基于VHDL的彩灯控制器的设计
作者：尚肖肖 刘言实
来源：《科技视界》2017年第13期
        【摘 要】彩灯对于美化、亮化城市有着重要的作用。而彩灯控制器作为彩灯的一个重要部分更是备受关注。传统的彩灯控制电路一般是由数字电路组成，因此结构复杂、成本较高且功率损耗大，而且电路的老化以及机械元件的变化将会导致触发电路电源开关的不稳定，最终使得彩灯经常发生故障。本文设计了一种基于VHDL的彩灯控制器。与传统的设计相比，该设计具有速度快、体积小，重量轻的优点。
        【关键词】彩灯控制器；VHDL
        0 引言
        彩灯对于美化、亮化城市有着不可轻视的重要工作。因此作为城市装饰的彩灯需求量越来越大，人们此时开始关注彩灯的花型、创意等元素，而彩灯控制器作为彩灯的一个重要部分更
是备受关注。基于传统的机械和纯电路的控制方式有着十分严重的弊端，传统的彩灯控制电路一般是由数字电路组成，这种彩灯控制器电路结构复杂、成本高、损耗大，电路一旦老化以及机械元件的变化将导致触发电路电源开关不稳定，使得彩灯经常发生故障。
        本设计是基于VHDL的彩灯控制器设计，实现对LED彩灯的控制。主要是以FPGA的最小系统作为主控核心与发光二极管、电阻、开关等组成电路，利用软件编译实现彩灯花型变换的效果，可以有效地弥补原来传统的彩灯控制电路的缺点和不足。
        1 硬件设计
        彩灯控制器的硬件部分可分为两个模块：主控核心和外围电路。通过这两个模块就可以实现整个彩灯控制器的设计。
        本着简化设计、缩小设计成本的想法，本设计的彩灯控制器的主控核心选择的是Altera公司的FPGA最小系统它搭载的是Cyclone Ⅱ系列的芯片EP2C5Q208C8N。
        外围电路分为LED显示电路、开关控制电路两个部分。
        LED显示模块电路为8个LED发光二极管，8个300欧姆的电阻，电阻一端接排针，一端与发光二极管相连，发光二极管另一端直接接地。
        开关控制电路部分电路由四个四脚轻触无锁开关和四个10K欧姆的电子组成，开关一脚接地对脚接电阻，其余两脚悬空处理，电阻的另一端接上另一个排针即可。
        2 硬件调试
        首先是对系统外接电路以及FPGA最小系统的调试；在这两个部分都能正常工作的情况下，整个系统所要工作的硬件部分就是正常的。整个调试过程一共分为三个调试模块，分别为电路板走线通断调试、电源电路调试和选择按键调试。
        2.1 电路板走线通断调试
        （1）电路板调试首先直观的要对比电路板与PCB是否符合，特别要注意铜线是否有断裂，过孔是否打通，焊盘大小是否符合设计规则等。但是在实际测试中，光用眼睛看是不能说明问题。
        （2）需要用万用表来辅助调试。将万用变打到通断档，测试所有地线是否接通，测试关键部位铜线的通断。测试完毕之后，可以确定电路板与PCB板符合。但并不能说明一定能工作，所以要结合后面的模块调试来确定板子的正确性。
        2.2 电源电路调试
        （1）直观的看电源指示灯，若发亮则表示电源输出电压在正常的范围，但是这并不能保证电源就一定适合外接电路。因此需要对电源进行另一方面的测试。
        （2）用万用表或示波器测试电源电压的值，从数据上判断电压是否适合本人所设计的系统。当电源电路正常工作时，电源指示灯能正常发光，万用表所测电压也正常，说明电源调试成功。
        2.3 选择按键调试
        （1）不按下按键时输出口的电平；
        （2）按下按键时输出口的电平；通过这两个结果的前后对比就能知道按键是否能正常的通断。
        3 软件系统设计及其调试
debug灯
        软件的具体设计流程可以依次概括为设计说明、建立VHDL行为模块、VHDL行为仿真、VHDL-RTL级建模、前端功能仿真、逻辑综合、测试向量生成、功能仿真、结构综合、门级时序仿真、硬件测试，最后是设计完成。设计顶层文件由速度控制模块和彩灯显示模块两个子模块组成。
        速度控制模块主要由3个部分组成，先设置了初始分频部分，再是按键控制部分，最后是在任意分频下根据速度调节进程输出最终时钟的情况。实体程序如下：
        彩灯显示模块是通过外围电路的的8个LED彩灯显示，分别是流水灯、依次亮、两边往中间、中间往两边、奇数闪烁、偶数闪烁不同的花型以及自行的循环变换，可以复位清零。其实体程序如下：
        接下来进行程序下载，程序下载完毕后还要进行软件的调试，同时软件的调试也可以进一步调试硬件的正确性。软件的调试方法是将之前写好的程序烧录进芯片直接运行。运行各模块驱动程序，然后通过观察外围电路即：开关控制电路和LED显示电路的正常工作来说明调试成功。
        【参考文献】
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        [2]周孟然.CPLD/FPGA的开发与应用[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.
        [3]王道宪.VHDL电路设计技术[M]北京：国防工业出版社，2004.
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        [5]Jinsoo Han，Chang-Sic Choi，Il-Woo Lee. More efficient home energy management system based on ZigBee communication and infrared remote controls. IEEE Trans，2011（3）：85-89.
        [6]Meng-Lin Hsia，Oscal T.-C. Chen，Huang-Tzung Jan，Sun-Chen Wang，Yaw-Tyng Wu. Rapid bit-error-rate measurements of infrared communication ssystems. IEEE，2004（4）：225-228.
        [责任编辑：朱丽娜]

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