多路彩灯控制器11.docVIP

EDA技术课程大作业 设计题目： 多路彩灯控制器 院 系： 电子信息与电气工程系 学生姓名： 学 号： 200902070036 专业班级： 09电子信息工程（专升本） 2010 年 12 月 08 日 多路彩灯控制器 1. 设计背景和设计方案 多路彩灯控制器通过对应的开关按钮，能够控制多个彩灯的输出状态，组合多种变幻的灯光闪烁，它被广泛的应用到节日庆典、剧场灯光、橱窗装饰之中。 1.1系统设计要求 设计一个多路彩灯控制器，能循环变化花型，可清零，可选择花型变化节奏。 彩灯控制器由16路发光二极管构成，当控制器开关打开时，能够在6种不同的彩灯花型之间进行循环变化。 要求控制器具备复位清零功能，一旦复位信号有效，不论控制器花型变化处于何种状态，都会无条件立即清零，恢复到初始状态。 设置节拍选择按钮。按下此按钮，多路彩灯控制器的节奏减缓；放开此按钮，则变化节奏相对加快。 1.2系统设计方案 根据系统设计的要求可知，整个系统共有三个输入信号，分别为控制器快慢节奏控制信号opt、复位清零信号clr和时钟脉冲信号clk，输出信号则是16路彩灯的输出状态led[15..0]，系统框图如图1-1所示。 图1-1 多路彩灯控制器系统框图 多路彩灯控制器可由两个主要的电路模块组成：时序控制电路模块和显示控制电路模块。时序控制电路根据输入信号的设置得到相应的输出信号，并将此信号作为显示控制电路的时钟信号，显示控制电路根据输入时钟信号的周期，由规律地输出预先设定的6种彩灯花型，从而使多路彩灯控制器在一定的输入条件下提供符合设计要求的有效输出。 2. 方案实施 多路彩灯控制器的实现基础是时序控制电路和显示控制电路的设计。 2.1时序控制电路模块 时序控制电路模块框图如图2-1所示。其中，clk为输入时钟信号，电路在时钟上升沿发生变化；clr为复位清零信号，高电平有效，且一旦该信号有效，电路无条件复位为初始状态；opt为快慢节奏选择信号，高电平时节奏慢，低电平时节奏快；clkout为输出信号，当clk信号有效时clkout输出为0，否则，clkout的周期随opt信号的改变而改变。 图2-1 时序控制电路框图 我们假设时序控制电路所产生的控制时钟信号的快慢两种节奏分别为输入信号频率的1/4和1/8，因而输出时钟信号可以通过对输入时钟的计数获得。当opt为低电平时，输出每经过两个时钟周期进行翻转，实现四分频的快节奏；opt为低电平时，输出每经过四个时钟周期进行翻转，实现八分频的慢节奏。 时序控制电路的VHDL源程序如下： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity metronome is port(clk: in std_logic; clr: in std_logic; opt: in std_logic; clkout: out std_logic); end metronome; architecture rtl of metronome is signal clk_tmp : std_logic; signal counter : std_logic_vector(1 downto 0); begin process(clk,clr,opt) begin if clr=1then clk_tmp=0; counter=00; elsif clkevent and clk=1then if opt=0then if counter=01then counter=00; clk_tmp=not clk_tmp; else counter=counter+1; end if; else if counter=11then counter=00; clk_tmp=not clk_tmp; else counter=counter+1; end if; end if; end if; end process; clkout=clk_tmp; end rtl; 时序控制电路的仿真波形如图2-2所示。 图2-2 时序控制电路的仿真波形图 从上图可以看出，当复位信号为高电平时，信号使能，使得电路不论处于何种状态或时钟周期的哪个位置，都即刻被复位清零。图中，复位信号从时钟下降沿开始有效，输出信号不必等到时钟的上升沿就马上恢复为初始状态。 当快慢节奏选择信号为低电平时，此时的时序控制电路起着四分频器的作用，每经过两个输入时钟周期，输