8路彩灯控制器课程设计设计报告

EDA

课程设计报告

课题名称：8路彩灯控制器课程设计

专业年级：电子信息科学与技术2009级

学号： ********

学生姓名： ********

指导教师：*********

报告完成日期2011 年 6 月10日

第一章绪论

1.1 系统背景

EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）缩写，是90年代初从CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAT（计算机辅助测试）和CAE（计算机辅助工程）的概念发展而来的。EDA技术是以计算机为工具，根据硬件描述语言HDL（Hardware Description language）完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合及优化、布局布线、仿真以及对于特定目标芯片的适配编译和编程下载等工作。

伴随着计算机、集成电路和电子设计技术的发展，EDA技术在过去的几十年里取得了巨大的进步。EDA技术使得设计者的工作仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言和EDA软件便可完成对系统硬件功能的实现。如今，EDA软件工具已经成为电子信息类产品的支柱产业。从高性能的微处理器、数字信号处理器一直到彩电、音响和电子玩具电路等，EDA技术不单是应用于前期的计算机模拟仿真、产品调试，而且也在P哪的制作、电子设备的研制与生产、电路板的焊接、朋比的制作过程等有重要作用。可以说电子EDA技术已经成为电子工业领域不可缺少的技术支持。相比传统的电路系统的设计方法，VHDL具有多层次描述系统硬件功能的能力，支持自顶向下（Top to Down）和基于库（LibraryBased）的设计的特点。因此设计者可以不必了解硬件结构。从系统设计入手，在顶层进行系统方框图的划分和结构设计，在方框图一级用VHDL对电路的行为进行描述，并进行仿真和纠错，然后在系统一级进行验证，最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表，下载到具体的CPLD器件中去，从而实现可编程的专用集成电路（ASIC）的设计。

用VHDL 语言进行数字逻辑电路和数字系统的设计,是电子电路设计方法上的一次革命性变革。与传统设计方法相比,VHDL 描述电路行为的算法有很多优点: (1) 设计层次较高、用于较复杂的计算时,能尽早发现存在的问题,缩短设计周期;

(2) 独立实现,修改方便,系统硬件描述能力强; (3) 可读性好,有利于交流,适合于文档保存; (4) VHDL 语言标准、规范、移植性强;

(5) VHDL 类型众多而且支持用户自定义类型,支持自顶而下的设计方法和多种电路的设计。

1.2课程设计内容

本次课程设计是设计一个8路彩灯控制器，能够控制8路彩灯按照两种节拍，三种花型循环变化。两种节拍分别为0.25s 和0.5s 。三种花型分别是：

（1）8路彩灯分成两半，从左至右顺次渐渐点亮，全亮后则全灭。 （2）从中间到两边对称地渐渐点亮，全亮后仍由中间向两边逐次熄灭。 （3）8路彩灯从左至右按次序依次点亮，全亮后逆次序依次熄灭。 设计完成后，在试验箱上进行仿真，与实验需要达到的要求进行对比，验证是否正确。

通过本次课程设计，需达到以下目的：

1．熟悉Max+plus Ⅱ软件的使用方法,使自己能更加熟练的操作. 并能熟悉使用原理图输入设计法和 VHDL 文本输入设计法进行设计,完成设计任务. 2．增强自己实际动手能力,独立解决问题的能力. 3．通过对课程设计对以前所学的知识进行更新及巩固.

第二章 系统电路设计

2.1系统总体设计框架结构

CLK

分频模块：把时钟脉冲二分频，得到另一个时钟脉冲，让这两种时钟脉冲来交替控制花型的速度。

8路彩灯

的三种花型控制模块

分频模块

二选一模块

输出

二选一模块：选择两种频率中的一个控制彩灯的花型。

8路彩灯的三种花型控制模块：整个系统的枢纽，显示彩灯亮的情况。2.2 系统硬件单元电路设计

2.2.1分频模块设计

程序：library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

entity fenpin2 is

port( clk:in std_logic;

clkk:out std_logic);

end fenpin2;

architecture behav of fenpin2 is

begin

process(clk)

variable clkk1:std_logic:='0';

begin

if clk'event and clk='1' then clkk1:= not clkk1;

end if;

clkk<=clkk1;

end process;

end behav;

仿真波形:

右上图可知，输出clkk的频率只有clk的一半，所以二分频的目的达到，程序无误。用用二分频可组成四分频和其他分频。如：

2.2.2二选一模块设计

程序：library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

entity mux21 is

port(a,b,s:in std_logic;

y:out std_logic);

end mux21;

architecture behave of mux21 is

begin

process(a,b,s)

begin

if s='0' then y<=a;

else y<=b;

end if;

end process;

end behave;

仿真波形：

此模块常用，无问题。

2.2.3 8路彩灯的三种花型控制模块设计程序:Library ieee;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USE IEEE.STD_LOGIC_unsigned.ALL; entity color8 is

port(clk,rst :in std_logic;

q:out std_logic_vector(7 downto 0)); end;

architecture a of color8 is

signal s:std_logic_vector(4 downto 0); begin

process(s,clk)

begin

if rst='1' then s<="00000";

elsif clk'event and clk= '1' then

if s="11111" then

s<="00000";

else s<=s+1;

end if;

case s is

when "00000"=>q<="00000000"; when "00001"=>q<="10001000"; when "00010"=>q<="11001100"; when "00011"=>q<="11101110"; when "00100"=>q<="11111111"; when "00101"=>q<="00000000"; when "00110"=>q<="00011000"; when "00111"=>q<="00111100"; when "01000"=>q<="01111110"; when "01001"=>q<="11111111"; when "01010"=>q<="11100111"; when "01011"=>q<="11000011"; when "01100"=>q<="10000001"; when "01101"=>q<="00000000"; when "01110"=>q<="10000000"; when "01111"=>q<="11000000"; when "10000"=>q<="11100000"; when "10001"=>q<="11110000";

when "10010"=>q<="11111000";

when "10011"=>q<="11111100";

when "10100"=>q<="11111110";

when "10101"=>q<="11111111";

when "10110"=>q<="11111110";

when "10111"=>q<="11111100";

when "11000"=>q<="11111000";

when "11001"=>q<="11110000";

when "11010"=>q<="11100000";

when "11011"=>q<="11000000";

when "11100"=>q<="10000000";

when "11101"=>q<="00000000";

when others=>null;

end case;

end if;

end process;

end;

仿真波形：

由上波形图可知，彩灯是按照三种花型变化的。此模块灵活多变，可添加更多的花型。

2.3系统硬件电路

第三章实验结果和分析

3.1 实验使用的仪器设备

电脑一台，EDA实验仪等。

3.2 测试结果分析

1.系统电路图画好后，先进性波形仿真，波形仿真图如下：

彩灯状态图

2.EDA实验仪采用的是ACEX1K系列中的EP1K30TC44-3 芯片，所以在选择芯片时，应选对芯片。

3.引脚设定（Assign —Pin/Location/Chip ）

引脚 Pin 引脚 Pin clk 54 qq3 80 s 98 qq4 81 rst 97 qq5 82 qq0 73 qq6 83 qq1 78 qq7 86 qq2

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4.保存，再次编译，注意是否有警告和错误。

5.无误后，连接试验箱与电脑。

6.打开实验板电源，下载编程，执行Max+Plus Ⅱ—Programmer —Configure （注意下载口的选择――ByteBlaster 口，下载过程中要等到数码管显示变为0且稳定后再进行操作），验证结果是否正确。 此实验选择实验电路结构No.1，看到上面八个LED 灯按照下面表格的状态进行变化，符合课程设计要求。下表是彩灯状态图：

彩灯状态图

序号 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 说 明

0 0 0 0 0 0 0 0 0 第一种花型：8路彩灯分成两半，从左至右顺次渐亮，全亮后则全灭。

1 1 0 0 0 1 0 0 0

2 1 1 0 0 1 1 0 0

3 1 1 1 0 1 1 1 0

4 1 1 1 1 1 1 1 1 5

第二种花型：从中间

6 0 0 0 1 1 0 0 0 到两边对称地渐亮，全亮后仍由中间向两边逐次渐灭。

7 0 0 1 1 1 1 0 0 8 0 1 1 1 1 1 1 0 9 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 1 0 0 1 1 1 11 1 1 0 0 0 0 1 1 12 1 0 0 0 0 0 0 1 13 0 0 0 0 0 0 0 0 14 1 0 0 0 0 0 0 0 第三种花型：顺序

15 1 1 0 0 0 0 0 0 16 1 1 1 0 0 0 0 0 17 1 1 1 1 0 0 0 0 18 1 1 1 1 1 0 0 0 19 1 1 1 1 1 1 0 0 20 1 1 1 1 1 1 1 0 21 1 1 1 1 1 1 1 1 22 1 1 1 1 1 1 1 0 第三种花型：逆序

23 1 1 1 1 1 1 0 0 24 1 1 1 1 1 0 0 0 25 1 1 1 1 0 0 0 0 26 1 1 1 0 0 0 0 0 27 1 1 0 0 0 0 0 0 28 1 0 0 0 0 0 0 0

结束语

本次课程设计是按照先找系统原型，确定实验要求，然后综合出系统框图，按照系统框图设计各个模块，最后综合起来进行的。这也是做综合设计的基本方法。本次试验的彩灯控制器主要程序是设计其变化花型，比较灵活，可任意添加，非常实用。

在实验过程中，我也遇到了一些问题。但在自己的思考和同学的帮助下得到了圆满的解决。通过这次做EDA 课程设计我发现自己的看法有点太片面了。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。最后终于做完了，有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

整个课程设计过程我都认真地完成了，对此，我总结了以下几点：

第一，通过本次课程设计，我熟悉和掌握了课程设计的基本方法和步骤，提高了综合实验能力。

第二，本次课程设计加深了我对EDA技术的进一步深入理解。熟悉了VHDL 程序编写和原理图输入法的优缺点，为我以后更好地运用MAX+Plus II奠定了良好的基础。

第三，通过这次课程设计，使我受益颇多。了解到课程实习设计是开端，连接是关键，测试是必须。既巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了常用集成电路芯片的使用。在此基础上学习了数字系统设计的基本思想和方法，学会了科学地分析实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题。同时，也培养了我认真严谨的态度。

对于本课程设计，还有许多方面可以进行改进。分频模块可以设计为四分频或更多，彩灯花型也可继续添加。试验箱上的电路结构模式9有16个彩灯，所以本课程设计也可设计16路彩灯控制器。

参考文献

[1] 潘松.EDA技术实用教程（第三版）.科学出版社，2010-7.

[2] 谭会生.EDA技术与应用.西安电子科技大学出版社