彩燈變換控制器設(shè)計(jì)說明

1、學(xué)號(hào)EDA技術(shù)及應(yīng)用A課程設(shè)計(jì)說明書彩燈變換控制器設(shè)計(jì)起止日期：2015年12月_28_日至2015年12月_3日學(xué)生班級(jí)13電信科1班成績(jī)指導(dǎo)教師（簽字）計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院電子信息工程系2015年12月31日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20152016學(xué)年第1學(xué)期計(jì)算機(jī)與信息工程 學(xué)院 電子信息工程 系 13 電信科 專業(yè)_1_班課程設(shè)計(jì)名稱：EDA技術(shù)及應(yīng)用A設(shè)計(jì)題目：彩燈變換控制器設(shè)計(jì)完成期限：自2015年12月28_日至2015年J2_月日共丄周一課程設(shè)計(jì)依據(jù)在掌握常用數(shù)字電路原理和技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)EDA技術(shù)及應(yīng)用課程所學(xué)知識(shí)，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(tái)（達(dá)盛試驗(yàn)箱Cyclone n FPGA進(jìn)行初步數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)。二課程設(shè)計(jì)容設(shè)計(jì)彩燈控制器，實(shí)現(xiàn) 16個(gè)三色LED花樣顯示，具有 4種顯示模式：s0,從左到右逐個(gè)點(diǎn)亮LED s1，從右到左逐個(gè)點(diǎn)亮 LED; s2，從兩邊到中間逐個(gè)點(diǎn)亮；s3，從中見到兩邊逐個(gè)點(diǎn)亮。每個(gè)模式有4檔速度，快、稍快、中速、慢速；設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯實(shí)現(xiàn)模式的自動(dòng)循環(huán)切換，速度切換，顏 色手動(dòng)切換。（提示：可把各種圖形存儲(chǔ)在片ROM中，通過數(shù)據(jù)讀取實(shí)現(xiàn)）。擴(kuò)展設(shè)計(jì)：LED通過串行移位寄存器進(jìn)行連接（串行驅(qū)動(dòng)采用HC595或MBI5026驅(qū)動(dòng)）。三.課程設(shè)計(jì)要求1. 要求獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)。2.

3、課程設(shè)計(jì)說明書封面格式要求見天津城建大學(xué)課程設(shè)計(jì)教學(xué)工作規(guī)附表13. 課程設(shè)計(jì)的說明書要求簡(jiǎn)潔、通順，計(jì)算正確，圖紙表達(dá)容完整、清楚、規(guī)。4. 測(cè)試要求：采用 modelsim或Quartus進(jìn)行時(shí)序仿真，并在實(shí)驗(yàn)箱上驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。5. 課設(shè)說明書要求：1）說明題目的設(shè)計(jì)原理和思路、采用方法及設(shè)計(jì)流程。2）對(duì)各子模塊的功能以及各子模塊之間的關(guān)系作明確的描述。3）對(duì)實(shí)驗(yàn)和調(diào)試過程，仿真結(jié)果和時(shí)序圖進(jìn)行說明和分析。4）包含系統(tǒng)框圖、電路原理圖、HDL設(shè)計(jì)程序、仿真測(cè)試圖。指導(dǎo)教師（簽字）：教研室主任（簽字）：批準(zhǔn)日期：2015 年12月24 日目錄第 1 章 設(shè)計(jì)方案及原理 11.1 設(shè)計(jì)方案 1

4、1.2 設(shè)計(jì)原理及流程 1第 2 章 設(shè)計(jì)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(jié)果分析 73.4 硬件聯(lián)接 83.4.1 引腳分配 83.4.2 實(shí)驗(yàn)箱硬件電路部分的線路連接 8總 結(jié) 9參考文獻(xiàn) 10第1章 設(shè)計(jì)方案及原理1.1設(shè)計(jì)方案本次課程設(shè)計(jì)采用Verilog HDL硬件描述語言編寫控制程序，應(yīng)用 Quartus U軟件 實(shí)現(xiàn)仿真測(cè)試。擬定系統(tǒng)方案框圖，畫出系統(tǒng)框圖中每框的名稱、信號(hào)的流向，各框圖 間的接口。使用Verilog HDL設(shè)計(jì)軟件畫出原理圖，采用FPG

5、AS片對(duì)LED燈進(jìn)行控制， 使其達(dá)到流水跑馬燈顯示的效果，LED燈采用共陽極接法，當(dāng)給它一個(gè)低電平時(shí)，LED點(diǎn)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(dá)到控制的目的。1.2設(shè)計(jì)原理及流程本次試驗(yàn)我的容是彩燈變換控制器設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)，下面我簡(jiǎn)單的進(jìn)行一下原理的闡述設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的要求是控制 16個(gè)LED進(jìn)行花樣顯示，具有4種顯示模式， 所以應(yīng)設(shè)計(jì)四種顯示模塊：第一種顯示是從左向右順序點(diǎn)亮LED第二種顯示：從右向左順序點(diǎn)亮LED第三種顯示：從兩邊向中間順序點(diǎn)亮LED第四種顯示：從中間到兩邊順序點(diǎn)亮LED每個(gè)模式有4檔速度，快、稍快、中速、慢

6、速；四種顯示模式自動(dòng)循 環(huán)切換，速度切換，顏色手動(dòng)切換。為了完成要求的效果顯示，我準(zhǔn)備以下方案。由于要求比較簡(jiǎn)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(diǎn)亮，并采用LED燈共陽極接法， 當(dāng)給LED低電平時(shí)LED燈點(diǎn)亮，那么當(dāng)我們需要點(diǎn)亮某位 LED燈時(shí)，只需在該位上賦予 低電平即可。本次設(shè)計(jì)中我要實(shí)現(xiàn) 16個(gè)LED燈從左到右依次點(diǎn)亮，那么就可以給這 16 個(gè)數(shù)碼燈分別賦值,經(jīng)過一段時(shí)間的延時(shí)后再給其賦值 再經(jīng)過一段時(shí)間延時(shí)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(shí)現(xiàn)要求中所要求的。同理，要實(shí)現(xiàn) 數(shù)碼燈從右向左依次點(diǎn)亮，從中間向兩端依次點(diǎn)亮，從兩端向中間依次

7、點(diǎn)亮都可以采用 這樣賦值的方法。為了達(dá)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(jìn)程中， 這樣在完成了一種顯示方式后就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入下一種設(shè)定 好的顯示模式，如此反復(fù)循環(huán)。任務(wù)中要求實(shí)現(xiàn)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(guān)控 制速率，共用慢速、中速、稍快、快四檔速度。設(shè)計(jì)中我還為程序增添了復(fù)位功能，當(dāng) 需要程序復(fù)位時(shí)，只需按下 rst 鍵，此時(shí)程序不管走都那里，只要執(zhí)行這條語句，確定 復(fù)位鍵按下時(shí)，程序立刻返回到程序執(zhí)行語句的第一步，程序接著進(jìn)行新的循環(huán)點(diǎn)亮。第 2 章 設(shè)計(jì)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(gè) LEDoutput CLK;/ 自定義時(shí)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(jié)果分析根據(jù)程序可知，當(dāng)輸入DIN為00時(shí)選擇慢速檔，CLK的周期大約為30us,此時(shí)根 據(jù)仿真結(jié)果我們可以看出，當(dāng)rst選為高電平時(shí)程序運(yùn)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?yàn)樵O(shè)定了復(fù)位功能，所以無論程序運(yùn)行到哪個(gè)位置時(shí)，當(dāng) 按下復(fù)位鍵rst時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行停止，回到最初設(shè)定值狀態(tài)，第一個(gè)燈點(diǎn)亮。當(dāng)輸入 DIN為 01時(shí)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(dāng)輸入 DIN為10時(shí)選 擇稍快檔，CLK的周期大約為20us，執(zhí)行以上循環(huán)顯示。當(dāng)輸入 DIN為11時(shí)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(lián)接341引腳分配仿真結(jié)束準(zhǔn)確無誤后開始硬件連接，先分配引腳信息，本次設(shè)計(jì)共需21個(gè)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(shí)驗(yàn)箱硬件電路部分的線路連接再次編譯，設(shè)定好編

14、程下載方式后，根據(jù)引腳鎖定，將導(dǎo)線與相應(yīng)數(shù)碼管及開關(guān)連 接好就可以進(jìn)行硬件下載測(cè)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(yùn)行結(jié)果，即LED燈的顯示情況。經(jīng)測(cè)試，所編寫的程序達(dá)到了課程設(shè)計(jì) 的要求，并得要了相應(yīng)的結(jié)果。第一種顯示是從左向右逐個(gè)點(diǎn)亮 LED第二種顯示：從右向左逐個(gè)點(diǎn)亮 LED第三 種顯示：從兩邊向中間逐個(gè)點(diǎn)亮 LED第四種顯示：從中間到兩邊逐個(gè)點(diǎn)亮LED在每個(gè)顯示模式之間沒有多余顯示結(jié)果，直接進(jìn)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(dòng)切換，并帶有一位復(fù)位鍵控制系統(tǒng)的運(yùn)行停止。 當(dāng)rst按鍵按下時(shí)，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(dòng)循環(huán)模式顯示。DIN所連接的兩個(gè)撥碼開關(guān)控制循環(huán)速度，共有慢速， 中速，稍快，快四個(gè)檔速分別靠手動(dòng)預(yù)置實(shí)現(xiàn)。圖3-7硬件連接圖總結(jié)為期近一周的EDA課程設(shè)計(jì)終于結(jié)束了，回顧這一周真的覺得自己受益匪淺，不僅 對(duì)書本知識(shí)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(jī)操作的過程中，剛開始我們遇到了很多的困難， 引腳的設(shè)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(xì)節(jié)，但都必須注 意，否則就會(huì)影響整個(gè)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過對(duì)最簡(jiǎn)單的模型的設(shè)計(jì)及仿真練習(xí)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(duì)各個(gè)參數(shù)的設(shè)置，我們不斷調(diào)試仿真出 來的波形。在這個(gè)過程中我明白了，要想避免實(shí)驗(yàn)中走彎路，首先程序要邏輯清晰，簡(jiǎn) 潔明了，避免不必要的嵌套與條用，其次要適當(dāng)?shù)亟o程序加上注解文字，提高可讀性， 以方便之后的程序出錯(cuò)時(shí)進(jìn)行查找。雖然軟件的仿真功能很強(qiáng)大，但是還是需要操作人 員仔細(xì)的進(jìn)行觀察及調(diào)試的，否則也容易出現(xiàn)仿真錯(cuò)誤。最后充分利用仿真軟件提供的 各項(xiàng)編譯工具與報(bào)錯(cuò)消息，按圖索驥，有方向的完成程序調(diào)試。網(wǎng)上搜集的一些資料也 給予了我很大的幫助。這次的學(xué)習(xí)開闊了我們的視野，使我們了解了更多的專業(yè)方面的實(shí)際應(yīng)用，在生產(chǎn) 應(yīng)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(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷 發(fā)展，在涉及通信、國(guó)防、航天、工業(yè)自動(dòng)化、儀器儀表等領(lǐng)域的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中， EDA技術(shù)的含量正以驚人的速度上升，它已成為當(dāng)今電子技術(shù)發(fā)展的前沿之一。EDA技術(shù)發(fā)展迅猛，完全可以用日新月異來描述。EDA技術(shù)的應(yīng)用廣泛，現(xiàn)在已涉及到各行各業(yè)。EDA水平不斷提高，設(shè)計(jì)工具趨于完美的地步，所以我們更加應(yīng)該多多掌握這方面 的知識(shí)。書本上的知識(shí)要想學(xué)會(huì)并且了解，必須在實(shí)踐中才能深入的掌握所學(xué)的知識(shí)，要不 就是紙上談兵，不論說的多么華麗，只有在實(shí)踐