【正文】 唐勝艷 基于 VHDL 語言的彩燈控制器設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 29 頁 目 錄 1 引 言 ...................................................................................................................................... 2 課程設(shè)計(jì)背景 ................................................................................................................... 3 可編程邏輯器件的應(yīng)用 ................................................................................................... 5 可編程邏輯器件的發(fā)展方向 ........................................................................................... 7 ELARM820 型教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹 ...............................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2 理論基礎(chǔ) ................................................................................................................................ 8 FPGA/CPLD 概述 ............................................................................................................. 8 VHDL 語言概述 ............................................................................................................. 10 MAX PLUS II概述 ........................................................................................................... 12 3 彩燈 控制器詳細(xì)設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 15 設(shè)計(jì)方案 ......................................................................................................................... 15 設(shè)計(jì)思路 ......................................................................................................................... 16 模塊設(shè)計(jì) ......................................................................................................................... 17 4 彩燈控制器的仿真 ............................................................................................................... 23 控制模塊的仿真 ............................................................................................................. 23 檢查模塊的仿真 ............................................................................................................. 23 循環(huán)模塊的仿真 ............................................................................................................. 24 時(shí)控模塊的仿真 ............................................................................................................. 24 5 小 結(jié) .................................................................................................................................... 26 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 27 附錄：設(shè)計(jì)源程序清單 .......................................................................................................... 28 唐勝艷 基于 VHDL語言的彩燈控制器設(shè)計(jì) 第 23 頁 共 29 頁 基于 VHDL 語言的彩燈控制器 學(xué)生姓名： *** 指導(dǎo)老師： *** 摘 要 本課題主要是基于可編程邏輯器件，使用硬件描述語言 VHDL，采用“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法 ， 編寫一個(gè)彩燈控制器的芯片，并使用 Max Plus II 軟件仿真結(jié)果。本文首先介紹了可編程邏輯器件的發(fā)展過程，然后對(duì)于編寫彩燈控制器相關(guān)的理論知識(shí)作了說明，接著主 要講解了彩燈控制器的設(shè)計(jì)思路與模塊劃分。把彩燈控制器劃分為兩大模塊，組合起來實(shí)現(xiàn)了彩燈控制及花型變化。最后，使用 Max Plus II 仿真軟件對(duì)每個(gè)模塊和主程序分別進(jìn)行了結(jié)果仿真，并對(duì)仿真出來的結(jié)果作了分析。 關(guān)鍵詞 可編程邏輯器件 ； 數(shù)字邏輯系統(tǒng) ； 硬件描述語言 ； 彩燈控制器 Based on VHDL language of colored lights controller The student39。s name: TangShengYan guide teacher: WuZhiMin Pick to this topic is mainly based on programmable logic devices, use VHDL VHDL, adopting topdown design methods, write a lantern controller chip, and use the Max Plus II software simulation results. This paper first introduced the programmable logic device development process, then write lights controller for the correlative theoretical knowledge, then explains the main explained lights controller design thoughts and module partition. The lights controller divided into two big modules, bined realization with colored lights control and patterns change. Finally, the Max Plus II simulation software for each module and main program were studied respectively, and the simulation results of simulation out results are analyzed. 唐勝艷 基于 VHDL語言的彩燈控制器設(shè)計(jì) 第 23 頁 共 29 頁 Keywords programmable logic devices； Digital logic system。 Hardware description languages； Lights controller 1 引 言 當(dāng)今社會(huì)是數(shù)字化的社會(huì)，也是數(shù)字集成電路廣泛應(yīng)用的社會(huì)，數(shù)字電路本身在不斷地進(jìn)行更新?lián)Q代。它由早期的電子管、晶體管、小中規(guī)模集成電路發(fā)展到超大規(guī)模集成電路 （ VLSIC） 以及許多具有特定功能的專用集成電路。但是，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)與制造集成電路的任務(wù)已不完全由半導(dǎo)體廠商來獨(dú)立承擔(dān)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們更愿意自己設(shè)計(jì)專用集成電路 （ ASIC） 芯片，而且 希望 ASIC 的設(shè)計(jì)周期盡可能的短，最好是在實(shí)驗(yàn)室里就能設(shè)計(jì)出合適的 ASIC 芯片，并且立即投入實(shí)際應(yīng)用之中，因而出現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件 （ FPLD） ，其中應(yīng)用最廣泛的當(dāng)屬現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 （ FPGA） 和復(fù)雜可編程邏輯器件 （ CPLD） 。比較典型的就是 Xilinx 公司的 FPGA 器件系列和 Altera公司的 CPLD 器件系列，它們開發(fā)較早，占用較大的 PLD 市場(chǎng)。目前 ， Altera 系列產(chǎn)品在我國(guó)使用較多。 VHDL 的全名是 Very High Speed IC Hardware Description Language （ 極高速集成電路硬件描述語言 ） 。它是一種應(yīng)用較為廣泛的 HDL 語言，能對(duì)范圍廣泛的各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)（如電路系統(tǒng)、印刷電路板、芯片、邏輯門等）在不同的抽象級(jí)加以描述，而且在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中可使用同一種語言。采用 VHDL 作為 HDL 綜合設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)有：標(biāo)準(zhǔn)語言，即設(shè)計(jì)者可在不同的環(huán)境（例如 MAX PLUS II）下進(jìn)行設(shè)計(jì)；仿真和綜合均可采用同一種語言進(jìn)行； VHDL 中提供的大量的模塊資源，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)者的開發(fā)工作；由 VHDL描述的源文件既是程序軟件又可作為設(shè)計(jì)的文檔。 目前可編程邏輯器件 （ PLD） 已有含單片高達(dá) 100000 等 效門的器件出現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模不太大時(shí)，原理圖輸入方式描述還較適宜，但系統(tǒng)比較復(fù)雜時(shí)，它將難以快速有效地建立描述文件。 VHDL 語言能方便地進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)描述，且能使邏輯綜合產(chǎn)生更大的設(shè)計(jì)密度。正是高效 VHDL 技術(shù)與高密度 PLD 的結(jié)合使用，大大降低了復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，提高了工作效率。 本文介紹了 CPLD 與 FPGA 邏輯器件的基本知識(shí)和相關(guān)的軟件 —— MAX PLUS II及硬件編程語言 —— VHDL。主要論述了一個(gè)彩燈控制器從設(shè)計(jì)思路到系統(tǒng)仿真的整個(gè) 唐勝艷 基于 VHDL語言的彩燈控制器設(shè)計(jì) 第 23 頁 共 29 頁 設(shè)計(jì)過程。 課程設(shè)計(jì)背景 隨著 經(jīng)濟(jì) 的進(jìn) 一步發(fā)展，人們的生活也在飛速改變，各種家用電器和設(shè)備正以極快的速度進(jìn)入尋常百姓家。 彩燈 作為一種很重要的 商業(yè)娛樂 生活 點(diǎn)綴 工具也沒有例外地深入到人們生活的方方面面。 人們正以極大的熱情努力的工作并享受由此而帶來的種種 快樂 ， 彩燈 作為 裝飾 的生活 娛樂觀賞工具 ，在滿足了人們的 視覺娛樂的同時(shí) ，人們更加注重 彩燈的花式、創(chuàng)意、節(jié)能、環(huán)保 。而作為 彩燈設(shè)計(jì) 很重要的一部分 —— 彩 燈控制方式很是重要。而作為 彩燈控制的各種操作，幾乎都反映在燈的明亮和熄滅上，也是可以起到 花型變換 的作用。而作為 彩 燈，它有著很大的作用，無論是 節(jié)假日 還是 在平日 的夜晚 ，都是必須有各種不同的反映的，于是， 彩燈控制器 的設(shè)計(jì)是很重要的。而基于傳統(tǒng)的機(jī)械和純電路的控制方式，由于它完全取決于 彩 燈系統(tǒng)所采用的硬件來保證它的正常工作，而一旦電路老化或者因?yàn)闄C(jī)械振動(dòng)而引起的接觸問題以及機(jī)械元件變形而不能及時(shí)觸發(fā)電路電源開關(guān)，這類問題是經(jīng)常發(fā)生，而除了選用更好的硬件系統(tǒng)元件幾乎沒有別的可靠的方法來進(jìn)行避免這類故障的發(fā)生，于是，選用智能型的元件來進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可控制性是非常必須的。而 隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化已經(jīng)發(fā)展成為可以代替設(shè)計(jì)者完成電 子