彩燈控制器設(shè)計(jì)目錄摘要21、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求32、系統(tǒng)框圖33、功能模塊431計(jì)數(shù)器CNT1模塊432計(jì)數(shù)器CNT5模塊433循環(huán)右移模塊634循環(huán)左移模塊735BACK模塊836MOVE模塊937二選一模塊1138模塊組合（系統(tǒng)）124、系統(tǒng)調(diào)試135、總結(jié)14參考資料15摘要隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，城市化的建設(shè)加快，城市面貌建設(shè)也成為重點(diǎn)。利用彩燈來(lái)裝扮城市也成為一種有效的手段。在經(jīng)濟(jì)和商業(yè)高度發(fā)達(dá)的今天，彩燈已經(jīng)成為人民日常生活不可或缺的一部分，逐漸為越來(lái)越多的人們所關(guān)注，在家庭中的普及率不斷提高，大大的豐富和點(diǎn)綴了人民的生活。彩燈由不同的顏色的LED燈組成，通過(guò)控制不同顏色的燈的亮與滅，呈現(xiàn)給人們不同的花塑和圖案，極大的點(diǎn)綴了單調(diào)的都市夜景，讓城市成為了多姿多彩的不夜城。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)從題目要求出發(fā)，采用該設(shè)計(jì)是以現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件FPGA為設(shè)計(jì)載體,以硬件描述語(yǔ)言VHDL為主要,以原理圖輸入設(shè)計(jì)為輔的表達(dá)方式,以QUARTUS開(kāi)發(fā)軟件和EDA試驗(yàn)箱為設(shè)計(jì)工具,闡述了彩燈控制器的工作原理和軟硬件的實(shí)現(xiàn)方法。它以按鍵控制彩燈工作模式。并對(duì)所設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行了時(shí)序仿真和編程下載進(jìn)行硬件驗(yàn)證，順利實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。關(guān)鍵詞彩燈分頻電路VHDL語(yǔ)言FPGA芯片ABSTRACTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFSOCIETY,URBANIZATIONACCELERATED,CONSTRUCTIONHASBECOMETHEFOCUSOFTHEURBANLANDSCAPEUSELIGHTSTODRESSTHECITYHAVEALSOBECOMEANEFFECTIVEMEANSWITHAHIGHLYDEVELOPEDECONOMICANDCOMMERCIALTODAY,LIGHTSHAVEBECOMEANINTEGRALPARTOFPEOPLESDAILYLIVESANDAROUSEDWIDESPREADCONCERNMOREOVER,THESELIGHTSALSOENRICHEDPEOPLESLIVESTHEYCONSISTOFDIFFERENTCOLORSOFLEDLIGHTSANDPRESENTEDTOOFDIFFERENTPLASTICFLOWERSANDPATTERNSBYCONTROLLINGTHEDIFFERENTCOLORSOFLIGHTSONANDOFFTHESELIGHTSEMBELLISHEDTHEMONOTONYOFCITYATNIGHTGREATLY,SOTHECITYHASBECOMEACOLORFULDISTRICTTHATNEVERSLEEPSTHISDESIGNBASEDONFIELDPROGRAMMABLELOGICDEVICESFPGATODESIGNTHECARRIER,WITHHARDWAREDESCRIPTIONLANGUAGEVHDLASTHEMAIN,INPRINCIPLEDIAGRAMINPUTDESIGN,SUPPLEMENTEDBYEXPRESSWAYTOQUARTUSDEVELOPMENTSOFTWAREANDEDATESTCHAMBERFORDESIGNTOOLS,THISPAPEREXPOUNDSTHEWORKINGPRINCIPLEOFLIGHTSCONTROLLERHARDWAREANDSOFTWAREANDTHEREALIZATIONMETHODOFITBUTTONSTOCONTROLLIGHTSWORKMODEANDTHEDESIGNOFCONTROLLERONTHETIMINGSIMULATIONANDPROGRAMMINGDOWNLOADFORHARDWAREVALIDATION,SMOOTHREALIZATIONDESIGNGOALKEYWORDSLIGHTSCROSSOVERCIRCUITVHDLLANGUAGEFPGACHIP彩燈控制器設(shè)計(jì)一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)8路彩燈按照一定的次序和時(shí)間間隔閃爍。具體要求如下1、當(dāng)控制開(kāi)關(guān)為0時(shí)，燈全滅；當(dāng)控制開(kāi)關(guān)為1時(shí)，從第一盞開(kāi)始，依次點(diǎn)亮，時(shí)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(kāi)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(dāng)8盞燈依次滅完后，8盞燈同時(shí)亮同時(shí)滅，其時(shí)間間隔為05秒，并重復(fù)4次。4、只要控制開(kāi)關(guān)為1，上述亮燈次序不斷重復(fù)。5、用層次化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)該電路，編寫(xiě)各個(gè)功能模塊的程序。6、仿真各功能模塊，通過(guò)觀察有關(guān)波形確認(rèn)電路設(shè)計(jì)是否正確。7、完成電路設(shè)計(jì)后，用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)下載驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。二、系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖如11所示,彩燈控制器分為三個(gè)部分，使能信號(hào)ENA為低電平時(shí)，8只LED燈保持全滅的狀態(tài)，ENA為高電平時(shí)，LED燈按照既定的花型進(jìn)行變換。第一個(gè)模塊（BACK）由一個(gè)一位計(jì)數(shù)器控制，當(dāng)計(jì)數(shù)器的輸出是高電平時(shí)模塊輸出“11111111”，低電平時(shí)輸出“00000000”，所以此模塊的功能就是以2HZ的頻率不停地輸出“11111111”（全亮）和“00000000”（全滅）。第二個(gè)模塊（MOVE）由一個(gè)一位計(jì)數(shù)器（CNT1）、一個(gè)5位的計(jì)數(shù)器（CNT5）、LED燈的右移（RIGHTMOVE）模塊和LED燈的左移LEFTMOVE模塊組成，其中一位的計(jì)數(shù)器作為分頻器使用，2HZ的時(shí)鐘信號(hào)在CNT1作用下，CNT1的輸出是1HZ的時(shí)鐘；5位的計(jì)數(shù)器有兩個(gè)功能，一方面它控制它的輸出在“00000”到“10011”之間輸出彩燈的20個(gè)狀態(tài)，另一方面它控制CO的狀態(tài)，CO是下一個(gè)模塊（MUX21）的控制信號(hào)，當(dāng)計(jì)數(shù)的值小于20時(shí)輸出0，這時(shí)MUX21選擇輸出此計(jì)數(shù)器的輸出的中間八位信號(hào),實(shí)現(xiàn)8只LED燈以每隔1S的速度自左向右依次點(diǎn)亮，以及自右向左依次熄滅的花型變換，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值大于等于20時(shí)，CO等于1，此時(shí)MUX21選擇輸出BACK的輸出的八位信號(hào)，實(shí)現(xiàn)8只LED燈以05S的速度全亮和全滅，重復(fù)四次。系統(tǒng)框圖如圖11所示。圖113功能模塊31計(jì)數(shù)器CNT1模塊功能描述該模塊是一個(gè)一位計(jì)數(shù)器，主要的功能是將頻率為2HZ的時(shí)鐘信號(hào)分頻為1HZ的時(shí)鐘信號(hào)，并將頻率為1HZ的時(shí)鐘信號(hào)作為左移模塊和右移模塊的時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)；同時(shí)該模塊控制圖11中的BACK模塊，當(dāng)CNT1的輸出為高電平時(shí)，BACK模塊輸出“11111111”，低電平時(shí)輸出“00000000”。代碼部分LIBRARYIEEEUSEIEEESTD_LOGIC_1164ALLENTITYCNT1ISPORTCLK,ENAINSTD_LOGICCOUNT1OUTSTD_LOGICENDCNT1ARCHITECTUREONEOFCNT1ISSIGNALCOUNTSTD_LOGICBEGINPROCESSCLK,ENABEGINIFENA1THENIFCLKEVENTANDCLK1THENCOUNTOUTPUT1OUTPUT1OUTPUT1OUTPUT1OUTPUT1OUTPUT1OUTPUT1OUTPUT1OUTPUT1OUTPUT2OUTPUT2OUTPUT2OUTPUT2OUTPUT2OUTPUT2OUTPUT2OUTPUT2OUTPUT2CLK,ENAENA,COUNT1CPPROCESSCP,ENABEGINIFENA1THENIFCP1THENQ7DOWNTO0CLK,ENAENA,COUNT1CPU2CNT5PORTMAPCLKCP,ENAENA,COUNT5DOUTU3RIGHTMOVEPORTMAPCLKCP,ENAENA,COUNT5DOUT,OUTPUT19DOWNTO2ST17DOWNTO0U4LEFTMOVEPORTMAPCLKCP,ENAENA,COUNT5DOUT,OUTPUT29DOWNTO2ST27DOWNTO0PROCESSCLK,ENABEGINIFENA1THENIFDOUT“00000“THENC0ELSEC1ENDIFENDPROCESSCOCENDARCHITECTURECOLOUR仿真波形如圖17所示圖1737二選一模塊功能描述此模塊將CNT5的進(jìn)位輸出CO作為選通信號(hào)S，當(dāng)計(jì)數(shù)的值小于20時(shí)，COS0，MUX21選擇輸出CNT5的輸出的中間八位信號(hào),實(shí)現(xiàn)8只LED燈以每隔1S的速度自左向右依次點(diǎn)亮，以及自右向左依次熄滅的花型變換；當(dāng)計(jì)數(shù)器的值大于等于20時(shí)，COS1，此時(shí)MUX21選擇輸出BACK的輸出的八位信號(hào)，實(shí)現(xiàn)8只LED燈以05S的速度全亮和全滅，重復(fù)四次。代碼部分LIBRARYIEEEUSEIEEESTD_LOGIC_1164ALLENTITYMUX21ISPORTSINBITINPUT1,INPUT2INSTD_LOGIC_VECTOR7DOWNTO0LIGHTOUTOUTSTD_LOGIC_VECTOR7DOWNTO0ENDENTITYMUX21ARCHITECTUREONEOFMUX21ISBEGINPROCESSS,INPUT1,INPUT2BEGINIFS0THENLIGHTOUT7DOWNTO0INPUT17DOWNTO0ELSELIGHTOUT7DOWNTO0INPUT27DOWNTO0ENDIFENDPROCESSENDARCHITECTUREONE仿真波形如下圖1838模塊組合（系統(tǒng)）將以上的幾個(gè)模塊系統(tǒng)有序地整合在一起，形成一個(gè)功能完整的系統(tǒng),由仿真波形可以看出其實(shí)現(xiàn)了從左至右的漸亮，再?gòu)挠抑磷鬂u滅，最后整體亮滅重復(fù)四次。仿真波形如圖19所示圖194系統(tǒng)調(diào)試1、該系統(tǒng)使用開(kāi)發(fā)板電路模式N06，其電路結(jié)構(gòu)為圖110圖1102、使用的可編程芯片型號(hào)為ACE1KEP1K30TC1443。3、進(jìn)行引腳設(shè)置，如圖111，時(shí)鐘信號(hào)由CLOCK2送出（PIN54），其時(shí)鐘頻率為2HZ，使能信號(hào)ENA接的是實(shí)驗(yàn)箱上的3號(hào)按鍵（PIN20）。圖1114、當(dāng)控制開(kāi)關(guān)ENA為0時(shí)，8只彩燈保持全滅的狀態(tài)；當(dāng)控制開(kāi)關(guān)ENA為1時(shí)，彩燈按照預(yù)先設(shè)定的先自左向右依次點(diǎn)亮，全部點(diǎn)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(guò)程中，始終保持只有一盞彩燈被點(diǎn)亮或熄滅，且時(shí)間間隔為1S。當(dāng)彩燈依次熄滅后，加快變換頻率，以05S的時(shí)間間隔全亮、全亮交替。5、調(diào)試結(jié)果此系統(tǒng)可以順利的實(shí)現(xiàn)了設(shè)定的顯示效果。見(jiàn)圖112。圖112五總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)課題主要包括四個(gè)階段課題選擇階段、查閱資料階段、編程仿真階段、實(shí)驗(yàn)箱檢測(cè)調(diào)試階段。首先通過(guò)抽簽選擇了彩燈控制器設(shè)計(jì)的題目，本以為這是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，上網(wǎng)查了一些彩燈控制器相關(guān)的資料程序并進(jìn)行修改仿真，結(jié)果第一次由于芯片選擇出了問(wèn)題，在實(shí)驗(yàn)箱上沒(méi)有取得成功。最后回去，再對(duì)程序進(jìn)行了新一輪的修改，并參考了以往的一些程序，用原件例化的方法將