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CPLDFPGA课程设计-基于Verilog-HDL的彩灯控制器.pdf
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彩灯控制的设计(CPLD/FPGA 课程设计)
CPLD/FPGA 课程设计
项目名称
专业班级
学生学号
学生姓名
指导教师
基于 FPGA 的彩灯控制
物联网工程 132 班
2016 年 6 月 15 日
I
物联网工程 112 班,姓名 周浩杰(CPLD/FPGA 课程设计)
摘 要
本课程设计提出基于 FPGA 的彩灯控制器的设计与分析,设计由分频器模块,数据
选择器模块,彩灯控制模块组成,基本原理是通过分频器产生不同频率时钟信号,表示
彩灯显示的快慢,然后通过数据选择器进行选择,进而通过彩灯花型控制器显示不同种
类的彩灯花型。本设计运用运用 Verilog HDL 语言在 Modelsim 软件上进行了实验程序
的编译和波形的仿真,具有代码简单易懂,功能易实现的特点,通过不断地调试和代码
的多次完善,最终实现完整的彩灯控制器,达到了自主设计逻辑电路的水平。
关键词:彩灯控制; Verilog HDL 语言;Modelsim 软件
III
彩灯控制的设计(CPLD/FPGA 课程设计)
Abstract
The curriculum design is proposed based on FPGA octal lantern controller design and
analysis, design by the frequency divider module, data selector module lantern control
module, the basic principle is through a frequency divider generated clock signal with
different frequency and express the lantern display of speed, then through the data selector,
and then through the lantern flower type controller display lights in different kinds of flowers.
This design by using Verilog HDL language in the Modelsim software of experimental
program compiling and waveform simulation, with easy to understand code, function is easy
to realize the characteristics by continuous debugging and code improved several times, and
ultimately complete the lantern controller, up to the level of the independent design of logic
circuit.
Keywords
:
The lantern controller; Verilog HDL language ; The Modelsim software
III
物联网工程 132 班,许潇洒 彩灯控制器的设计(CPLD/FPGA 课程设计)
目 录
摘 要.........................................................................................................................................I
Abstract .................................................................................................................................... III
第一章 绪论.............................................................................................................................. 1
1.1 课题背景..................................................................................................................... 1
1.2 彩灯控制的实际研究意义......................................................................................... 3
第二章 彩灯控制相关模块的设计以及原理.......................................................................... 4
2.1 总体设计..................................................................................................................... 4
2.1.1 方案比较............................................................................................................ 4
2.1.2 方案论述............................................................................................................ 5
2.1.3 方案选择............................................................................................................ 5
2.2 相关模块..................................................................................................................... 5
2.2.1 时钟信号模块.................................................................................................... 5
2.2.2 节拍快慢控制模块............................................................................................ 6
2.2.3 彩灯控花型控制模块........................................................................................ 6
第三章 彩灯控制的软件程序设计.......................................................................................... 8
3.1 Modelsim 软件介绍 ...................................................................................................8
3.2 彩灯控制程序设计..................................................................................................... 9
3.2.1 分频器程序........................................................................................................ 9
3.2.2 数据选择器程序.............................................................................................. 10
3.2.3 彩灯花样程序.................................................................................................. 11
第四章 仿真调试.................................................................................................................. 13
4.1 仿真过程................................................................................................................... 13
4.2 仿真结果................................................................................................................... 15
结论.......................................................................................................................................... 19
参考文献.................................................................................................................................. 20
附 录...................................................................................................................................... 21
致 谢...................................................................................................................................... 28
IV
物联网工程 132 班,许潇洒 彩灯控制器的设计(CPLD/FPGA 课程设计)
第一章 绪论
1.1 课题背景
1. FPGA
FPGA 采用了逻辑单元阵列 LCA(Logic Cell Array)这样一个新概念,内部包括可
配置逻辑模块 CLB(Configurable Logic Block)、输出输入模块 IOB(Input Output
Block)和内部连线(Interconnect)三个部分。FPGA 的基本特点主要有:
1)采用 FPGA 设计 ASIC 电路,用户不需要投片生产,就能得到合用的芯片。
2)FPGA 可做其它全定制或半定制 ASIC 电路的中试样片。
2)3)FPGA 内部有丰富的触发器和 I/O 引脚。
4)FPGA 是 ASIC 电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。
5)FPGA 采用高速 CHMOS 工艺,功耗低,可以与 CMOS、TTL 电平兼容。
可以说,FPGA 芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
2. EDA
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。
EDA 是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写,在 20 世纪 60 年
代中期从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)
和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来的。它以计算机为工具,设计者在 EDA 软
件平台上,用硬件描述语言 VHDL 完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、
化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻
辑映射和编程下载等工作。EDA 技术的出现,极大地提高了电路设计的效率和可操作
性,减轻了设计者的劳动强度。EDA 技术(即 Electronic Design Automation 技术)就是
依赖强大的计算机,在 EDA 工具软件平台上,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,自动的完成逻辑编译、化
简、分割、综合、布局布线以及逻辑优化和仿真测试,直至实现既定的电子线路系统功
能。他在硬件实现方面融合了大规模集成电路制造技术、IC 版图设计、ASIC 测试和封
装、FPGA(Field Programme Gate Array)CPLD(Complex Programme Logic Device)编
程下载和自动测试等技术:在计算机辅助工程方面融合了计算机辅助设计( CAD),计
1
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