《彩燈控制器設計》word版

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1、彩燈控制器設計 摘要 一、系統(tǒng)設計要求 設計一個控制電路來實現(xiàn)8路彩燈按照一定的次序和時間間隔閃爍。具體要求如下： 1、當控制開關為0時，燈全滅；當控制開關為1時，從第一盞開始，依次點亮，時間間隔為1秒。期間一直保持只有一盞燈亮、其他燈全滅的狀態(tài)。 2、?8盞燈依次亮完后，從第8盞開始依次滅，期間一直保持只有一盞燈滅、其他燈全亮的狀態(tài)。 3、當8盞燈依次滅完后，8盞燈同時亮同時滅，其時間間隔為0.5秒，并重復4次。 4、只要控制開關為1，上述亮燈次序不斷重復。 5、用層次化設計方法設計該電路，編寫各個功能模塊的程序。 6、仿真各功能模塊，通過觀察有關波形確認電路設計是否正確。

2、 7、完成電路設計后，用實驗系統(tǒng)下載驗證設計的正確性。 二、系統(tǒng)總體結構 系統(tǒng)框圖如下所示， ENA為控制開關，輸入信號為2Hz，經(jīng)過分頻器分頻之后產(chǎn)生一個1Hz的時鐘信號，用兩個12位內(nèi)部信號的左、右移后的中間8位來控制8個燈的亮與滅。計數(shù)器1和計數(shù)器2的作用：一方面用2Hz和1Hz的時鐘信號控制燈亮、滅的時間間隔；另一方面控制八盞燈的依次亮、依次滅和全亮、全滅。 使能信號ENA為無效電平時（低電平），8只LED燈保持全滅的狀態(tài)；當使能信號ENA為有效電平時（高電平），8只按照既定的花型進行變換，首先2Hz的時鐘信號在分頻器的左右下改變?yōu)?Hz的時鐘信號，該1Hz的時鐘信號送至計數(shù)

3、器2、左移和右移模塊，并由計數(shù)器2實現(xiàn)左、右移模塊的選擇。分別實現(xiàn)8只LED燈的自左向右依次點亮，以及自右向左依次熄滅的花型變換；當完成自右向左的花型變換后，計數(shù)器2給出一個控制信號給計數(shù)器1，執(zhí)行全亮全滅的花型變換，該模塊的時鐘信號是未經(jīng)分頻器分頻的原始時鐘信號2Hz。只要使能信號有效，那么該系統(tǒng)就按照以上的花型變換順序一直永序的變換下去。 三、各功能模塊 1、時鐘信號二分頻模塊： 功能描述：該模塊的功能主要是將頻率為2Hz的時鐘信號分頻頻率為1Hz的時鐘信號，并將頻率為1Hz的時鐘信號輸出給左移、右移模塊作為這兩個模塊時鐘觸發(fā)信號。 代碼部分： LIBRARY IEEE; US

4、E IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY clk_div2 IS PORT(CLK:IN STD_LOGIC; ?????OUTPUT:BUFFER STD_LOGIC); END clk_div2 ; ARCHITECTURE one OF clk_div2 IS ??BEGIN PROCESS(CLK) ??????BEGIN ????????IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN ??????????OUTPUT<=NOT OUTPUT; ???????

5、?END IF; ??END PROCESS; END one;? 仿真波形： 2、計數(shù)器模塊： 功能描述：該模塊的主要功能是通過計數(shù)，實現(xiàn)對左移及右移模塊的選通，并在右移和左移模塊完成后，跳轉到循環(huán)取反模塊執(zhí)行指令。 計數(shù)器1代碼部分： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY count1 IS PORT(CLK,ENA:IN STD_LOGIC; ?????OUTPUT:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0))

6、; END count1; ARCHITECTURE one OF count1 IS ??SIGNAL CQ:STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0); ???BEGIN PROCESS(CLK,ENA) ???????BEGIN ?????????IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN ???????????IF ENA='1' THEN ?????????????IF CQ<"100111" THEN CQ<=CQ+1; ???????????????IF CQ="100000" THEN OUTPUT<="10"; ??????

7、?????????ELSIF CQ="100001" THEN OUTPUT<="01"; ???????????????ELSIF CQ="100010" THEN OUTPUT<="10"; ???????????????ELSIF CQ="100011" THEN OUTPUT<="01"; ???????????????ELSIF CQ="100100" THEN OUTPUT<="10"; ???????????????ELSIF CQ="100101" THEN OUTPUT<="01"; ???????????????ELSIF CQ="100110" THEN OUT

8、PUT<="10"; ???????????????ELSIF CQ="100111" THEN OUTPUT<="01"; ???????????????END IF;??? ?????????????ELSE CQ<="000000";OUTPUT<="00"; ?????????????END IF; ???????????ELSE CQ<="111111"; ???????????END IF; ????????END IF; ?????END PROCESS; ?END one; 仿真波形： 計數(shù)器2代碼： LIBRARY?IEEE; USE IEEE.ST

9、D_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY count2 IS PORT(CLK,ENA:IN STD_LOGIC; ?????OUTPUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0)); END count2; ARCHITECTURE one OF count2 IS ??SIGNAL CQ:STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0); ???BEGIN PROCESS(CLK,ENA) ???????BEGIN ?????????IF CLK'EVENT AN

10、D CLK='1' THEN ???????????IF ENA='1' THEN ?????????????IF CQ<"010011" THEN CQ<=CQ+1; ???????????????ELSE CQ<="000000"; ?????????????END IF; ???????????ELSE CQ<="111111"; ?????????END IF; ???????END IF; ?????END PROCESS; ?????OUTPUT<=CQ; END one; 仿真波形： 3、循環(huán)右移模塊： 功能描述：該功能實現(xiàn)8只LED燈的從左向右依次點亮

11、的功能，點亮過程中，每時每刻都保證只有一個LED被點亮，其它LED全滅的狀態(tài)。時間間隔為1S。 代碼部分： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY rightmove IS PORT(CLK,ENA:IN STD_LOGIC; ?????COUNT:IN STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0); ?????OUTPUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0)); END rightmove ; ARCHI

12、TECTURE one OF rightmove IS ??BEGIN PROCESS(CLK,ENA,COUNT) ??????BEGIN ????????IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN ??????????IF ENA='1' THEN ??????????????CASE COUNT IS ????????????????WHEN "000000"=>OUTPUT<="001000000000"; ????????????????WHEN "000001"=>OUTPUT<="000100000000"; ????????????????WH

13、EN "000010"=>OUTPUT<="000010000000"; ????????????????WHEN "000011"=>OUTPUT<="000001000000"; ????????????????WHEN "000100"=>OUTPUT<="000000100000"; ????????????????WHEN "000101"=>OUTPUT<="000000010000"; ????????????????WHEN "000110"=>OUTPUT<="000000001000"; ????????????????WHEN "000111"=>OUTPUT<

14、="000000000100"; ????????????????WHEN OTHERS=>OUTPUT<="000000000000"; ??????????????END CASE; ??????????ELSE OUTPUT<="000000000000"; ??????????END IF; ???????END IF; ????END PROCESS; END one; 仿真波形： 4、循環(huán)左移模塊： 功能描述：該功能實現(xiàn)8只LED燈在從左向右依次點亮結束后，從右向左依次熄滅一只LED，熄滅過程中，每時每刻都保證只有一個LED被熄滅，其它LED全亮的狀態(tài)。時間間隔

15、為1S。 代碼部分： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY leftmove IS PORT(CLK,ENA:IN STD_LOGIC; ?????COUNT:IN STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0); ?????OUTPUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0)); END leftmove ; ARCHITECTURE one OF leftmove IS ??BEGIN PROCESS(

16、CLK,ENA,COUNT) ??????BEGIN ????????IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN ??????????IF ENA='1' THEN ??????????????CASE COUNT IS ????????????????WHEN OTHERS=>OUTPUT<="000000000000"; ??????????????END CASE; ??????????ELSE OUTPUT<="000000000000"; ??????????END IF; ???????END IF; ????END PROCESS; END

17、one; 仿真波形： 5、循環(huán)取反模塊： 功能描述：該模塊實現(xiàn)的是對完成逐個點亮和逐個熄滅的過程后，實現(xiàn)每秒2次的全亮、全滅的閃爍。即相鄰兩個動作之間的時間間隔為0.5S。 代碼部分： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY qufan IS PORT(CLK,ENA:IN STD_LOGIC; ?????COUNT:IN STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); ?????OUTPUT:BUFFER STD_LOGIC_VECT

18、OR(11 DOWNTO 0)); END qufan; ARCHITECTURE one OF qufan IS ??BEGIN PROCESS(CLK,ENA,COUNT) ??????BEGIN ????????IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN ??????????IF ENA='1' THEN ??????????????CASE COUNT IS ?????????????????WHEN "01"=>OUTPUT<=NOT OUTPUT; ?????????????????WHEN OTHERS=>OUTPUT<="0000000000

19、00"; ??????????????END CASE; ??????????ELSE OUTPUT<="000000000000"; ??????????END IF; ???????END IF; ????END PROCESS; END one; 仿真波形： 6、多選一模塊： 功能描述：此模塊選擇左移、右移或者是循環(huán)取反中的一個模塊信號送至8只LED燈。 代碼部分： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY qufan IS PORT(

20、CLK,ENA:IN STD_LOGIC; ?????COUNT:IN STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); ?????OUTPUT:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0)); END qufan; ARCHITECTURE one OF qufan IS ??BEGIN PROCESS(CLK,ENA,COUNT) ??????BEGIN ????????IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN ??????????IF ENA='1' THEN ??????????????CASE COUNT I

21、S ?????????????????WHEN "01"=>OUTPUT<=NOT OUTPUT; ?????????????????WHEN OTHERS=>OUTPUT<="000000000000"; ??????????????END CASE; ??????????ELSE OUTPUT<="000000000000"; ??????????END IF; ???????END IF; ????END PROCESS; END one; 仿真波形： 7、系統(tǒng)組合電路： 以上詳細地介紹了各個模塊的功能、代碼以及仿真波形。下面將把6個分模塊系統(tǒng)有序的整合在一起，形成

22、一個功能完整的系統(tǒng)。 仿真波形： 四、系統(tǒng)調(diào)試 1、該系統(tǒng)使用開發(fā)板電路模式N0.6，其電路結構為 2、使用的可編程芯片型號為FLEX EPF10K10-PLCC84。 3、在將程序下載到實驗箱上實際檢測的時候，引腳的設置是一項簡單 但極易出現(xiàn)錯誤的工作。時鐘信號由clock0送出，其時鐘頻率為2Hz， 使能信號ENA接的是實驗箱上的3號按鍵。 4、當控制開關ENA為0時，8只彩燈保持全滅的狀態(tài)；當控制開關ENA 為1時，彩燈按照預先設定的先自左向右依次點亮，全部點亮后按照自右向左的順序依次熄滅，依次漸亮和依次熄滅的過程中，始終保持只有一盞彩燈被點亮或熄滅，且時間間隔為1S。

23、當彩燈依次熄滅后，加快變換頻率，以0.5S的時間間隔全亮、全亮交替。 5、調(diào)試結果：此系統(tǒng)可以順利的實現(xiàn)了4的設定顯示效果。 五、總結 本次實驗課題主要包括四個階段：課題選擇階段、查閱資料階段、編程仿真階段、實驗箱檢測調(diào)試階段。 課題的選定是抽簽決定的，有不少人說彩燈是最簡單的一個課題。不過我認為沒什么簡單困難之分，不同的只是你對待它的態(tài)度。 查閱資料階段則主要圍繞的是選擇何種方案可以更好的實現(xiàn)要求得功能，并最終確定各個功能模塊的實現(xiàn)方案。 編程仿真階段則主要是把上一階段確定的方案變?yōu)閂HDL代碼，并編譯仿真得到仿真波形。 最后一個階段就是實驗箱檢測和調(diào)試階段，將已經(jīng)編譯仿真過的程序下載到實驗箱進行實際的檢測和調(diào)試。最終系統(tǒng)沒出現(xiàn)什么問題，編譯后的代碼下載到實驗箱后，彩燈順利實現(xiàn)要求的花型變換。 最后要感謝老師的悉心指導，課程設計中，遇到了不少問題，多虧了老師的悉心指導才能夠順利、及時地解決問題，使得課題能夠順利完成。通過這次的課題設計，我深深體會到知識通過應用才能體現(xiàn)其價值。