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1、彩燈控制器設(shè)計(jì)
摘要
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0.5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。
2、
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)總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)框圖如下所示，
ENA為控制開(kāi)關(guān)，輸入信號(hào)為2Hz，經(jīng)過(guò)分頻器分頻之后產(chǎn)生一個(gè)1Hz的時(shí)鐘信號(hào)，用兩個(gè)12位內(nèi)部信號(hào)的左、右移后的中間8位來(lái)控制8個(gè)燈的亮與滅。計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2的作用：一方面用2Hz和1Hz的時(shí)鐘信號(hào)控制燈亮、滅的時(shí)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(hào)ENA為無(wú)效電平時(shí)（低電平），8只LED燈保持全滅的狀態(tài)；當(dāng)使能信號(hào)ENA為有效電平時(shí)（高電平），8只按照既定的花型進(jìn)行變換，首先2Hz的時(shí)鐘信號(hào)在分頻器的左右下改變?yōu)?Hz的時(shí)鐘信號(hào)，該1Hz的時(shí)鐘信號(hào)送至計(jì)數(shù)
3、器2、左移和右移模塊，并由計(jì)數(shù)器2實(shí)現(xiàn)左、右移模塊的選擇。分別實(shí)現(xiàn)8只LED燈的自左向右依次點(diǎn)亮，以及自右向左依次熄滅的花型變換；當(dāng)完成自右向左的花型變換后，計(jì)數(shù)器2給出一個(gè)控制信號(hào)給計(jì)數(shù)器1，執(zhí)行全亮全滅的花型變換，該模塊的時(shí)鐘信號(hào)是未經(jīng)分頻器分頻的原始時(shí)鐘信號(hào)2Hz。只要使能信號(hào)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(shí)鐘信號(hào)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(shí)鐘信號(hào)分頻頻率為1Hz的時(shí)鐘信號(hào)，并將頻率為1Hz的時(shí)鐘信號(hào)輸出給左移、右移模塊作為這兩個(gè)模塊時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)。
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(jì)數(shù)器模塊：
功能描述：該模塊的主要功能是通過(guò)計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)左移及右移模塊的選通，并在右移和左移模塊完成后，跳轉(zhuǎn)到循環(huán)取反模塊執(zhí)行指令。
計(jì)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(jì)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(shí)現(xiàn)8只LED燈的從左向右依次點(diǎn)亮
11、的功能，點(diǎn)亮過(guò)程中，每時(shí)每刻都保證只有一個(gè)LED被點(diǎn)亮，其它LED全滅的狀態(tài)。時(shí)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(shí)現(xiàn)8只LED燈在從左向右依次點(diǎn)亮結(jié)束后，從右向左依次熄滅一只LED，熄滅過(guò)程中，每時(shí)每刻都保證只有一個(gè)LED被熄滅，其它LED全亮的狀態(tài)。時(shí)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(shí)現(xiàn)的是對(duì)完成逐個(gè)點(diǎn)亮和逐個(gè)熄滅的過(guò)程后，實(shí)現(xiàn)每秒2次的全亮、全滅的閃爍。即相鄰兩個(gè)動(dòng)作之間的時(shí)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(gè)模塊信號(hào)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(xì)地介紹了各個(gè)模塊的功能、代碼以及仿真波形。下面將把6個(gè)分模塊系統(tǒng)有序的整合在一起，形成
22、一個(gè)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(kāi)發(fā)板電路模式N0.6，其電路結(jié)構(gòu)為
2、使用的可編程芯片型號(hào)為FLEX EPF10K10-PLCC84。
3、在將程序下載到實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)際檢測(cè)的時(shí)候，引腳的設(shè)置是一項(xiàng)簡(jiǎn)單
但極易出現(xiàn)錯(cuò)誤的工作。時(shí)鐘信號(hào)由clock0送出，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。
4、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。
23、當(dāng)彩燈依次熄滅后，加快變換頻率，以0.5S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4的設(shè)定顯示效果。
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。
課題的選定是抽簽決定的，有不少人說(shuō)彩燈是最簡(jiǎn)單的一個(gè)課題。不過(guò)我認(rèn)為沒(méi)什么簡(jiǎn)單困難之分，不同的只是你對(duì)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(shí)現(xiàn)要求得功能，并最終確定各個(gè)功能模塊的實(shí)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(gè)階段就是實(shí)驗(yàn)箱檢測(cè)和調(diào)試階段，將已經(jīng)編譯仿真過(guò)的程序下載到實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)際的檢測(cè)和調(diào)試。最終系統(tǒng)沒(méi)出現(xiàn)什么問(wèn)題，編譯后的代碼下載到實(shí)驗(yàn)箱后，彩燈順利實(shí)現(xiàn)要求的花型變換。
最后要感謝老師的悉心指導(dǎo)，課程設(shè)計(jì)中，遇到了不少問(wèn)題，多虧了老師的悉心指導(dǎo)才能夠順利、及時(shí)地解決問(wèn)題，使得課題能夠順利完成。通過(guò)這次的課題設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到知識(shí)通過(guò)應(yīng)用才能體現(xiàn)其價(jià)值。
《彩燈控制器設(shè)計(jì)》word版
