基于VerilogHDL的彩燈參考模板

1、基于Verilog的課程設(shè)計(jì)多路彩燈控制器指導(dǎo)老師：甕嘉民 李小魁班 級(jí)：0941電子科學(xué)與技術(shù)成 員：周俊冉 200910711103 李 靜 200910711108 馬慶蒙 2009107111101 / 17 目錄1 EDA簡(jiǎn)介2 彩燈控制器的設(shè)計(jì)方案3 程序設(shè)計(jì)和源程序4 波形仿真分析5 硬件測(cè)試引腳鎖定圖6 電路模塊圖7 實(shí)物圖8 心得體會(huì)9 擴(kuò)展思路10 參考文獻(xiàn)1.EDA簡(jiǎn)介 EDA技術(shù)（即Electronic Design Automation技術(shù)）就是依賴(lài)強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，在EDA工具軟件平臺(tái)上，對(duì)以硬件描述語(yǔ)言HDL（Hardware Description Language

2、）為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計(jì)文件，自動(dòng)的完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、布局布線(xiàn)以及邏輯優(yōu)化和仿真測(cè)試，直至實(shí)現(xiàn)既定的電子線(xiàn)路系統(tǒng)功能。他在硬件實(shí)現(xiàn)方面融合了大規(guī)模集成電路制造技術(shù)、IC版圖設(shè)計(jì)、ASIC測(cè)試和封裝、FPGA（Field Programme Gate Array）CPLD（Complex Programme Logic Device）編程下載和自動(dòng)測(cè)試等技術(shù)：在計(jì)算機(jī)輔助工程方面融合了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）,計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM），計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT），計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)以及多種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的設(shè)計(jì)概念；而在現(xiàn)代電子學(xué)方面則容納了更多的內(nèi)容，如電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)理論、

3、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、數(shù)字系統(tǒng)建模和優(yōu)化技術(shù)及長(zhǎng)線(xiàn)技術(shù)理論等。 硬件描述語(yǔ)言HDL是EDA技術(shù)的重要組成部分，常見(jiàn)的HDL主要有VHDL、Verilog HDL、ABEL、AHDL、System Verilog和System C。其中VHDL、Verilog HDL和現(xiàn)在的EDA設(shè)計(jì)中使用最多，并且我們學(xué)習(xí)的是Verilog的編程方法及實(shí)用技術(shù)。 2.彩燈控制器的設(shè)計(jì)方案彩燈控制器的核心設(shè)計(jì)部分是分頻器的使用，顯示部分相對(duì)比較容易。分頻器的設(shè)計(jì)方法多種多樣，我們?cè)O(shè)計(jì)的是比較常見(jiàn)的一種。外接clk為始終輸入基準(zhǔn)信號(hào)，彩燈節(jié)奏的快慢用選擇開(kāi)關(guān)select1.0，共有q13:0十四個(gè)輸出信號(hào)控制彩燈的輸

4、出以及display15:0輸出信號(hào)控制數(shù)碼管的顯示。彩燈由流水燈和交通燈兩部分顯示彩燈的各種狀態(tài)，數(shù)碼管顯示選擇開(kāi)關(guān)的四種狀態(tài)。 彩燈共有32個(gè)狀態(tài)，流水燈顯示部分可以做成7種花樣，一種花樣完成后，自動(dòng)進(jìn)入下一種狀態(tài)。交通燈作為輔助部分顯示。第一種花樣為彩燈從右到左，依次點(diǎn)亮，從左往右依次點(diǎn)亮，然后全亮。11111110011111 到00000000101010；第二種花樣兩邊同時(shí)亮一個(gè)，逐次向中間移動(dòng)，再散開(kāi)，全滅。01111110111111到11111111111110；第三種左邊四個(gè)燈亮，然后右邊四個(gè)燈亮，再反過(guò)來(lái)。00001111111100和11110000111000第四種奇

5、數(shù)燈亮，再偶數(shù)燈亮，然后反過(guò)來(lái)。01010101110000和01010101110000第五種右邊七個(gè)亮，然后左邊七個(gè)亮。10000000和00000001第六種全亮00000000101101第七種全滅11111111110110 3.程序設(shè)計(jì)和源程序整個(gè)控制器的實(shí)現(xiàn)流程如下：經(jīng)分析，彩燈控制器設(shè)計(jì)可以分為四部分：時(shí)鐘分頻，數(shù)碼管顯示，彩燈顯示電路。其中時(shí)鐘分頻又包括四選一數(shù)據(jù)選擇和分頻和狀態(tài)選擇兩部分系統(tǒng)程序框圖如下： 彩燈控制器系統(tǒng)框圖各部分電路模塊框圖功能：分頻值選擇框圖 此部四選一數(shù)據(jù)選擇器：試驗(yàn)箱上的時(shí)鐘進(jìn)行四種分頻，該模塊對(duì)四個(gè)時(shí)鐘進(jìn)行選擇，配合按鍵的控制選擇亮燈之間的時(shí)間間隔

6、。確定頻率和狀態(tài)部分：該部分實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功能：一個(gè)是分頻計(jì)數(shù)，對(duì)四種分頻（12,25,50,100）計(jì)數(shù)，達(dá)到分頻數(shù)時(shí)清零；另一個(gè)是實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的改變，在每次計(jì)數(shù)滿(mǎn)時(shí)（達(dá)到分頻的數(shù)時(shí)）狀態(tài)改變一次，同時(shí)清零重新計(jì)數(shù)；未滿(mǎn)時(shí)，狀態(tài)保持。顯示部分： 該部分由流水燈和交通燈兩部分組成。顯示當(dāng)前彩燈的狀態(tài)。共32個(gè)狀態(tài)，進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)轉(zhuǎn)換。該部分控制的是彩燈當(dāng)前的分頻狀態(tài)，共有四種分頻12,25,50,100對(duì)應(yīng)的顯示1,2,3,4 。由輸入信號(hào)和按鍵決定。主要源程序：module led(select,clk,q,display);input 1:0 select;input clk;output reg

7、13:0 q;reg 2:0 seg;output 15:0display;reg 15:0display;wire 6:0 num;assign num=(select=0)?12:(select=1)?25:(select=2)?50:100;/計(jì)數(shù)分類(lèi)reg 5:0 state;reg 6:0 count;initial begin state=0; count=0; end /always (posedge clk) begin display <= 8'b1111_1110,1'b1,led7(seg); case(select)2'b00:seg<

8、;=1;2'b01:seg<=3;2'b10:seg<=2;2'b11:seg<=4;default :seg<=0;endcase end / always(posedge clk) begin if(count=(num-1) begincount<=0;if(state<32)state<=state+1;elsestate<=0; endelse begincount<=count+1;state<=state;endend/always(posedge clk) begincase(state)0:q

9、<=14'b11111110011111;1:q<=14'b11111101101111;2:q<=14'b11111011110111;3:q<=14'b11110111111011;4:q<=14'b11101111111101;5:q<=14'b11011111111110;6:q<=14'b10111111111101;7:q<=14'b01111111111011;8:q<=14'b10111111110111;9:q<=14'b11011111

10、101111;10:q<=14'b11011111011111;11:q<=14'b11101111000111;12:q<=14'b11110111111000;13:q<=14'b11111011000000;14:q<=14'b11111101011101;15:q<=14'b11111110010101;16:q<=14'b00000000101010;17:q<=14'b01111110111111;18:q<=14'b10111101110101;19:q&

11、lt;=14'b11011011001001;20:q<=14'b11100111000000;21:q<=14'b11011011000111;22:q<=14'b10111101111000;23:q<=14'b01111110111111;24:q<=14'b11111111111110;25:q<=14'b00001111111100;26:q<=14'b11110000111000;27:q<=14'b01010101110000;28:q<=14'b

12、10101010100000;29:q<=14'b10000000000000;30:q<=14'b01111111011011;31:q<=14'b00000000101101;32:q<=14'b11111111110110;default :q<=14'b00000000000000;endcase end /function 6:0 led7; /*數(shù)碼管段碼表,供陽(yáng)數(shù)碼管6:0=gfedcba*/input 3:0 dis_input;begincase (dis_input)0 : led7 = 7'b1

13、00_0000;1 : led7 = 7'b111_1001;2 : led7 = 7'b010_0100;3 : led7 = 7'b011_0000;4 : led7 = 7'b001_1001;5 : led7 = 7'b001_0010;6 : led7 = 7'b000_0010;7 : led7 = 7'b111_1000;8 : led7 = 7'b000_0000;9 : led7 = 7'b001_1000;default : led7 = 7'b111_1111;endcaseendendfun

14、ctionendmodule 4.波形仿真分析 輸入一個(gè)時(shí)鐘，select1:0選擇的事是00，即12分頻時(shí)候的波形。輸出引腳q顯示每個(gè)燈的高低電平，低電平燈亮。 5 引腳鎖定圖 波形仿真完之后即可進(jìn)行引腳的分配，并進(jìn)行編譯下載至硬件進(jìn)行測(cè)試。在生成的.qsf文件中給引腳配對(duì)。在quarter中生成的引腳分配圖如下所示： 6電路原理圖7 實(shí)物圖 8 實(shí)訓(xùn)心得李 靜: 實(shí)訓(xùn)雖然進(jìn)行了兩周，但由于請(qǐng)了三天假就像只參加了一周一樣，沒(méi)有參與所有的編程，有點(diǎn)遺憾。不過(guò)后來(lái)我還是認(rèn)真琢磨了我們的程序。我們組做到是多路彩燈控制器，實(shí)際上很簡(jiǎn)單，生活上很常見(jiàn)，和花樣流水燈可以說(shuō)是異曲同工。不過(guò)在期間做好讓老師

15、檢查時(shí)，老師覺(jué)得這個(gè)課題有些簡(jiǎn)單，又建議加上數(shù)碼管或是增加彩燈數(shù)目，以增加點(diǎn)難度。當(dāng)然，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)又進(jìn)行了修整。不過(guò)在實(shí)驗(yàn)中還是遇到了以下幾個(gè)問(wèn)題。例如：分頻的時(shí)候，可以用一個(gè)兩位的輸入變量作為分頻的選擇，使用選擇語(yǔ)句付給中間變量num，簡(jiǎn)化程序。在.數(shù)碼管控制分頻的選擇，因?yàn)閿?shù)碼管碼和斷碼有固定函數(shù)，可以調(diào)用此函數(shù)用以顯示對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。還有交通燈閃爍的問(wèn)題，試驗(yàn)箱上有12個(gè)交通燈，交通等和流水燈不一樣，只有6個(gè)引腳紅黃藍(lán)分別公用一個(gè)引腳。當(dāng)然期間遇到的問(wèn)題不止這幾個(gè)，在遇到問(wèn)題解決不了時(shí)，也有請(qǐng)教了老師以及其他同學(xué)，最終在我們組成員的共同努力下，完成了我們的實(shí)驗(yàn)科目。在這次實(shí)驗(yàn)中，我也學(xué)到了新的

16、知識(shí)，對(duì)于verilog有了更深的了解。馬慶蒙：經(jīng)過(guò)為期兩周的實(shí)訓(xùn)，多多少少還是學(xué)到點(diǎn)東西的。很慶幸，從開(kāi)始選材到程序到仿真出來(lái)我都參與進(jìn)來(lái)了。我們組做的是多路彩燈控制器。實(shí)際上就是花樣的流水燈。我們的課題相對(duì)來(lái)說(shuō)不是很難。很多的超市都掛有流水燈，不過(guò)他們的花樣比較多，由于試驗(yàn)箱上的燈顏色比較單一，做不出那種效果，只能根據(jù)自己的能力設(shè)計(jì)出像流水燈一樣的花型。由于實(shí)驗(yàn)箱上有交通燈部分，第一次把流水燈的部分設(shè)計(jì)完之后，讓老師檢查，又布置下來(lái)新的任務(wù)，要求用上數(shù)碼管或交通燈部分。初次設(shè)計(jì)的過(guò)程中無(wú)從下手，首先是方案的選擇，花型的變換，節(jié)奏變化的快慢等問(wèn)題。后來(lái)的加上數(shù)碼管和交通燈部分，怎么在數(shù)碼管上

17、顯示四種分頻，交通等花型變換。在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方案：1. 怎么分頻 幾個(gè)選擇變量可以用一個(gè)條件賦值語(yǔ)句付各一個(gè)變量，這樣可以簡(jiǎn)化程序。于是我們用一個(gè)兩位的輸入變量作為分頻的選擇，使用選擇語(yǔ)句付給中間變量num。2. 怎么把用數(shù)碼管控制分頻的選擇 因數(shù)碼管位碼和斷碼有固定的函數(shù)，調(diào)用此函數(shù)用以顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)字。12分頻顯示1，25分頻顯示2，50分頻顯示3，100分頻顯示4。3. 交通燈怎么閃爍 試驗(yàn)箱上交通燈有12個(gè)彩燈，開(kāi)始時(shí)以為交通和流水燈一樣，每一個(gè)燈對(duì)應(yīng)一個(gè)引腳，于是在程序中直接把交通燈的12位付給輸出變量q。，但到了引腳鎖定時(shí)發(fā)現(xiàn)交通燈的引腳只有六位。思考一番知道了，在現(xiàn)實(shí)

18、生活中交通燈的東西（或）南北方向的燈顯示的事一樣的。于是把12位的引腳改成6位的，紅的黃的綠的每一種顏色共用一個(gè)引腳，程序的12位也改為了6位。4. 交通燈沒(méi)有閃爍 在把交通燈部分加上以后，交通燈沒(méi)有反應(yīng)，檢查程序，發(fā)現(xiàn)輸出變量應(yīng)該是14位，所以定義時(shí)應(yīng)該把q定義為q13:0。重新往試驗(yàn)箱里下載程序，還是沒(méi)反應(yīng)，連流水燈的變化也變得不正常了。這時(shí)人都快崩潰了，于是找人呢幫忙檢查，原來(lái)是應(yīng)該把狀態(tài)輸出時(shí)的賦值語(yǔ)句q<=8'b寫(xiě)成q<=14'b，該賦值語(yǔ)句中的數(shù)字表示q輸出的位數(shù)，當(dāng)為8時(shí)小于輸出的位數(shù)，只會(huì)取后面的8位。因此只有流水燈在閃爍，交通燈還會(huì)保持原來(lái)的狀態(tài)。

19、至于流水變化不正常是因?yàn)橛腥税言囼?yàn)箱上的時(shí)鐘改大了，造成流水燈的速度變快，看不出來(lái)狀態(tài)的變化。周俊冉： 實(shí)訓(xùn)兩周結(jié)束了，這次實(shí)訓(xùn)和往常不同的是沒(méi)有實(shí)體的產(chǎn)品，主要是程序的編寫(xiě)和實(shí)驗(yàn)箱的演示，通過(guò)這次實(shí)訓(xùn)我再次學(xué)習(xí)了EDA中的程序編寫(xiě)和軟件使用并和實(shí)踐相結(jié)合。 我們做的是多路彩燈，實(shí)驗(yàn)箱上只有一種顏色就做成了多種顯示方式和頻率的流水燈形式。后來(lái)在老師的指導(dǎo)下又加入了交通燈的多種花樣及頻率顯示。 在整個(gè)過(guò)程中遇到了很多問(wèn)題和思考：第一周在方案的選擇和程序編寫(xiě)上我們討論和修改了很多，本來(lái)準(zhǔn)備使用多個(gè)模塊和例化語(yǔ)句，為了使構(gòu)造更清晰簡(jiǎn)易就選擇使用一個(gè)整體模塊。 編程過(guò)程中:我們首先利用一個(gè)兩位的變量輸入和一個(gè)多重的條件賦值句來(lái)簡(jiǎn)潔的選擇閃爍快慢，即實(shí)現(xiàn)分頻的選擇；然后通過(guò)計(jì)數(shù)的方式達(dá)到分頻的目的，然后是控制顯示部分，因