基于cpld的彩燈控制器設計畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 控制器集微電子技術,計算機技術于一體,在取代繼電器控制系統,實現多種設備的自動控制中越來越顯示出其突出的優點,組成可編程彩燈控制器,只要在編程器中編好各種彩燈花樣變化的程序,經檢查正確無誤后送到可編程控制器中運行,控制器輸出端就可以驅動多路彩燈點亮,其彩燈花樣變化及各花樣之間的轉換均可實現自動完成,這就是可編程彩燈控制器的杰作,它使得彩燈變化更加豐富多彩漂亮迷人,這是迄今為止任何一種其他彩燈控制器所無法比擬的。 彩燈的發展趨勢有: （1）向高效節能方向發展首先采用節能光源，然后是按照節能光的尺寸、形狀， 精心設計燈具的光學系統，真正的提高燈光的有效利用率。如在射燈中選用光色好的高強度氣體放電燈，可造成一個光學彌散、均勻柔和的照明環境，且燈具的保護角小、效率高，能較好地顯示建筑物結構。 （2）向集成可調化方向發展技術的迅速發展 各種集成化裝置和電子計算機控制系統對燈具和照明系統的應用取得了顯著的進步。如應用電子鎮流器對燈具及照明系統進行調光、遙控、控制光色。 （3）向多功能小型化發展 隨著緊湊型光源的發展鎮流器等燈用電器配件的超小、超薄、各種新技術、新工藝的不斷采用，現代燈具正在向小型、實用和多功能方向發展。 （4）向裝配系列化轉現代燈具的選型追求簡潔明快淘汰了過去一味追求表面華麗的造型及過分裝飾的風格、既強調個性，又強調與背景環境的協調，還注重表現燈具材料的質感。為了能保證照明條件和視覺的舒適感，燈具大都配有各種系列成套的配件選擇，以使用戶根據需要自我調節 第2章 方案論證 我們用VHDL語言設計了一個八路彩燈控制器，四種大花型包含二十九種狀態循環變化，有清零開關，并且可以選擇快慢兩種節拍。工作原理：整個系統共有三個輸入信號CLK，CLR和OPT，八路輸出信號。時鐘信號CLK由外部輸入到節拍發生器，節拍選擇信號OPT先輸入到控制器．再由控制器輸出選擇控制信號Y到節拍發生器，隨時控制快慢節拍的轉換。節拍發生器產生的節拍信號分別輸出到控制器、編碼電路和驅動電路。編碼電路輸出反饋信號給控制器，控制器輸出信號控制編碼電路的各個子模塊交替工作，產生多種花型，再由驅動電路將信號輸出到彩燈。CLR為清零信號，由外部輸入到控制器．CLK為0時，系統回到等待狀態，彩燈全滅；CLK為1時．系統工作。我們采取自頂向下的設計方法，將電路分為控制器和受控制器，各部分電路的作用如下：1．受控電路包括節拍發生器、驅動電路和編碼電路。節拍發生器：提供快、慢兩種節拍。驅動電路：提供彩燈工作所需的電壓及電流，隔離負載對編碼電路的影響。編碼電路：根據花型要求按節拍輸出八位狀態編碼信號．以控制彩燈接規律亮滅。：為節拍發生器和編碼電路提供控制信號，同步整個系統的工作控制器通過控制編碼電路中各個模塊的交替工作來實現各個花型的轉換。同樣我們用VHDL語言設計了一個八路彩燈控制器，四種大花型循環變化，有清零開關，并且可以選擇快慢兩種節拍。本控制電路采用VHDL語言設計。運用自頂而下的設計思想，按功能逐層分割實現層次化設計。根據多路彩燈控制器的設計原理，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。時序控制模塊實現的功能是產生1＼４和１＼８的時鐘信號。顯示控制模塊中實現的四種大花型分別為：花型1：彩燈從左至右逐個輪流點亮 S0:00000000 S1:10000000 S2:01000000 S3:00100000 S4:00010000 S5:00001000 S6:00000100 S7:00000010 S8:00000001花型2：彩燈從右至左逐個輪流點亮 S9:00000010 S10:00000100 S11:00001000 S12:00010000 S13:00100000 S14:01000000 S15:10000000 S16:00000000花型3：從中間依次對稱亮到兩邊 S17:00010000 S18:00011000 S19:00111000 S20:00111100 S21:01111100 S22:01111110 S23:11111110 S24:11111111花型4：從左對稱亮到右邊 S25:10001000 S26:11001100 S27:11101110 S28:11111111整個電路僅有時序控制和顯示控制兩個模塊。方案一總體由受控電路和控制器組成，而受控電路又包括節拍發生器，驅動電路和編碼電路。它將花型控制與節拍控制兩種功能融合在一起，是考慮到只要計數器就可以實現其全部功能，且原理相對簡單。如此設計，其優點在于：設計思想比較簡單，元件種類使用少，充分利用了各種元件，且因熟悉，比較易于組裝電路；缺點則是：中間單元電路連線過多，容易出錯，且可能出現線與關系；分析電路時不易弄清楚，不易于電路的修改。方案二由時序控制電路和顯示控制電路組成，電路組成較方案一簡單。且檢查電路時易于分析修改，雖然原理相對復雜，但單元電路模塊少，而且方案二程序編寫簡單易懂，并能夠靈活地添加或刪減程序實現多種花型的變化，有很大的靈活性。因此，我們選擇了方案二進行進一步的設計。第3章 模塊設計及其功能本次設計分為兩個子模塊 ,即八路彩燈時序控制模塊和八路彩燈顯示控制模塊。時序控制模塊的功能是產生輸入脈沖的１＼４分頻脈沖信號和１＼８分頻脈沖信號，以此控制八路彩燈的快慢節奏變化。顯示控制模塊的功能是使電路產生四種花型并且循環顯示，以此實現本次設計要求實現的多路彩燈控制器的花型循環顯示功能。模塊的設計使得程序得以實現，對于程序的理解和對模塊的設計緊密的聯系起來利用EDA技術方便快捷的實現了設計。用VHDL進行設計，首先應該理解，VHDL語言是一種全方位硬件描述語言，包括系統行為級，寄存器傳輸級和邏輯門級多個設計層次。應充分利用VHDL“自頂向下”的設計優點以及層次化的設計概念，層次概念對于設計復雜的數字系統是非常有用的，它使得我們可以從簡單的單元入手，逐漸構成龐大而復雜的系統。時序控制模塊是本程序的時鐘信號選擇模塊，它的功能是產生輸入脈沖的１＼４分頻脈沖信號和１＼８分頻脈沖信號，以此控制八路彩燈的快慢節奏變化。時序控制模塊在本電路中起著至關重要的作用，它以彩燈閃動快慢節奏的變化實現了多路彩燈絢麗多彩的花型節奏變化。時序控制電路是整個電路中一個分模塊，它的設計對八路彩燈控制器設計的順利完成起著決定性的作用。 時序控制模塊：CLK為輸入時鐘信號，電路在時鐘上升沿變化；CLR為復位清零信號，高電平有效，一旦有效時，電路無條件的回到初始狀態；OPT為頻率快慢選擇信號，低電平節奏快，高電平節奏慢；CLKOUT為輸出信號，CLR有效時輸出為零，否則，隨OPT信號的變化而改變。我們使得時序控制電路所產生的控制時鐘信號的快慢兩種節奏分別為輸入時鐘信號頻率的１＼４和１＼８，因而輸出時鐘控制信號可以通過對輸入時鐘的計數來獲得。當OPT為低電平時，輸出每經過兩個時鐘周期進行翻轉，實現四分頻的快節奏；當OPT為高電平時，輸出每經過四個時鐘周期進行翻轉，實現把八分頻的慢節奏。：elsif clk39。event and clk=39。139。 then if opt=39。039。 then 四分頻，快節奏 if counter=01 then counter=00。 clk_tmp=not clk_tmp。 else counter=counter+39。139。 end if。 else 八分頻，慢節奏 if counter=11 then counter=00。 clk_tmp=not clk_tmp。 else counter=counter+39。139。 end if。本段程序的作用是：當OPT為’0’時產生基準時鐘頻率的１＼４的時鐘信號，否則產生基準時鐘頻率的１＼８的時鐘信號。本段簡短的程序很輕松地實現了時鐘頻率的選擇與變換，要想改變彩燈節奏的快慢，只需利用OPT選擇開關置0或置1即可輕松實現基準時鐘頻率的１＼４的時鐘信號和基準時鐘頻率的１＼８的時鐘信號的轉換，簡單并且容易修改，為八路彩燈控制器的設計提供了更大的靈活性。 時序控制模塊波形仿真截圖： 從圖中可以