1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。EDA多功能彩燈課程設(shè)計目錄TOCo1-3huHYPERLINKl_Toc12469目錄PAGEREF_Toc124691HYPERLINKl_Toc2908第一章引言PAGEREF_Toc29082HYPERLINKl_Toc44511.1EDA技術(shù)及其發(fā)展PAGEREF_Toc44512HYPERLINKl_Toc297011.2EDA技術(shù)的特點和優(yōu)勢PAGEREF_Toc297012HYPERLINKl_Toc25411.3EDA技術(shù)的設(shè)計方法PAGEREF_Toc25413HYPERLINKl_

2、Toc31484第二章彩燈電路控制設(shè)計PAGEREF_Toc314843HYPERLINKl_Toc27922.1設(shè)計要求PAGEREF_Toc27924HYPERLINKl_Toc32654第三章.各個模塊的設(shè)計PAGEREF_Toc326545HYPERLINKl_Toc28973.1四種分頻的分頻計PAGEREF_Toc28975HYPERLINKl_Toc26136第四章設(shè)計成果及其實驗結(jié)果PAGEREF_Toc2613610HYPERLINKl_Toc271364.1實驗電路框圖PAGEREF_Toc2713610HYPERLINKl_Toc138884.2彩燈整體原理圖PAGERE

3、F_Toc1388811HYPERLINKl_Toc193364.3實驗結(jié)果PAGEREF_Toc1933611HYPERLINKl_Toc22471第五章結(jié)束語PAGEREF_Toc2247111HYPERLINKl_Toc24632參考文獻PAGEREF_Toc2463212第一章引言1.1EDA技術(shù)及其發(fā)展電子設(shè)計自動化EDA(ElectronicDesignAutomation)技術(shù)的發(fā)展和普及給數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計帶來了革命性的變化。它作為現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)的核心，依賴于功能強大的計算機，在EDA工具軟件平臺上，對以硬件描述語言HDL(HardwareDescriptionLanguage)

4、為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計文件，自動地完成邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合、結(jié)構(gòu)綜合(布局布線),以及邏輯優(yōu)化和仿真測試等項功能，直至實現(xiàn)既定性能的電子線路系統(tǒng)功能。EDA技術(shù)在21世紀后，得到更大的發(fā)展，突出表現(xiàn)在以下幾個方面：使電子設(shè)計成果以自主知識產(chǎn)權(quán)的方式得以明確表達和確認成為可能。在仿真驗證和設(shè)計兩方面都支持標準硬件描述語言的功能強大的EDA軟件不斷推出。電子技術(shù)全方位進入EDA時代，數(shù)字技術(shù)日益成熟，傳統(tǒng)電路系統(tǒng)設(shè)計建模理念也發(fā)生重大的變化：軟件無線電技術(shù)的崛起，模擬電路系統(tǒng)硬件描述語言的表達和設(shè)計的標準化，系統(tǒng)可編程模擬器件的出現(xiàn)，數(shù)字信號處理和圖像處理的全硬件實現(xiàn)方案的普遍接受，

5、軟硬件技術(shù)和功能及其結(jié)構(gòu)的進一步融合等。EDA使得電子技術(shù)領(lǐng)域各學(xué)科的界限更加模糊，更加互為包容，如模擬與數(shù)字、軟件與硬件、ASIC與FPGA等。軟硬件IP核在電子行業(yè)的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域、技術(shù)領(lǐng)域和設(shè)計應(yīng)用領(lǐng)域得到進一步確認和廣泛的應(yīng)用。1.2EDA技術(shù)的特點和優(yōu)勢EDA技術(shù)的基本特征是采用高級語言描述，具有系統(tǒng)級仿真和綜合能力。它采用“自頂向下”的設(shè)計方法，與傳統(tǒng)的基于標準邏輯器件的“自底向上”數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法相比，EDA技術(shù)具有以下特點：用軟件的方式設(shè)計硬件。從設(shè)計輸入到下載配置前的整個過程幾乎不涉及硬件，通過軟件方式修改硬件設(shè)計。設(shè)計全程，包括電路系統(tǒng)描述、硬件設(shè)計、仿真測試、綜合、調(diào)試、軟件設(shè)

6、計，直至硬件系統(tǒng)都由計算機完成。目標系統(tǒng)可現(xiàn)場編程，在線升級；集成度更高，可構(gòu)建片上系統(tǒng)。對設(shè)計人員的硬件知識要求低，通過EDA工具，即使設(shè)計人員不熟悉各種半導(dǎo)體工藝，也能完成電子系統(tǒng)的設(shè)計。它基于芯片，大量使用大規(guī)模可編程邏輯器件，以縮短產(chǎn)品的上市時間，提高產(chǎn)品性能、縮小產(chǎn)品體積、降低產(chǎn)品消耗；它廣泛運用現(xiàn)代計算機技術(shù)，提高電子設(shè)計自動化程度，縮短開發(fā)周期，提高品競爭力。閃爍的彩燈在娛樂場所、餐飲等日常生活環(huán)境中應(yīng)用廣泛，彩燈的亮、滅具有一定的周期和規(guī)律，采用EDA技術(shù)容易設(shè)計和修改其控制電路。1.3EDA技術(shù)的設(shè)計方法EDA技術(shù)是將傳統(tǒng)的搭積木式設(shè)計模式變?yōu)樽皂敹碌脑O(shè)計模式，設(shè)計人員通過

7、計算機和EDA開發(fā)工具即可設(shè)計和開發(fā)出各種功能電路。EDA技術(shù)從系統(tǒng)總體出發(fā)，自上而下地逐步細化設(shè)計內(nèi)容，最后完成系統(tǒng)設(shè)計。它包括下面幾個設(shè)計步驟：1.設(shè)計準備。依據(jù)設(shè)計要求，選取合適的設(shè)計方案和器件類型，對系統(tǒng)功能細化，合理劃分功能模塊，畫出功能框圖。2.設(shè)計輸入。選取原理圖、硬件描述語言等進行設(shè)計輸入。3.功能仿真。通過建立波形文件和測試向量，在編譯前對設(shè)計的電路進行邏輯功能驗證，此時的仿真沒有考慮延時信息。4.設(shè)計處理。編譯軟件將對設(shè)計輸入文件進行邏輯化簡、綜合優(yōu)化、適配和分割、布局布線，最后產(chǎn)生編程文件。5.時序仿真。考慮延時信息，分析系統(tǒng)和各模塊時序關(guān)系，估計設(shè)計的性能，檢查和消除競

8、爭冒險。6.器件編程測試。將仿真成功后適配器產(chǎn)生的配置文件通過編程器或下載電纜寫入目標芯片，并對硬件系統(tǒng)進行檢查、測試。第二章彩燈電路控制設(shè)計2.1設(shè)計要求基于EDA技術(shù)，利用Alter公司的可編程器件EP1K30TC144-3和MaxplusII軟件平臺，設(shè)計一個多功能彩燈控制電路，控制16個彩燈周期性地自動改變顯示模式并且能夠改變顯示頻率。這里設(shè)用發(fā)光二極管模擬彩燈，用兩個按鍵來控制頻率選擇和亮燈花樣選擇。顯示頻率分設(shè)為時鐘信號的頻率的八分頻、四分頻、二分頻和其本身頻率。彩燈設(shè)為四組閃爍形式，具體如下：第一組燈亮默認為從LED0到LED15依次單獨循環(huán)燈亮；第二組燈亮情況依次為全亮,LED

9、0到LED7這8個彩燈亮,LED0到LED3這4個彩燈亮,LED0到LED1這2個彩燈亮，全不亮,LED0到LED1這2個彩燈亮,LED0到LED3這4個彩燈亮,LED0到LED7這8個彩燈亮,LED0到LED9這10個彩燈亮,LED0到LED11這12個彩燈亮,LED0到LED13這14個彩燈亮,全亮,LED6到LED9這4個彩燈亮,LED5到LED10這6個彩燈亮,LED4到LED11這8個彩燈亮,LED3到LED12這10個彩燈亮.第三組燈亮情況依次為：LED0和LED15亮，LED0、LED1和LED15、LED14亮,LED0、LED1、LED2和LED15、LED14、LED13亮

10、,LED0、LED1、LED2、LED3和LED15、LED14、LED13、LED12亮,LED0、LED1、LED2、LED3、LED4和LED15、LED14、LED13、LED12、LED11亮,LED0、LED1、LED2、LED3、LED4、LED5和LED15、LED14、LED13、LED12、LED11、LED10亮,LED0、LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6和LED15、LED14、LED13、LED12、LED11、LED10、LED9亮,全亮，LED0、LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6和LED15、LED14、LED1

11、3、LED12、LED11、LED10、LED9亮，LED0、LED1、LED2、LED3、LED4、LED5和LED15、LED14、LED13、LED12、LED11、LED10亮，LED0、LED1、LED2、LED3、LED4和LED15、LED14、LED13、LED12、LED11亮，LED0、LED1、LED2、LED3和LED15、LED14、LED13、LED12亮，LED0、LED1、LED2和LED15、LED14、LED13亮，LED0、LED1和LED15、LED14亮，LED0和LED15亮，LED2、LED3、LED6、LED7、LED10、LED11、LED14

12、、LED15亮。第四組燈亮情況依次為：LED1、LED3、LED5、LED7、LED9、LED11、LED13、LED15亮，LED0、LED2、LED4、LED6、LED8、LED10、LED12、LED14亮，LED0、LED1、LED4、LED5、LED8、LED9、LED12、LED13亮，LED2、LED3、LED6、LED7、LED10、LED11、LED14、LED15亮，LED1、LED2、LED3、LED7、LED8、LED9、LED13、LED14、LED15亮，LED4、LED5、LED6、LED7、LED12、LED13、LED14、LED15亮，LED0、LED1、L

13、ED2、LED3、LED8、LED9、LED10、LED11亮，LED15和LED7不亮其它亮，LED15、LED14和LED8、LED7不亮其它亮，LED15、LED14、LED13和LED7、LED6、LED5不亮其它亮，LED15、LED14、LED13、LED12和LED7、LED6、LED5、LED4不亮其它亮。2.2設(shè)計思路彩燈燈亮的的秩序可以通過在對時鐘脈沖計數(shù)控制，用十六進制計數(shù)器循環(huán)計數(shù)，來讓某一個燈在某個瞬間亮，然后再通過外部按鍵來控制選擇第幾組的燈亮情況，用另一個按鍵來控制選擇燈閃爍的頻率快慢。用記數(shù)器的輸出依次訪問存儲器的各地址單元，將存儲的彩燈控制信息通過數(shù)據(jù)總線依次

14、輸出，控制彩燈周期性有序變化。整個系統(tǒng)大體上分為三個部分，即可以實現(xiàn)四種分頻的頻率計、四選一多路選擇器、控制彩燈顯示的十六進制計數(shù)器。多功能彩燈設(shè)計需要先把各個小部分用VHDL語言編寫，然后再畫原理圖調(diào)出各個部分，再連接好電路，編譯成功后，將各個管腳與實驗箱上的對應(yīng)管腳鎖定，確認無誤后，再將實驗圖裝入實驗箱，查看彩燈顯示結(jié)果。第三章.各個模塊的設(shè)計3.1四種分頻的分頻計VHDL語言LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYFENPINISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;a,b

15、,c,d:OUTSTD_LOGIC);END;ARCHITECTUREbhvOFFENPINISSIGNALCLK2,CLK4,CLK8:STD_LOGIC;BEGINU1:PROCESS(CLK)BEGINIFCLKEVENTANDCLK=1THENCLK2=NOTCLK2;ENDIF;ENDPROCESS;二分頻U2:PROCESS(CLK2)BEGINIFCLK2EVENTANDCLK2=1THENCLK4=NOTCLK4;ENDIF;ENDPROCESS;四分頻U3:PROCESS(CLK4)BEGINIFCLK4EVENTANDCLK4=1THENCLK8=NOTCLK8;ENDIF

16、;ENDPROCESS;八分頻a=CLK8;b=CLK4;c=CLK2;d=CLK;ENDbhv;時序仿真圖在時鐘上升沿的時候開始實現(xiàn)分頻，d是直接時鐘輸出，c是二分頻輸出，b是四分頻輸出，a是八分頻輸出。原理圖外接時鐘信號輸入，四種頻率輸出，A端八分頻輸出，B端四分頻輸出，C端二分頻輸出，D端原信號輸出。3.2四選一多路選擇器VHDL語言LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYmux41aISPORT(a,b,c,d:INSTD_LOGIC;S:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);Y:OUTSTD_LOGIC);ENDE

17、NTITYmux41a;ARCHITECTUREbhvOFmux41aISBEGINPROCESS(a,b,c,d,s)BEGINIFs=0000THENY=a;-控制信號輸入0，輸出狀態(tài)為aELSIFs=0001THENY=b;-控制信號輸入1，輸出狀態(tài)為bELSIFs=0010THENY=c;-控制信號輸入2，輸出狀態(tài)為cELSEY=d;-控制信號輸入其它，輸出狀態(tài)為dENDIF;ENDPROCESS;ENDARCHITECTUREbhv;時序仿真圖當S為“0000”時，輸出狀態(tài)為a，當S為“0001”時，輸出狀態(tài)為b，當S為“0010”時，輸出狀態(tài)為c，當S為其它時，輸出狀態(tài)原理圖通過S

18、來選擇輸入信號的頻率，S接實驗箱上的鍵1。3.3控制彩燈顯示花樣的綜合十六進制計數(shù)器VHDL語言LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYCUNT16ISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;K2:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);LED:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(15DOWNTO0);ENDCUNT16;ARCHITECTUREbehavOFCUNT16ISSIGNALLED1:STD_LOGIC_VECTOR(15DOWNTO0);SIGN

19、ALLED2:STD_LOGIC_VECTOR(15downto0);SIGNALLED3:STD_LOGIC_VECTOR(15downto0);SIGNALLED4:STD_LOGIC_VECTOR(15downto0);BEGINPROCESS(K2)BEGINIFK2=0000THENLED=LED1;ELSIFK2=0001THENLED=LED2;ELSIFK2=0010THENLED=LED3;ELSIFK2=0011THENLED=LED4;ELSENULL;ENDIF;ENDPROCESS;K2控制選擇彩燈顯示花樣PROCESS(CLK)VARIABLEQQ:STD_LOGI

20、C_VECTOR(3downto0);BEGINIFCLKEVENTANDCLK=1THENIFQQLED1LED1LED1LED1LED1LED1LED1LED1LED1LED1LED1LED1LED1LED1LED1LED1NULL;ENDCASE;ENDPROCESS;第一種花樣PROCESS(CLK)VARIABLEQQ:STD_LOGIC_VECTOR(3downto0);BEGINIFCLKEVENTANDCLK=1THENIFQQLED2LED2LED2LED2LED2LED2LED2LED2LED2LED2LED2LED2LED2LED2LED2LED2NULL;ENDCASE

21、;ENDPROCESS;第二種花樣PROCESS(CLK)VARIABLEQQ:STD_LOGIC_VECTOR(3downto0);BEGINIFCLKEVENTANDCLK=1THENIFQQLED3LED3LED3LED3LED3LED3LED3LED3LED3LED3LED3LED3LED3LED3LED3LED3NULL;ENDCASE;ENDPROCESS;-第三種花樣PROCESS(CLK)VARIABLEQQ:STD_LOGIC_VECTOR(3downto0);BEGINIFCLKEVENTANDCLK=1THENIFQQLED4LED4LED4LED4LED4LED4LED

22、4LED4LED4LED4LED4LED4LED4LED4LED4LED4NULL;ENDCASE;ENDPROCESS;-第四種花樣ENDbehav;時序仿真圖K2控制LED的顯示，四種花樣。原理圖K2外接鍵2，CLK接四選一多路選擇器，LED【15.0】直接輸出。第四章設(shè)計成果及其實驗結(jié)果4.1實驗電路框圖鍵1控制彩燈顯示頻率，接到芯片管腳PIO0-PIO3。鍵2控制彩燈變換花樣接到芯片管腳PIO7-PIO4。D1到D16為顯示彩燈，接到芯片PIN32-39。4.2彩燈整體原理圖將彩燈原理圖裝入實驗箱前，鎖定管腳，外部時鐘信號最好與芯片126管腳鎖定，那樣將易于觀察彩燈變化快慢。輸入引腳S3.0（即鍵1）依次與該芯片的12、10、9、8管腳鎖定，K23.0（即鍵2）依次與芯片上的19、18、17、13管腳鎖定。彩燈LED15.0依次與芯片上的29、28、27、26、23、22、21、20、86、83、82、81、80、79、78、73管腳鎖定。然后再將原理圖裝入實驗箱，通過鍵1和鍵2進行操作，觀察彩燈變化情形。4.3實驗結(jié)果第五章結(jié)束語本文設(shè)