0 引言
近年來,，F(xiàn)PGA／CPLD發(fā)展迅速，隨著集成電路制造工藝的不斷進步,，高性價比的FPGA／CPLD器件推陳出新,，使FPGA／CPLD成為當今硬件設計的重要途徑，與傳統(tǒng)電路設計方法相比,，F(xiàn)PGA／CPLD具有功能強大,、開發(fā)周期短、投資少,，便于追蹤市場變化及時修改產品設計以及開發(fā)工具智能化等特點,。在諸多FPGA／CPLD的設計語言中，VHDL語言作為一種主流的硬件描述語言,，具有很強的電路描述和建模能力,，能從多個層次對數(shù)字系統(tǒng)進行建模和描述，從而大大簡化了硬件設計任務,，提高了設計效率和可靠性,，并在語言易讀性和層次化、結構化設計方面,，表現(xiàn)出了強大的生命力和應用潛力,。
QuartusⅡ是Altera公司在21世紀初推出的FPGA／CPLD集成開發(fā)環(huán)境，是Altera公司前一代FPGA／CPLD集成開發(fā)環(huán)境Max+PlusⅡ的更新?lián)Q代產品,，其界面友好,，使用便捷，功能強大,，為設計者提供了一種與結構無關的設計環(huán)境,，使設計者能方便的進行設計輸入、快速處理和器件編程,。
本文在QuartusⅡ開發(fā)環(huán)境下,，用VHDL語言設計了一種可用于控制16路彩燈，具有4種彩燈變換模式,，且變換速度可調的彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" title="彩燈控制器">彩燈控制器" 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1 16路可調速彩燈控制囂設計思路
16路可調逮彩燈控制器根據功能可分為3個部分，如圖1所示,。其中,，8 Hz分頻部分用于對頻率為10 MHz的時鐘信號進行分頻，獲得頻率為8 Hz的時鐘信號CLK8,。CLK8作為速度控制部分的基準時鐘,，通過計數(shù)分頻方式又可獲得頻率分別為4 Hz，2 Hz和1 Hz的時鐘信號,，然后由調速信號選擇其中之一作為彩燈時鐘信號CLKQ,，CLKQ即為彩燈控制部分的基準時鐘，用于決定彩燈變換的速度,，由此實現(xiàn)調速信號SPD對彩燈變換速度的控制,，使彩燈可調速。
彩燈控制部分通過輸出1個16位二進制數(shù)(即彩燈輸出信號Q)來控制16個彩燈,，每一位二進制數(shù)對應1個彩燈的開關,，當該位數(shù)字為“1”時燈亮，該位數(shù)字為“O”時燈滅,。彩燈的變換共設置4種模式：
sO模式：只亮1個燈,，從最左端逐個移動到最右端，即輸出信號Q從第15位開始將1個“1”依次移動到第0位,；
s1模式：只亮1個燈,，從最右端逐個移動到最左端，即輸出信號Q從第0位開始將1個“1”依次移動到第15位,；
s2模式：亮2個燈,，同時從左右兩端向中間移動，即輸出信號Q從第15位開始將1個“1”依次移動到第8位,，同時從第O位開始將1個“1”依次移動到第7位,；
s3模式：亮2個燈，同時從中間向左右兩端移動,，即輸出信號Q從第8位開始將1個“1”依次移動到第15位,，同時從第7位開始將1個“1”依次移動到第0位。
四種模式依次循環(huán),，若復位信號RST輸入為高電平,，則循環(huán)中斷，輸出信號Q置零,，彩燈全滅,，RST恢復為低電平后，再次從sO模式開始循環(huán),。
2 16路可調速彩燈控制器的實現(xiàn)
本文所設計的16路可調速彩燈控制器,，其電路符號如圖2所示，其中clk為10 MHz時鐘信號輸入端,，rst為復位控制端,，spd為調速信號輸入端，q為彩燈控制信號輸出端,。
本文所設計的16路可調速彩燈控制器的VHDL代碼如下所示：
值得注意的是,，本文設計的16路可調速彩燈控制器使用了數(shù)據循環(huán)算法,，較以往的case when語句，更加簡潔,，實現(xiàn)的功能更加強大,，其具有如下特點：
(1)在硬件驗證時，將速度控制端spd的pin腳接到撥碼開關上,，從而實現(xiàn)彩燈變換速度快慢的手動控制,，在更進一步的設計中，也可以通過對spd信號的內部控制,，實現(xiàn)各種變換速度的自動調整,。
(2)該設計采用數(shù)據移位的方式實現(xiàn)彩燈的變換，更有利于彩燈變換模式的擴展,。該設計雖然只設計了4種變換模式,，但可以根據需要輕松的擴展至6～8種模式，甚至更多,。
(3)8 Hz分頻部分的分頻比很大,，不適于計算機仿真驗證，在仿真時需要調小分頻比,，在硬件驗證時再恢復較大的分頻比,。
3 仿真結果分析
本文設計的16路可調速彩燈控制器在QuartusⅡ開發(fā)環(huán)境下進行了仿真驗證，仿真波形如圖3所示,。仿真結果分析如下：
(1)clk為時鐘信號,，由時鐘信號的上升沿觸發(fā)分頻器計數(shù)；
(2)rst為復位信號輸入端,，當其為高電平時,，彩燈控制輸出信號q清零，rst恢復為低電平后彩燈控制輸出信號q從sO模式重新開始循環(huán),；
(3)spd為調速信號輸入端,，對應于spd的“00”，“01”,，“10”,，“11”這4個數(shù)值，彩燈變換的速度分別為1 Hz,，2 Hz,，4 Hz，8 Hz,；
(4)q為彩燈控制信號輸出端,，由圖3可知，該設計成功地實現(xiàn)了4種變換模式的循環(huán)和各種變換速度的調節(jié)。
4 結語
設計的16路可調速彩燈控制器在QuartusⅡ開發(fā)環(huán)境下進行了仿真驗證后,，下載到湖北眾友科技實業(yè)股份有限公司的ZYllEDAl3BE實驗箱中進行了硬件驗證,，該實驗箱使用ACEXlK系列EPlK30QC208芯片作為核心芯片，實驗證明設計正確,，功能完整,，運行穩(wěn)定。另外,，本文所設計的16路可調速彩燈控制器可根據需要增加更多的變換模式，使彩燈更加絢麗多姿,。