基于cpld的彩灯控制器设计毕业设计(编辑修改稿)

基于cpld的彩灯控制器设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

中。 其优点是可以编程任意次 ,可在工作中快速编程 ,从而实现板级和系统级的动态配置。 ⑧ CPLD 保密性好 ,FPGA 保密性差。 ⑨一般情况下 ,CPLD 的功耗要比 FPGA 大 ,且集成度越 高越 明显。 VHDL 简介 VHDL 全 英文是 VeryHighSpeed Integrated Circuit HardwareDescription Language,诞生于 1982 年。 1987 年底， VHDL 被 IEEE 和美国国防部确认为标准硬件描述语言。 自 IEEE 公布了 VHDL 的标准版本， IEEE1076（简称 87 版 )之后，各 EDA 公司相继推出了自己的 VHDL 设计环境，或宣布自己的设计工具可以和 VHDL 接口。 此后 VHDL 在电子设计领域得到了广泛的接受，并逐步取代了原有的非标准的硬件描述语言。 1993 年， IEEE 对 VHDL 进行了修订，从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展 VHDL 的内容，公布了新版本的 VHDL，即IEEE 标准的 10761993 版本，（简称 93 版）。 现在， VHDL 和 Verilog 作为 IEEE的工业标准硬件描述语言，又得到众多 EDA 公司的支持，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。 有专家认为，在新的世纪中， VHDL 于 Verilog语言将承担起大部分的数字系统设计任务。 VHDL 主要用于描述数字系统的结构 、 行为 、 功能和接口。 除了含有许多具有硬件特征的语句外， VHDL 的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。 VHDL 的程序结构特点是 将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可 视 部分 ,及端口 )和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。 在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。 这种将设计实体分成内外部分的概念是 VHDL 系统设计的基本点。 应用 VHDL 进行工程设计的优点是多方面的。 （ 1）与其他的硬件描述语言相比， VHDL 具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。 强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从 逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。 基于 CPLD 的彩灯控制器设计 5 （ 2） VHDL 丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。 （ 3） VHDL 语句的行为描述能力和程序结构决定了他具有支持大规模设计的分解和已有设计的再利用功能。 符合市场需求的大规模系统高效，高速的完成必须有多人甚至多个代发组共同并行工作才能实现。 （ 4） 对于用 VHDL 完成的一个确定的设计，可以利用 EDA 工具进行逻辑综合和优化，并自动的把 VHDL 描述设计转变成门级网表。 （ 5） VHDL 对设计的描述具有相 对独立性，设计者可以不懂硬件的结构，也不必管理最终设计实现的目标器件是什么，而进行独立的设计。 QuartusⅡ简介 Quartus II 是 Altera 公司推出的 CPLD/FPGA 开发工具， Quartus II 提供了完全集成且与电路结构无关的开发包环境，具有数字逻辑设计的全部特性，包括： （ 1） 可利用原理图、结构框图、 VerilogHDL、 AHDL 和 VHDL 完成电路描述，并将其保存为设计实体文件； （ 2） 芯片（电路）平面布局连线编辑； （ 3） LogicLock 增量设计方法，用户可建立并优化系统，然 后添加对原始系统的性能影响较小或无影响的后续模块； （ 4） 功能强大的逻辑综合工具； （ 5） 完备的电路功能仿真与时序逻辑仿真工具； （ 6） 定时 /时序分析与关键路径延时分析； （ 7） 可使用 SignalTap II 逻辑分析工具进行嵌入式的逻辑分析； （ 8） 支持软件源文件的添加和创建，并将它们链接起来生成编程文件； （ 9） 使用组合编译方式可一次完成整体设计流程； （ 10） 自动定位编译错误； （ 11） 高效的期间编程与验证工具； （ 12） 可读入标准的 EDIF 网表文件、 VHDL 网 表文件和 Verilog 网表文件； （ 13） 能生成第三方 EDA 软件使用的 VHDL 网表文件和 Verilog 网表文件。 Quartus II 设计流程： 设计输入：完成期间的硬件描述，包括文本编辑器、块与符号编辑器、MegaWizard 插件管理器、约束编辑器和布局编辑器等工具； 基于 CPLD 的彩灯控制器设计 6 综合：包括分析和综合器以、辅助工具和 RTL 查看器等工具； 布局连线：将设计综合后的网表文件映射到实体器件的过程，包括 Fitter工具、约束编辑器、布局图编辑器、芯片编辑器和增量布局连线工具，时序分析； 仿真： Quartus II 提供了功能仿真和时序仿真两种工具； 器件编程与配置：包括四种编程模式，即被动串行模式、 JTAG 模式、主动串行模式和插座内编程模式。 使用 New Project Wizard 新建一个工程的过程： （ 1）制定工程的文件存放目录、工程名以及最顶层的设计实体名，在默认情况下，工程名与最顶层的设计实体名是相同的。 （ 2）添加文件，包括最顶层的设计实体文件以及一些额外的电路模块描述文件或定制的功能库。 （ 3）选择目标芯片，具体芯片最好让编译器根据工程设计的实 际情况自动选择。 （ 4）第三方 EDA 工具设定，包括设计输入与综合工具、仿真工具、时序分析工具等，默认为 Quartus II 自带的仿真器、综合器以及时序分析器。 （ 5）最后一步系统将整体工程的各项参数和设置总结并显示出来，这时即可完成工程的创建。 课题发展现状和前景展望 随着国家经济的迅速发展，人民物质文化生活水平不断提高，对于装饰的 美化美观的的要求也越来越高。 城市的美化和日益激烈的广告竞争越来越受到社 会的关注，作为城市装饰和广告宣传的彩灯的需求量也越来越大。 近年来随着 科技的飞速 发展， CPLD 技术的应用正在不断地走向深入，同时自动控制系统日新月异更新。 过去彩灯控制器多采用 EPROM 和相应的逻辑电路来完成，也有采用一些专 用彩灯控制芯片的控制器所需的电路较多，制作不易改变，且所需控制的彩灯路数越多，扩展起来也比较繁杂；而后者由于电路已确定，控制方式不能任意改变，功能较为单一。 现在广告灯的主流产品采用 LED 或 Neon 发光体。 使用低成本CPLD 技术和 LED 发光管组成的同步显示灯，灯板由六个像素组成，每个像素有红绿蓝三色，由 LED 发光管来实现，多灯可以长时间同步显示。 实现例如全亮，循 环滚动等花色，同时编写了花色编排软件，可以对花色时间，颜色，类型 基于 CPLD 的彩灯控制器设计 7 等进行编排，导入单片机，编译烧录。 目前市场上彩灯控制器的样式有可编程彩灯控制器、 CEC 电脑彩灯控制器、EPROM 程控编码彩灯控制器，声控彩灯，音乐彩灯控制器，简易循环彩灯，红外线遥控彩灯控制器。 这些控制装置均运用计算机技术、电子技术和声光技术，对被控灯光系统按设定的变化方案进行亮、灭灯控制，形成各种灯光图案，有时还配以和谐的音乐，达到令人叹为观止的光、声、色的综合艺术效果。 随着电子技术的发展，应用系统向着小型化、快速化、大容量、重量 轻的方向发展。 可编程控制器集微电子技术 ,计算机技术于一体 ,在取代继电器控制系统 ,实现多种设备的自动控制中越来越显示出其突出的优点 ,受到广大用户的欢迎 .将可编程控制器运用到彩灯中 ,组成可编程彩灯控制器 ,只要在编程器中编好各种彩灯花样变化的程序 ,经检查正确无误后送到可编程控制器中运行 ,控制器输出端就可以驱动多路彩灯点亮 ,其彩灯花样变化及各花样之间的转换均可实现自动完成 ,这就是可编程彩灯控制器的杰作 ,它使得彩灯变化更加丰富多彩漂亮迷人 ,这是迄今为止任何一种其他彩灯控制器所无法比拟的。 彩灯的发展趋势有 : （ 1）向高效节能方向发展 首先采用节能光源，然后是按照节能光的尺寸、形状， 精心设计灯具的光学系统，真正的提高灯光的有效利用率。 如在射灯中选用光色好的高强度气体放电灯，可造成一个光学弥散、均匀柔和的照明环境，且灯具的保护角小、效率高，能较好地显示建筑物结构。 （ 2）向集成可调化方向发展技术的迅速发展 各种集成化装置和电子计算机控制系统对灯具和照明系统的应用取得了显著的进步。 如应用电子镇流器对灯具及照明系统进行调光、遥控、控制光色。 （ 3）向多功能小型化发展 随着紧凑型光源的发展镇流 器等灯用电器配件的超小、超薄、各种新技术、新工艺的不断采用，现代灯具正在向小型、实用和多功能方向发展。 （ 4）向装配系列化转现代灯具的选型追求简洁明快 淘汰了过去一味追求表面华丽的造型及过分装饰的风格、既强调个性，又强调与背景环境的协调，还注重表现灯具材料的质感。 为了能保证照明条件和视觉的舒适感，灯具大都配有各种系列成套的配件选择，以使用户根据需要自我调节 基于 CPLD 的彩灯控制器设计 8 第 2 章 方案论证 方案一 我们用 VHDL语言设计了一个 八 路彩灯控制器，四种大花型包含二十九种状态循环变化，有清零开关，并且可以选择快慢两种节拍。 工作原理：整个系统共有三个输入信号 CLK， CLR和 OPT，八路输出信号。 时钟信号 CLK由外部输入到节拍发生器，节拍选择信号 OPT先输入到控制器．再由控制器输出选择控制信号Y到节拍发生器，随 时控制快慢节拍的转换。 节拍发生器产生的节拍信号分别输出到控制器、编码电路和驱动电路。 编码电路输出反馈信号给控制器，控制器输出信号控制编码电路的各个子模块交替工作，产生多种花型，再由驱动电路将信号输出到彩灯。 CLR为清零信号，由外部输入到控制器． CLK为 0时，系统回到等待状态，彩灯全灭； CLK为 1时．系统工作。 我们采取自顶向下的设计方法，将电路分为控制器和受控制器，各部分电路的作用如下： 1．受控电路包括节拍发生器、驱动电路和编码电路。 节拍发生器：提供快、慢两种节拍。 驱动电路：提供彩灯工作所需的电压及电 流，隔离负载对编码电路的影响。 编码电路：根据花型要求按节拍输出八位状态编码信号．以控制彩灯接规律亮灭。 ：为节拍发生器和编码电路提供控制信号，同步整个系统的工作控制器通过控制编码电路中各个模块的交替工作来实现各个花型的转换。 方案二 同样 我们用 VHDL 语言设计了一个八路彩灯控制器，四种大花型循环变化，有清零开关，并且可以选择快慢两种节拍。 本控制电路采用 VHDL 语言设计。 运用自顶而下的设计思想，按功能逐层分割实现层次化设计。 根据多路彩灯控制器的设计原理，将整个控制器分为 两 个部分，分别 为时序控制模块和显示控制模块。 时序控制模块实现的功能是产生 1＼４和１＼８的时钟信号。 显示控制模块中实现的四种大花型分别为： 花型 1：彩灯从左至右逐个轮流点亮 S0:00000000 S1:10000000 基于 CPLD 的彩灯控制器设计。