基于FPGA的多路彩灯控制器的设计

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1、FPGA课程设计报告学院:信息工程学院班级：信息12级--1班姓名：牛月太学号:1267118130完成时间：2015年7月13日评阅意见：题目基于FPGA多路彩灯控制器的设计一、引言21世纪，电子技术迅猛发展，高薪技术日新月异。传统的设计方法正逐步退出历史的舞台，取而代之的是基于EDA技术的芯片设计技术，它正在成为电子系统设计的主流。大规模可编程器件现场可编程门阵列FPGA和复杂可编程逻辑器件CPLD是当今应用最广泛的两类可编程专用集成电路。--13--近年来，EDA技术高速发展使现代电子产品向着功能多样化，体积最小化，功耗最低化的方向发展。它与传统电子产

2、品在设计上的显著优势就是：第一大量使用大规模可编程逻辑器件，以提高产品性能，缩小产品体积，降低功耗。第二是广泛运用现代化计算机技术，以提高电子设计自动化程度，缩短开发周期，提高产品的竞争力。所以掌握这方面的应用极其重要，本题目就是基于FPGA这一技术完成实现的。众所周知，彩灯、流水灯、装饰灯等在日常生活和商业都有极其广泛的应用。具有很高的商业价值和研究价值。而对于越来越变化多端要求极高的灯饰行业，相对传统的单片机来说，FPGA的性价比越来越高，功能强大，能轻松的完成对彩灯的控制。随着科技的发展,在现代生活中,彩灯作为一种景观应用越来越多。而在电子电路设计领域

3、中，电子设计自动化(EDA)工具已成为主要的设计手段，VHDL语言则是EDA的关键技术之一，它采用自顶向下的设计方法，即从系统总体要求出发，自上至下地将设计任务分解为不同的功能模块，最后将各功能模块连接形成顶层模块，完成系统硬件的整体设计。本文介绍了基于EDA技的多路彩灯控制器的设计与分析。在MAX+PLUSII环境下采用VHDL语言实现，论述了基于VHDL语言和FPGA芯片的数字系统设计思想和实现过程。电子设计自动化技术EDA的发展给电子系统的设计带来了革命性的变化，EDA软件设计工具，硬件描述语言，可编程逻辑器件使得EDA技术的应用走向普及。FPGA是新

4、型的可编程逻辑器件，采用FPGA进行产品开发可以灵活地进行模块配置，大大缩短了产品开发周期，也有利于产品向小型化，集成化的方向发展。二、任务要求1.设计一个多路彩灯控制器，能循环变化花型，可清零，可选择花型。2.彩灯控制器有16路发光二极管构成，当控制器开关打开时，能够在6种不同花型之间进行循环变化。3.要求控制器具备复位清零功能，一旦复位信号失效，不论控制器花型变化处于何种状态，都会无条件即刻清零，回到初始化状态。三、设计作用与目的--13--根据系统设计要求可知，整个系统共有三个输入信号：控制彩灯节奏快慢的基准时钟信号CLK_IN，系统清零信号CLR，彩

5、灯节奏快慢选择开关CHOSE_KEY；共有16个输出信号LED[15:0]，分别用于控制十六路彩灯。据此，我们可将整个彩灯控制器CDKZQ分为三大部分：时序控制电路SXKZ和显示控制电路XSKZ。本题目还用原理图来完成顶层文件，对于比较简单的，子模块较少的题目，建议顶层模块使用原理图，会比较直观。而对于比较复杂的，子模块较多的题目，使用文本元件例化，会更简洁清晰。如用原理图完成顶层文件连线如图所示。彩灯控制器的组成原理图四、所用设备及软件4.1FPGA的发展历程FPGA（Field－ProgrammableGateArray），即现场可编程门阵列，它是在PA

6、L、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。以硬件描述语言（Verilog或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他

7、更加完整的记忆块。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。--13--FPGA一般来说比ASIC（专用集成电路）的速度要慢，无法完成复杂的设计，但是功耗较低。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于

8、ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD（Comp