【正文】 計(jì)師從概念、算法、協(xié)議開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng) ,從電路設(shè)計(jì)、性能分析直到 IC版圖或 PCB 版圖生成的全過程均可在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)完成。 基于 VHDL 的節(jié)日彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容和任務(wù) 功能描述 隨著科技日新月異的發(fā)展，在現(xiàn)代生活中，彩燈作為一種景觀，安置在建筑物的適當(dāng)?shù)胤揭皇亲鳛檠b飾添加氣氛，二是有一種廣告宣傳的作用對(duì)動(dòng)態(tài)燈光實(shí)時(shí)控制的裝置很多，如電腦編程 4 路彩燈控制器、 CEC 電腦彩燈控制器、 EPROM 程控編碼彩燈控制器和計(jì)算機(jī)燈光控制系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)的十六路彩燈控制系統(tǒng)設(shè)定有十六種花樣變化 ,這十六種花樣可以進(jìn)行自動(dòng)切換。最終設(shè)計(jì)方案為 :以一個(gè)十六路彩燈花樣控制器、 一個(gè)四頻率輸出分頻器 ,一個(gè)四選一控制器和一個(gè)時(shí)間選擇器總共四部分來完成設(shè)計(jì)。 ，分別為控制快慢的信號(hào) OPT,復(fù)位清零信號(hào) CLR,輸出信號(hào)是 16 路彩燈輸出狀態(tài)。 基于 VHDL 的節(jié)日彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 3 具體設(shè)計(jì)過程 模塊設(shè)計(jì) 時(shí)序控制模塊： CLK 為輸入時(shí)鐘信號(hào)，電路在時(shí)鐘上升沿變化； CLR 為復(fù)位清零信號(hào)，高電平有效，一旦有效時(shí)，電路無條件的回到初始狀態(tài)； OPT 為頻率快慢選擇信號(hào)，低電平節(jié)奏快，高電平節(jié)奏慢； CLKOUT 為輸出信號(hào)， CLR 有效時(shí)輸出為零，否則，隨 OPT 信號(hào)的變化而改變。對(duì)狀態(tài)的所對(duì)應(yīng)的彩燈輸出花型定義如下： S0:0000000000000000 S1:0001000100010001 S2:0010001000100010 S3:0011001100110011 S4:0100010001000100 S5:0101010101010101 S6:0110011001100110 S7:0111011101110111 S8:1000100010001000 S9:1001100110011001 S10:1010101010101010 S11:1011101110111011 S12:1100110011001100 S13:1101110111011101 S14:1110111011101110 S15 :1111111111111111 多路彩燈在多種花型之間的轉(zhuǎn)換可以通過狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)復(fù)位信號(hào) clr 有效時(shí)，彩燈恢復(fù)初始狀態(tài) s0，否則，每個(gè)時(shí)鐘周期，狀態(tài)都將向下一個(gè)狀態(tài)發(fā)生改變，并對(duì)應(yīng)輸基于 VHDL 的節(jié)日彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 出的花型，這里的時(shí)鐘周期即時(shí)時(shí)序控制電路模塊產(chǎn)生的輸出信號(hào)，它根據(jù) opt 信號(hào)的不同取值得到兩種快慢不同的時(shí)鐘頻率 [11]。故作為時(shí)序邏輯電路的基本特征，時(shí)序邏輯電路應(yīng)具有 “記憶”功能。 (1) 單個(gè) LED 顯示：單片機(jī)的 P1 口與 8 個(gè)發(fā)光二極管的陰極相連，發(fā)光二極管的陽極接 +5 的電壓源，通過對(duì) P1 口的調(diào)節(jié)控制及其顯示效果。 基于 VHDL 的節(jié)日彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 多路彩燈控制仿真波形 圖 43 多路彩燈控制仿真波形 從圖中可以看出當(dāng) opt 為高電平時(shí)彩燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換慢，為低電平時(shí)轉(zhuǎn)換要快，當(dāng)復(fù)位信號(hào)有效時(shí)，所用輸出都清零。在確定了所選元器件后，我和同伴進(jìn)行分工，我進(jìn)行的是控制子系統(tǒng)部分相關(guān)的設(shè)計(jì)，而他則是數(shù)據(jù)子系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)。我覺得自己對(duì)電子設(shè)計(jì)相關(guān)方面的了解所知道的真是太少了，在查資料時(shí)有時(shí)遇到的東西是自己從未聽說過的，感覺自己就像個(gè)小蝦在大海里游，所了解和知道的東西是那么的膚淺。布朗 (Stephen Brown)， 茲翁科 論文的寫作是枯燥艱辛而又富有挑戰(zhàn)性的。沒有王老師的辛苦栽培，諄諄教誨，就沒有我論文的順利完成。 時(shí)間的倉促及自身專業(yè)水平的不足，整篇論文肯定存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，懇請(qǐng)閱讀此篇論文的老師指出，不勝感激！ 基于 VHDL 的節(jié)日彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 附錄： 時(shí)序控制 電路設(shè)計(jì) library ieee。 時(shí)鐘信號(hào) clr: in std_logic。 architecture rtl of metronome is signal clk_tmp: std_logic。 then 清零 clk_tmp=39。event and clk=39。 then 四分頻，快節(jié)奏 if counter=01 then counter=00。 end if。139。 end process。 use 。 彩燈輸出 end output。139。event and clk=39。 led=0001000100010001。 led=0011001100110011。 led=0101010101010101。 led=0111011101110111。 led=1001100110011001。 基于 VHDL 的節(jié)日彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 led=1011101110111011。 led=1101110111011101。 led=1111111111111111。 end rtl。 clr: in std_logic。 architecture rtl of colorled is ponent metonome is 定義元件：時(shí)序控制電路 port( 基于 VHDL 的節(jié)日彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 clk: in std_logic。 end ponent metonome。 end ponent output。 例化顯示電路模塊 end rtl。在建筑方面也采用彩燈來裝飾高樓大廈。 本設(shè)計(jì)通過對(duì)彩燈的設(shè)計(jì)，訓(xùn)練對(duì)電氣、單片機(jī)、電子技術(shù)等內(nèi)容的應(yīng)用能力，掌握對(duì)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的流程 以及各種要求。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)查閱、使用各種專業(yè)資料和網(wǎng)上資源，并以嚴(yán)肅認(rèn)真、深入研究的工作作風(fēng)完成設(shè)計(jì)任務(wù)，逐步向工程技術(shù)員轉(zhuǎn)變 ,培養(yǎng)畢業(yè)生獨(dú)立完成任務(wù)的能力，體現(xiàn)和檢驗(yàn)綜合設(shè)計(jì)能力，大力提高畢業(yè)生的技術(shù)水平，培養(yǎng)新一代既有理論、又有動(dòng)手能力的實(shí)用性人才，以適應(yīng)國際建設(shè)和發(fā)展的需要。整個(gè)過程通過 PLD自動(dòng)完成，大大減輕了設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度，減少了出錯(cuò)的機(jī)會(huì)，并且提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量 基于 VHDL 的節(jié)日彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 二、文獻(xiàn)綜 述 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài)；查閱的主要文獻(xiàn) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài) : VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language, 超高速集成電路硬件描述語言 )誕生于 1982 年，是由美國國防部開發(fā)的一種快速設(shè)計(jì)電路的工具，目前已經(jīng)成為 IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers)的一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言。 北京 ： 科學(xué)出版社， 2021。 [3] 馬或 ， 王丹利，王麗英 。 VHDL 硬件描述語言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì) [M]西安 ：西安電子科技大學(xué)出版社， 2021。 [6] 盧毅，賴杰 。 VHDL 的設(shè)計(jì)特點(diǎn)與應(yīng)用研究 [J]。 北京：電子工業(yè)出版社， 2021。 [10] 斯蒂芬 機(jī)械工業(yè)出版社， 2021。 2． 擬采取的方案及可行性分析 時(shí)序控制模塊 中， CLK 為輸入時(shí)鐘信號(hào)，電路在時(shí)鐘上升沿變化； CLR 為復(fù)位清零信號(hào)，高電平有效，一旦有效時(shí)，電路無條件的回到初始狀態(tài)； OPT 為頻率快慢選擇 信號(hào)，低電平節(jié)奏快，高電平節(jié)奏慢； CLKOUT 為輸出信號(hào)， CLR 有效時(shí)輸出為零，否則，隨 OPT 信號(hào)的變化而改變。因此為實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)目的，時(shí)序 邏輯電路從某一狀態(tài)進(jìn)入下一狀態(tài)時(shí)，必須首先設(shè)法“記住”原先的狀態(tài)。 利用控制電路可使彩燈（例如霓虹燈）按一定的規(guī)律不斷的改變狀態(tài)，不僅可以獲得良好的觀賞效果，而且可以省電（與全部彩燈始終全亮相比）。 課題研究與系統(tǒng)開發(fā)階段 本階段將進(jìn)行可校時(shí)數(shù)字鐘的編程實(shí)現(xiàn)，對(duì)系統(tǒng)界面進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，并進(jìn)行軟件的調(diào)試，形成較為完整有效的整體解決方案，為畢業(yè)論文的撰寫作好充分準(zhǔn)備。 系統(tǒng)分析和算法理解 軟件設(shè)計(jì)和軟件 測試文檔 論文初稿 論文定稿 論文答辯 基于 VHDL 的節(jié)日彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 五、審核意見 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽字 : 年 月 日 審核小組意見 審核小組成員簽字： 年 月 日 注： 表格不夠可加附頁。畢業(yè)論文撰寫是本科生培養(yǎng)過程中的基本訓(xùn)練環(huán)節(jié)之一，應(yīng)符合國家及各專業(yè)部門制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，符合漢語語法規(guī)范。不應(yīng)超過 25 字，原則上不得使用標(biāo)點(diǎn)符號(hào)，不設(shè)副標(biāo)題。 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞是供檢索用的主題詞條，應(yīng)采用能覆蓋論文主要內(nèi)容的通用技術(shù)詞條（參照相應(yīng) 的技術(shù)術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)），一般列 3～ 5 個(gè)，按詞條的外延層次從大到小排列，應(yīng)在摘要中出現(xiàn)。緒論應(yīng)說明選題的背景、目的和意義，國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述以及論文所要研究的主要內(nèi)容。 論文主體 論文主體是論文的主要部分，要求結(jié)構(gòu)合理，層次清楚，重點(diǎn)突出，文字簡練、通順。 結(jié)論是對(duì)整個(gè)論文主要成果的歸納，要突出設(shè)計(jì)（論文）的創(chuàng)新點(diǎn)，以簡練的文字對(duì)論文的主要工作進(jìn)行評(píng)價(jià)，一般為 400～ 1 000 字。 在論文正文中必須有參考文獻(xiàn)的編號(hào)，參考文獻(xiàn)的序號(hào)應(yīng)按在正文中出現(xiàn)的順序排列。 基于 VHDL 的節(jié)日彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 致謝 對(duì)導(dǎo)師和給予指導(dǎo)或協(xié)助完成論文工作的組織和個(gè)人表示感謝。 文管類 論文正文字?jǐn)?shù) 12 000－ 20 000 字。 論文書寫 本科生畢業(yè)論文用 B5 紙 計(jì)算機(jī)排版、編輯與雙面打印 輸出 。頁眉應(yīng)居中置于頁面上部。 頁碼。中、外文摘要應(yīng)各占一頁，編排裝訂時(shí)放置正文前，并且中文在前，外文在后。） 論文正文 章節(jié)及各章標(biāo)題 論文正文分章、節(jié)撰 寫，每章應(yīng)另起一頁。 2 層次 層次以少為宜，根據(jù)實(shí)際需要選擇。所引文獻(xiàn)編號(hào)用阿拉伯?dāng)?shù)字置于方括號(hào)“ [ ]”中，如“二次銑削 [1]”。 不得將引用文獻(xiàn)標(biāo)示置于各級(jí)標(biāo)題處。 作者為多人時(shí)，一般只列出前 3 名作者，不同作者姓名間用逗號(hào)相隔。會(huì)議地址與出版地相同者省略“出版地”。序號(hào)應(yīng)按 文獻(xiàn)在論文中的被引用順序編排。 名詞術(shù)語 科技名詞術(shù)語及設(shè)備、元件的名稱，應(yīng)采用國家標(biāo)準(zhǔn)或部頒標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的術(shù)語或名稱。 文管類專業(yè)技術(shù)術(shù)語應(yīng)為常見、常用的名詞。 非物理單位（如件、臺(tái)、人、元、次等）可以采用漢字與單位符號(hào)混寫的方式，如“萬 t 表達(dá)時(shí)刻時(shí)應(yīng)采用中文計(jì)量單位，如“上 午 8 點(diǎn) 45 分”，不能寫成“ 8h45min”。 公式 原則上居中書寫。 文中引用公式時(shí)，一般用“見式（ 11）”或“由公式（ 11）”。 表序一般按章編排，如第 1 章第一個(gè)插表的序號(hào)為“表 1－ 1”等。表頭中可采用化學(xué)符號(hào)或物理量符號(hào)。表內(nèi)文字和數(shù)字上、下或左、右相同時(shí)，不允許用“″”、“同上”之類的寫法，可采用通欄處理方式（見附錄 4 中的例 2）。表題用五號(hào)字，表內(nèi)文字及表的說明文字均用五號(hào)字，中文用宋體。 機(jī)械工程圖：采用第一角投影法，應(yīng)符合附錄 5 所列有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 圖題及圖中說明 每個(gè)圖均應(yīng)有圖題（由圖號(hào)和圖名組成）。圖名在圖號(hào)之后空一格排寫。 圖題用五號(hào)字，圖內(nèi)文字及說明均用五號(hào)字，中文用宋體。 論文中照片圖及插圖 畢業(yè)論文中的照片圖均應(yīng)是原版照片粘貼（或數(shù)碼像機(jī)圖片），照片可為黑白或彩色，應(yīng)主題突出、層 次分明、清晰整潔、反差適中。對(duì)于復(fù)雜的引用圖，可采用數(shù)字化儀表輸入計(jì)算機(jī)打印出來的圖稿