2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院</b></p><p><b>  EDA課程設(shè)計</b></p><p>  課 題: 多路彩燈控制的設(shè)計 </p><p>  專業(yè)班級: 電信0802班 </p><p><b

2、>  多路彩燈控制的設(shè)計</b></p><p>  摘 要:當(dāng)今時代科技發(fā)展日異月新,彩燈作為一種景觀應(yīng)用越來越多。在電子電路設(shè)計領(lǐng)域中,電子設(shè)計自動化(EDA)工具已成為主要的設(shè)計手段。它的發(fā)展給電子系統(tǒng)的設(shè)計帶來了革命性的變化,EDA軟件設(shè)計工具,硬件描述語言,可編程邏輯器件(PLD)使得EDA技術(shù)的應(yīng)用走向普及。本次設(shè)計是十六路彩燈控制器,現(xiàn)代生活中,彩燈已經(jīng)成為必不可少的景觀,本次

3、設(shè)計本著與實際生活密切聯(lián)系的原則,論述了使用VHDL設(shè)計十六路彩燈控制器的過程。VHDL為設(shè)計提供了更大的靈活性,使程序具有更高的通用性。同時也提高了設(shè)計的靈活性、可靠性和可擴展性,為大學(xué)生更好地認識社會提供了很好的機會。</p><p>  關(guān) 鍵 詞: 電子設(shè)計自動化(EDA);VHDL; 彩燈控制器; </p><p>  一、彩燈控制系統(tǒng)的實現(xiàn)</p><p&g

4、t;<b>  1.1設(shè)計思路</b></p><p>  用VHDL語言設(shè)計了一個十六路彩燈控制器,六種花型循環(huán)變化,有清零開關(guān),并且可以選擇快慢兩種節(jié)拍。本控制電路采用VHDL語言設(shè)計。運用自頂而下的設(shè)計思想,按功能逐層分割實現(xiàn)層次化設(shè)計。根據(jù)多路彩燈控制器的設(shè)計原理,將整個控制器分為兩個部分,分別為時序控制模塊和顯示控制模塊。時序控制模塊實現(xiàn)的功能是產(chǎn)生1/4和1/8的時鐘信號。顯示控

5、制模塊中實現(xiàn)的六種花型分別為:</p><p>  "0001000100010001"</p><p>  "1010101010101010"</p><p>  "0011001100110011"</p><p>  "1101101101100110"&

6、lt;/p><p>  "1001010010100101"</p><p>  "0100100100100100"</p><p>  整個電路僅有時序控制和顯示控制兩個模塊。</p><p><b>  1.2設(shè)計原理</b></p><p>  用VHD

7、L進行設(shè)計 ,首先應(yīng)該了解 ,VHDL語言一種全方位硬件描述語言 ,包括系統(tǒng)行為級 ,寄存?zhèn)鬏敿壓瓦壿嬮T級多個設(shè)計層次。應(yīng)充分利用VHDL“自頂向下” 的設(shè)計優(yōu)點以及層次化的設(shè)計概層次概念對于設(shè)計復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)是非常有用它使得人們可以從簡單的單元入手 ,逐漸構(gòu)成龐大而復(fù)雜的系統(tǒng) 。</p><p>  根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求可知,整個系統(tǒng)共有三個輸入信號:控制彩燈節(jié)奏快慢的基準時鐘信號CLK_IN ,系統(tǒng)清零信號CLR

8、 ,彩燈節(jié)奏快慢選擇開關(guān)CHOSE_KEY;共有十六個輸出信號LED[15..0],分別用于控制十六路彩燈。</p><p>  據(jù)此,我們可以將整個彩燈控制電路MODEL分為兩大部分:時序控制電路MODEL1和顯示控制電路MODEL2。系統(tǒng)的工作原理如下:</p><p>  時序控制電路MODEL1根據(jù)輸入信號CHOSE_KEY, CLR ,CLK_IN產(chǎn)生的符合一定要求的、供顯示控制

9、電路MODEL2使用的控制時鐘信號,而顯示控制電路MODEL2則根據(jù)時序控制電路MODEL1輸入的控制時鐘信號,輸出六種花型循環(huán)變化的、控制十六路彩燈工作的控制信號,這些控制信號加上驅(qū)動電路一起控制彩燈工作。</p><p>  首先應(yīng)進行系統(tǒng)模塊的劃分 ,規(guī)定每一模塊的功能以及各個模塊之間的接口。最終設(shè)計方案由一個十六路彩燈花樣循環(huán)顯示控制器和一個時序控制分模塊組成。時序控制模塊根據(jù)輸入信號不同頻率的選擇不同的

10、時鐘信號輸送到彩燈循環(huán)顯示控制器 ,從而達到控制彩燈閃爍速度的快慢。</p><p><b>  1.3整體框圖</b></p><p><b>  二、模塊設(shè)計及功能</b></p><p><b>  一、模塊功能描述</b></p><p>  時序控制模塊的功能是產(chǎn)生輸

11、入脈沖的1/4分頻脈沖信號和1/8分頻脈沖信號,以此控制十六路彩燈的快慢節(jié)奏變化。</p><p>  顯示控制模塊的功能是使電路產(chǎn)生六種花型并且循環(huán)顯示,以此實現(xiàn)本次課程設(shè)計要求實現(xiàn)的多路彩燈控制器的花型循環(huán)顯示功能。</p><p>  模塊的設(shè)計使得程序得以實現(xiàn),對于程序的理解和對模塊的設(shè)計緊密的聯(lián)系起來利用EDA技術(shù)方便快捷的實現(xiàn)了設(shè)計。用VHDL進行設(shè)計,首先應(yīng)該理解,VHDL語

12、言是一種全方位硬件描述語言,包括系統(tǒng)行為級,寄存器傳輸級和邏輯門級多個設(shè)計層次。應(yīng)充分利用VHDL“自頂向下”的設(shè)計優(yōu)點以及層次化的設(shè)計概念,層次概念對于設(shè)計復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)是非常有用的,它使得我們可以從簡單的單元入手,逐漸構(gòu)成龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)。</p><p><b>  2.1時序控制模塊</b></p><p>  時序控制模塊是本程序的 時鐘信號選擇模塊,它的功

13、能是產(chǎn)生輸入脈沖的1/4分頻脈沖信號和1/8分頻脈沖信號,以此控制十六路彩燈的快慢節(jié)奏變化。時序控制模塊在本電路中起著至關(guān)重要的作用,它以彩燈閃動快慢節(jié)奏的變化實現(xiàn)了多路彩燈絢麗多彩的花型節(jié)奏變化。時序控制電路是整個電路中一個分模塊,它的設(shè)計對十六路彩燈控制器設(shè)計的順利完成起著決定性的作用。</p><p>  以下是時序控制電路編譯與仿真:</p><p>  時序控制模塊VHDL文本:

14、</p><p>  LIBRARY IEEE;</p><p>  USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>  USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p><p>  ENTITY MODEL1 IS</p><p>  PORT(CHOSE_KEY,C

15、LK_IN, CLR:IN STD_LOGIC;</p><p>  CLK:OUT STD_LOGIC);</p><p><b>  END ;</b></p><p>  ARCHITECTURE ONE OF MODEL1 IS</p><p>  SIGNAL T1:STD_LOGIC;</p>

16、<p><b>  BEGIN</b></p><p>  PROCESS(CLK_IN,CLR,CHOSE_KEY)IS</p><p>  VARIABLE T2:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);</p><p><b>  BEGIN</b></p><p>

17、;  IF CLR='1'THEN </p><p>  T1<='0';T2:="000";</p><p>  ELSIF CLK_IN'EVENT AND CLK_IN='1'THEN</p><p>  IF CHOSE_KEY='1'THEN</p>

18、;<p>  IF T2="011"THEN T2:="000";T1<=NOT T1;</p><p><b>  ELSE</b></p><p><b>  T2:=T2+1;</b></p><p><b>  END IF;</b>

19、</p><p><b>  ELSE</b></p><p>  IF T2="111"THEN T2:="000";T1<=NOT T1;</p><p><b>  ELSE</b></p><p><b>  T2:=T2+1;<

20、/b></p><p><b>  END IF;</b></p><p><b>  END IF;</b></p><p><b>  END IF;</b></p><p>  END PROCESS;</p><p><b>  

21、CLK<=T1;</b></p><p><b>  END ;</b></p><p><b>  仿真結(jié)果:</b></p><p><b>  2.2顯示控制模塊</b></p><p>  顯示控制模塊是整個電路的顯示控制模塊。它的主要功能是使電路產(chǎn)生

22、六種花型并且循環(huán)顯示,以此實現(xiàn)本次課程設(shè)計要求實現(xiàn)的多路彩燈控制器的花型循環(huán)顯示功能。顯示控制模塊應(yīng)用VHDL語言設(shè)計了本次十六路彩燈的六種循環(huán)花型,顯示控制電路是整個電路中另外一個分模塊,它的出色設(shè)計直接決定著十六路彩燈控制器花型循環(huán)的花樣和質(zhì)量。</p><p>  以下是顯示控制電路編譯與仿真:</p><p>  時序控制模塊VHDL文本:</p><p>

23、  LIBRARY IEEE;</p><p>  USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>  ENTITY MODEL2 IS</p><p>  PORT(CLK,CLR:IN STD_LOGIC;</p><p>  LED:OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0));<

24、/p><p><b>  END ;</b></p><p>  ARCHITECTURE ONE OF MODEL2 IS</p><p>  TYPE STATE IS(S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6);</p><p>  SIGNAL CURRENT_STATE:STATE;</p><

25、p>  SIGNAL FLOWER:STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0);</p><p><b>  BEGIN</b></p><p>  PROCESS(CLR,CLK)IS</p><p>  CONSTANT F1:STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0):="000100010

26、0010001";</p><p>  CONSTANT F2:STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0):="1010101010101010";</p><p>  CONSTANT F3:STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0):="0011001100110011";</p><

27、p>  CONSTANT F4:STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0):="0100100100100100";</p><p>  CONSTANT F5:STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0):="1001010010100101";</p><p>  CONSTANT F6:STD_LOGIC_V

28、ECTOR(15 DOWNTO 0):="1101101101100110";</p><p><b>  BEGIN</b></p><p>  IF CLR='1' THEN</p><p>  CURRENT_STATE<=S0;</p><p>  ELSIF RISIN

29、G_EDGE(CLK) THEN</p><p>  CASE CURRENT_STATE IS</p><p>  WHEN S0=>FLOWER<="ZZZZZZZZZZZZZZZZ";CURRENT_STATE<=S1;</p><p>  WHEN S1=>FLOWER<=F1;CURRENT_STATE&l

30、t;=S2;</p><p>  WHEN S2=>FLOWER<=F2;CURRENT_STATE<=S3;</p><p>  WHEN S3=>FLOWER<=F3;CURRENT_STATE<=S4;</p><p>  WHEN S4=>FLOWER<=F4;CURRENT_STATE<=S5;<

31、/p><p>  WHEN S5=>FLOWER<=F5;CURRENT_STATE<=S6;</p><p>  WHEN S6=>FLOWER<=F6;CURRENT_STATE<=S1;</p><p><b>  END CASE;</b></p><p><b>  E

32、ND IF;</b></p><p>  END PROCESS;</p><p>  LED<=FLOWER;</p><p><b>  END ;</b></p><p><b>  仿真結(jié)果:</b></p><p>  2.3整個電路系統(tǒng)的VHDL

33、源程序</p><p>  LIBRARY IEEE;</p><p>  USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>  ENTITY MODEL IS</p><p>  PORT (CLK_IN , CLR ,CHOSE_KEY:IN STD_LOGIC;</p><p>  LED

34、: OUT STD_LOGIC_VECTOR (15 DOWNTO 0));</p><p><b>  END;</b></p><p>  ARCHITECTURE ONE OF MODEL IS</p><p>  COMPONENT MODEL1 IS</p><p>  PORT (CHOSE_KEY, CLK

35、_IN, CLR:IN STD_LOGIC;</p><p>  CLK:OUT STD_LOGIC);</p><p>  END COMPONENT MODEL1;</p><p>  COMPONENT MODEL2 IS</p><p>  PORT(CLK, CLR:IN STD_LOGIC;</p><p>

36、;  LED:OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0));</p><p>  END COMPONENT MODEL2;</p><p>  SIGNAL S1:STD_LOGIC;</p><p><b>  BEGIN</b></p><p>  U1:MODEL1 PORT MAP(CH

37、OSE_KEY,CLK_IN,CLR,S1);</p><p>  U2:MODEL2 PORT MAP(S1,CLR,LED);</p><p><b>  END;</b></p><p><b>  整體電路的仿真:</b></p><p>  2.4 設(shè)計技巧分析 </p>

38、<p>  (1) 在時序控制電路MODEL1的設(shè)計中,利用計數(shù)器計數(shù)達到分頻值時,對計數(shù)器進行清零,同時將輸出信號反向,這就非常簡潔地實現(xiàn)了對輸入基準時鐘信號的分頻,并且分頻信號的占空比為0.5。</p><p>  (2) 在顯示控制電路MODEL2的設(shè)計中,利用狀態(tài)機非常簡潔地實現(xiàn)了六種花型的循環(huán)變化,同時利用六個十六位常數(shù)的設(shè)計,可非常方便地設(shè)置和修改六種花型。</p><p

39、>  (3) 對于頂層程序的設(shè)計,因本系統(tǒng)模塊較少,既可使用文本的程序設(shè)計方式,也可使用原理圖的設(shè)計方式。但對于模塊較多的系統(tǒng),最好使用文本的程序設(shè)計方式。</p><p><b>  三、總結(jié)</b></p><p>  通過此次課程設(shè)計實驗讓我學(xué)習(xí)到:無論多么復(fù)雜的設(shè)計都是從最基本的原理演變而來的,萬變不離其宗,高樓平地起。還是要把最基本的VHDL語言弄透,

40、</p><p>  逐漸構(gòu)成龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)。平時在電腦上操作,把書本上的例題個個弄懂,不懂的地方及時問同學(xué)、老師,或者在網(wǎng)上查相關(guān)資料。多在實驗室里做一些實際的仿真,畢竟有些情況下理論和實際有很大的差別。多總結(jié)規(guī)律,多和同學(xué)交流學(xué)習(xí)別人好的想法。同時也要關(guān)注一些比較前沿的知識,看看專業(yè)發(fā)展的趨向。</p><p>  為未來的發(fā)展做好鋪墊。</p><p>&l

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