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EDA课程设计之八路彩灯控制系统.pdf
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西华大学课程设计说明书
目 录
1 前言................................................................................................................... 2
2 总体方案设计................................................................................................... 3
2.1 方案比较..........................................................................................................3
2.2 方案论述..........................................................................................................4
2.3 方案选择..........................................................................................................4
3 单元模块设计.................................................................................................... 5
3.1 时钟信号模块..................................................................................................5
3.2 节拍快慢控制模块..........................................................................................6
3.3 彩灯控花型控制模块......................................................................................7
4 软件设计 ........................................................................................................... 9
4.1 Quartus Ⅱ简介.............................................................................................9
4.2 Qartus Ⅱ设计开发流程.............................................................................10
5 系统调试 .......................................................................................................... 11
6 系统功能及指标参数 ....................................................................................... 12
7 设计总结与体会 ............................................................................................... 13
8 参考文献 .......................................................................................................... 14
附录 1 总设计图及仿真图................................................................................... 15
附录 2 Verilog HDL 源程序 ............................................................................... 16
~ 1 ~
西华大学课程设计说明书
1 前言
在经济和商业高度发达的今天,彩灯已经成为人民日常生活不可或缺的一部
分,已经逐渐为越来越多的人们所关注,在家庭中的普及率不断提高,大大的丰
富和点缀了人民的生活。彩灯由不同的颜色的 LED 灯组成,通过控制不同颜色的
灯的亮与灭,呈现给人们不同的花塑和图案,极大的点缀了单调的都市夜景,让
城市成为了多姿多彩的不夜城。
当今社会是数字化的社会,也是数字集成电路广泛应用的社会,数字本身在
不断的进行更新换代。它由早起的电子管、晶体管、小中规模集成电路发展到超
大规模集成电路以及许多具有特定功能的专用集成电路。而 EDA 技术就是以微电
子技术为物理层面,现代电子设计为灵魂,计算机软件技术为手段,最终形成集
成电子系统或专用集成电路 ASIC 为目的的一门新兴技术。
Verilog HDL 是一种应用较为广泛的 HDL 语言,能对范围广泛的各种复杂的
网络在不同的抽象级加以描述,而且在整个设计过程中可使用同一种语言。采用
Verilog HDL 作为 HDL 综合设计的优点有:标准语言,即设计者可在不同环境下
进行设计;仿真和综合均可采用同一种语言进行;Verilog HDL 中提供的大量的
资源模块,简化了设计者的开发工作;由Verilog HDL 描述的源文件既是程序文
件又可作为设计的文档。
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西华大学课程设计说明书
2 总体方案设计
彩灯控制器的核心设计部分是彩灯花型的控制模块,显示部分相对比较容
易。分频器的设计方法多种多样,我设计的是比较常见的一种。外接 clk 为始终
输入基准信号,彩灯节奏的快慢用选择开关 select[1:0]。针对课题要求设计了
如图 2.1 所示总体框图。
图 2.1 八路彩灯总体框图
2.1 方案比较
该设计主要是以 FPGA 为基础,通过硬件描述语言 Verilog HDL 灵活多变的
改变彩灯显示的花型以及宽快慢,对此这几了以下两个方案。
方案一:总体电路共分三大块。第一块实现时钟信号的产生;第二块实现花
型的控制及节拍控制;第三块实现花型的演示。主题框图如图 2.2 所示。
图 2.2 八路彩灯设计框图
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西华大学课程设计说明书
方案二:在方案一的基础上将整体电路分为四个模块。第一块实现花型的演
示;第二块实现花型的控制;第三块实现节拍快慢控制;第四块实现时钟信号的
产生。并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法,如花型的控制。
如图 2.3 所示。
图 2.3 八路彩灯模块化框图
2.2 方案论述
方案一与方案二最大的不同就在,前者将花型控制与节拍控制两种功能融合
在一起,是考虑到只要计数器就可以实现其全部功能的原因,且原理相对简单。
这样设计,其优点在于:设计思想比较简单。元件种类使用少,且都较熟悉易于
组装电路。缺点则是:中间单元电路连线过于繁多,容易出错。且可能出现线与
关系。要避免这些,则势必造成门电路使用过多。导致电路不稳定,抗干扰能力
下降。而后者则将以上两种功能分开设计,各单元电路只实现一种功能。其优点
在于:电路设计模块化,易于检查电路,对后面的电路组装及电路调试带来方便。
缺点则是:节拍控制电路采用可编辑逻辑电路,原理相对复杂,不易理解。花型
控制电路简单,花型也比较简单。
2.3 方案选择
方案一主要设计过程简单明了,而且花型控制和快慢结合在一起,用一个计
数器就能而过轻松地实现功能,但是细节太多容易出错。方案二虽然多了一个步
骤,但是每个模块只完成一个功能,相对更容易上手。所以基于以上原因,加上
为了确保短时间内完成课程设计,我选择了连线少,易于调试的方案二。
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