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,。