12月24 日目錄第 1 章 設計方案及原理 11.1 設計方案 1

4、1.2 設計原理及流程 1第 2 章 設計程序 32.1 Verilog HDL 程序 3第 3 章 原理圖及仿真波形 63.1 原理圖 63.1.1 頂層文件原理圖 63.2 仿真波形 63.3 仿真結果分析 73.4 硬件聯接 83.4.1 引腳分配 83.4.2 實驗箱硬件電路部分的線路連接 8總 結 9參考文獻 10第1章 設計方案及原理1.1設計方案本次課程設計采用Verilog HDL硬件描述語言編寫控制程序，應用 Quartus U軟件 實現仿真測試。擬定系統方案框圖，畫出系統框圖中每框的名稱、信號的流向，各框圖 間的接口。使用Verilog HDL設計軟件畫出原理圖，采用FPG

5、AS片對LED燈進行控制， 使其達到流水跑馬燈顯示的效果，LED燈采用共陽極接法，當給它一個低電平時，LED點亮，我們利用移位寄存器使各輸出口循環(huán)輸出高低電平，達到控制的目的。1.2設計原理及流程本次試驗我的容是彩燈變換控制器設計的設計，下面我簡單的進行一下原理的闡述設計方案流程圖如圖1-1所示:圖1-1方案流程圖彩燈控制器課程設計的要求是控制 16個LED進行花樣顯示，具有4種顯示模式， 所以應設計四種顯示模塊：第一種顯示是從左向右順序點亮LED第二種顯示：從右向左順序點亮LED第三種顯示：從兩邊向中間順序點亮LED第四種顯示：從中間到兩邊順序點亮LED每個模式有4檔速度，快、稍快、中速、慢

6、速；四種顯示模式自動循 環(huán)切換，速度切換，顏色手動切換。為了完成要求的效果顯示，我準備以下方案。由于要求比較簡單，所以不用分為很 多模塊來具體控制，所以我先利用移位寄存來完成燈的點亮，并采用LED燈共陽極接法， 當給LED低電平時LED燈點亮，那么當我們需要點亮某位 LED燈時，只需在該位上賦予 低電平即可。本次設計中我要實現 16個LED燈從左到右依次點亮，那么就可以給這 16 個數碼燈分別賦值,經過一段時間的延時后再給其賦值 再經過一段時間延時后再給其賦值 依次類推， 則最后一種賦值狀態(tài)為這樣就實現要求中所要求的。同理，要實現 數碼燈從右向左依次點亮，從中間向兩端依次點亮，從兩端向中間依次

7、點亮都可以采用 這樣賦值的方法。為了達到四種顯示模式循環(huán)切換的目的，可以將以上的所有賦值語句 以順序語句的形式置于進程中， 這樣在完成了一種顯示方式后就會自動進入下一種設定 好的顯示模式，如此反復循環(huán)。任務中要求實現每種模式有四種速率循環(huán)方式， 這里我采用了硬件連接撥碼開關控 制速率，共用慢速、中速、稍快、快四檔速度。設計中我還為程序增添了復位功能，當 需要程序復位時，只需按下 rst 鍵，此時程序不管走都那里，只要執(zhí)行這條語句，確定 復位鍵按下時，程序立刻返回到程序執(zhí)行語句的第一步，程序接著進行新的循環(huán)點亮。第 2 章 設計程序2.1 Verilog HDL 程序module muxone(

8、clk,rst,Q,DIN,CLK);input clk,rst;input 1:0DIN; /DIN 為變換速度檔 output signed15:0Q;/Q 為 15 個 LEDoutput CLK;/ 自定義時鐘parameter DOUT=16b01111111_11111111;reg CLK;reg 16:0x;reg 1:0cs;reg 15:0Q;always(posedge clk)beginx=15b0000000000000000;CLK=0;case(DIN)0:beginx=x+1b1;if(x=30)beginx=15b0;CLK=CLK;endend1:begin

9、x=x+1b1;if(x=25)beginx=15b0;CLK=CLK;endend2:beginx=x+1b1;if(x=20)beginx=15b0;CLK=CLK;endend3:beginx=x+1b1;if(x=15)beginx=15b0;CLK=CLK;endenddefault beginx=x+1b1;if(x=20)beginx=15b0;CLK=CLK;endendendcaseendalways(posedge CLK or negedge rst)beginif(!rst)beginQ=DOUT;cs=2b00;endelse begincase(cs)0:begin

10、 Q1;Q15=1b1;if(Q=16b11111111_11111110)begin Q=16b11111111_11111101; cs=2b01;endend1:begin Q=Q1;Q0=1b1;if(Q=16b01111111_11111111)begin Q=16b01111111_11111110; cs=2b10;endend2:begin Q15:81; Q7:0=Q7:01;Q15=1b1; Q0=1b1;if(Q=16b11111110_01111111)begin Q=16b11111101_10111111; cs=2b11;endend3:begin Q15:8=Q

11、15:81; Q7:01;Q8=1b1;Q7=1b1; if(Q=16b01111111_11111110)begin Q=16b01111111_11111111; cs=2b00;endend default beginQ=DOUT; cs MtJ4ll=u?i11 Wfli Ji I-i- S -SIrisIoYKii. .：-fin-1.r ma a r iiftiicixti co n： k ：kik :x：-m匚=曲二一茁二：uJ J ; ifnLf 1 uHUjyLT-1 rIF；rT1IU-u UVUTLTLTU-LiJVL1UUUULUuu.I trir-.ll-廠Lfi r

12、ITlli r1Jv Tr-Lr iriL H.LLfZ3JZ rL uLi-ur廠 I-K7tnrUT圖3-4速度稍速移位波形圖圖3-5速度最速移位波形圖3.3仿真結果分析根據程序可知，當輸入DIN為00時選擇慢速檔，CLK的周期大約為30us,此時根 據仿真結果我們可以看出，當rst選為高電平時程序運行，隨著 CLK上升沿的到來輸出 Q做移位變化，開始從左向右移，然后從右向左移，然后從中間向兩邊移，最后從兩邊 向中間移，之后循環(huán)顯示。因為設定了復位功能，所以無論程序運行到哪個位置時，當 按下復位鍵rst時系統運行停止，回到最初設定值狀態(tài)，第一個燈點亮。當輸入 DIN為 01時選擇中速檔，C

13、LK的周期大約為25us，執(zhí)行以上循環(huán)顯示。當輸入 DIN為10時選 擇稍快檔，CLK的周期大約為20us，執(zhí)行以上循環(huán)顯示。當輸入 DIN為11時選擇最快 檔, CLK的周期大約為15us，執(zhí)行以上循環(huán)顯示。3.4硬件聯接341引腳分配仿真結束準確無誤后開始硬件連接，先分配引腳信息，本次設計共需21個引腳分配引腳信息截圖如圖3-4-1所示。*訶J jnq:Mh.Mi 皿AFJh _JW e*Cnjr 申.st F-ih 些F_t|rthjK! mt 3 HhjA圖3-6硬件引腳分配圖F曙、5 .九|Mh_if 臨.I* Mh_W ,HUL0pa.實驗箱硬件電路部分的線路連接再次編譯，設定好編

14、程下載方式后，根據引腳鎖定，將導線與相應數碼管及開關連 接好就可以進行硬件下載測試了。硬件連接如圖3-4-2所示。最后，將程序下載入芯片后，觀察硬件運行結果，即LED燈的顯示情況。經測試，所編寫的程序達到了課程設計 的要求，并得要了相應的結果。第一種顯示是從左向右逐個點亮 LED第二種顯示：從右向左逐個點亮 LED第三 種顯示：從兩邊向中間逐個點亮 LED第四種顯示：從中間到兩邊逐個點亮LED在每個顯示模式之間沒有多余顯示結果，直接進入下一種模式，直至四種模式全部循環(huán)完再 開始下一輪循環(huán)。四種顯示模式通過自動切換，并帶有一位復位鍵控制系統的運行停止。 當rst按鍵按下時，led停止顯示，保持按

15、下前的狀態(tài)，如過不按 rst,十六位led燈四 種模式通過自動循環(huán)模式顯示。DIN所連接的兩個撥碼開關控制循環(huán)速度，共有慢速， 中速，稍快，快四個檔速分別靠手動預置實現。圖3-7硬件連接圖總結為期近一周的EDA課程設計終于結束了，回顧這一周真的覺得自己受益匪淺，不僅 對書本知識有了更全面更深刻的理解，還掌握了Quartus U這款軟件的基本用法。為以后的工作又增加了一門新技能。在上機操作的過程中，剛開始我們遇到了很多的困難， 引腳的設定，頂層文件的建立，畫圖中連線的區(qū)分，這些雖然都是小細節(jié)，但都必須注 意，否則就會影響整個設計的實驗，經過對最簡單的模型的設計及仿真練習過后，我們 基本掌握了軟件

16、的使用方法，通過軟件仿真及對各個參數的設置，我們不斷調試仿真出 來的波形。在這個過程中我明白了，要想避免實驗中走彎路，首先程序要邏輯清晰，簡 潔明了，避免不必要的嵌套與條用，其次要適當地給程序加上注解文字，提高可讀性， 以方便之后的程序出錯時進行查找。雖然軟件的仿真功能很強大，但是還是需要操作人 員仔細的進行觀察及調試的，否則也容易出現仿真錯誤。最后充分利用仿真軟件提供的 各項編譯工具與報錯消息，按圖索驥，有方向的完成程序調試。網上搜集的一些資料也 給予了我很大的幫助。這次的學習開闊了我們的視野，使我們了解了更多的專業(yè)方面的實際應用，在生產 應用方面的用處等，以及專業(yè)方面的發(fā)展方向等隨著電子技術和計算機技術的不斷 發(fā)展，在涉及通信、國防、航天、工業(yè)自動化、儀器儀表等領域的電子系統設計工作中， EDA技術的含量正以驚人的速度上升，它已成為當今電子技術發(fā)展的前沿之一。EDA技術發(fā)展迅猛，完全可以用日新月異來描述。EDA技術的應用廣泛，現在已涉及到各行各業(yè)。EDA水平不斷提高，設計工具趨于完美的地步，所以我們更加應該多多掌握這方面 的知識。書本上的知識要想學會并且了解，必須在實踐中才能深入的掌握所學的知識，要不 就是紙上談兵，不論說的多么華麗，只有在實踐