基于FPGA的流水彩灯_硬件描述语言实验教程彩灯

概述

本设计基于超高速硬件描述语言VHDL在Altera公司的实验箱主控板上编程实现，主要由状态机完成对彩灯的控制，并有分频模块分别控制彩灯的循环及数码管的扫描计时，完成彩灯的自动循环、手动控制、清零、及定时功能。

设计任务

1.基本功能：

• 由两位以上输入控制端控制节日彩灯输出花样。
• 输出对应8位彩灯，用LED发光二极管代替。
• 花样可以是：循环左移、循环右移、从中间向两边、从两边往中间等。
• 一位复位信号对流水彩灯进行清零控制。

2.扩展功能：

• 增加手动/自动控制端，手动控制时，由输入控制端控制输出彩灯花样，自动时，按预设花样循环输出。
• 时控功能:在设定时间段自动亮，其他时间自动灭。
• 一位复位信号对计数器进行清零控制。

设计方案

模块设计

1.分频模块

输入1kHz，用于数码管的扫描，又将它分频为1Hz和5Hz两部分，1Hz的用于数码管秒的计时，5Hz的用于彩灯的循环。其中clk_s是1kHz的输入时钟，clk_l是分频为5Hz的输出时钟，clk_c是分频为1Hz的输出时钟。

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;


entity fdiv is
	port(
		 clk_s:in std_logic;
		 clk_l,clk_c:out std_logic
		);
end fdiv;
	
architecture tmp of fdiv is
	signal cnt1:integer range 0 to 100;
	signal cnt2:integer range 0 to 500;
	signal ct,st:std_logic;

begin
	clk_l<=st;clk_c<=ct;

process(clk_s)
begin	
	if clk_s'event and clk_s='1' then
		if cnt1<99 then cnt1<=cnt1+1;
		else cnt1<=0;st<=not st;
		end if;
		if cnt2<499 then cnt2<=cnt2+1;
		else cnt2<=0;ct<=not ct;
		end if;
	end if;
end process;
end;

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2.计数模块

计数器不仅可以用来进行数字计数，用于数码管计时，还可以用来控制有限状态机的转换，进行彩灯的循环花样显示，本设计中单独的计数小模块用于数码管计时三分钟，秒的部分为60进制，分钟部分从0到2，总共计时三分钟，这部分可以修改，只是为了减少拍视屏时间及验证时间，将时间定时为三分钟。其中clk是输入1Hz的分频时钟，ret是计数器清零复位端，cnt1,cnt2,cnt3,cnt4是计数器输出的时间，cnt1:0至9，cnt2:0至5，60秒计数，cnt3使它永远保持为10，在数码管中固定显示为“-”，用于将分钟与秒分隔开，cnt4:0至2，分钟计数。

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;


entity count is
	port(
		 clk:in std_logic;
		 cnt1,cnt2,cnt3,cnt4:out std_logic_vector(3 downto 0)
		);
end count;
	
architecture tmp of count is

signal temp1,temp2,temp3,temp4:std_logic_vector(3 downto 0);
signal c,c1:std_logic;

begin
cnt1<=temp1;cnt2<=temp2;cnt3<=temp3;cnt4<=temp4;

process(clk)
begin
	if clk'event and clk='1' then
			temp3<="1010";
			if temp1<"1001" then
				temp1<=temp1+1;c<='0';
			else
				temp1<="0000";c<='1';
			end if;
	end if;
end process;

process(c)
begin
	if c'event and c='1' then
			if temp2<"0101" then
				temp2<=temp2+1;c1<='0';
			else
				temp2<="0000";c1<='1';
			end if;
	end if;
end process;

process(c1)
begin
	if c1'event and c1='1' then
			if temp4<"0010" then
				temp4<=temp4+1;
			else
				temp4<="0000";
			end if;
	end if;
end process;

	
end;

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3.数码管显示模块

用数码管显示时钟并定时控制彩灯的亮灭，可以分为译码部分和扫描部分，译码模块是实现4位二进制计数结果与对应数码管各段编码的转换；扫描子模块则通过扫描信号依次选中数码管，并决定该数码管显示的数字。其中clk_s是1kHz的输入时钟，data1,data2,data3,data4是从计数器输出的二进制时间，dig是数码管的位选端，seg是数码管的段选端。

process(clk_s)
	begin
		if clk_s'event and clk_s='1' then
			cnt<=cnt+1;
		end if;
	end process;
	
	process(cnt)
	begin
		case cnt is
			when "00"=>dig<="000";d<=data1
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