基于EDA的多路彩灯控制器设计new

1、本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：基于EDA的多路彩灯控制器设计学 院： 明德学院 专 业： 电子信息工程班 级： 电信081 学 号： 082003110191学生姓名： 王天龙指导教师： 吴锐 2012年 4 月 19日多路彩灯控制器的设计 摘 要 彩灯在当今社会不仅作为一种装饰，已经越来越随处可见。城市马路、大街小巷、商业店铺各种彩灯让人有些“乱花渐欲迷人眼”的感觉，各种花样百出。 设计彩灯控制器，可以控制彩灯闪烁的频率，花样，如何闪烁。各种公交车，银行门口上的红色字体都是多路彩灯控制器控制的LED管显像，这不仅仅可以使得彩灯更有可观赏性，更是为商业店铺增加吸引人的眼球，所以许多店铺

2、，商家都找人为他们设计彩灯控制器，使得他们的店面门口的彩灯出现各种不同，能让人们眼前一亮的彩灯闪烁来吸引顾客以及路过的人，提高它们的商业价值。EDA技术的应用可以减少了设计芯片的数量、使其缩小了体积、降低了功耗、提高了设计的灵活性、可靠性和可扩展性。在MAX+PLUSII软件使用环境下采用VHDL语言实现，论述 了基于VHDL语言和CPLD芯片的数字系统设计思想和实现过程。电子设计自动化技术EDA的发展给电子系统的设计带来了革命性的变化，EDA软件设计工具，硬件描述语言，可编程逻辑器件（PLD）使得EDA技术的应用走向普及。CPLD是新型的可编程逻辑器件，采用CPLD进行产品开发可以灵活地进行

3、模块配置，大大缩短了产品开发周期，也有利于产品向小型化，集成化的方向发展。而VHDL语言是EDA的关键技术之一，它采用自顶向下的设计方法，完成系统的整体设计关 键 词 彩灯; VHDL; 仿真;下载目 录摘 要AbstractII1 绪 论21.1 课题背景21.2EDA的概念31.3EDA技术的基本特征41.4 MAX+plus 简介1.5 Quartus简介1.6 发光二极管简介1.7LED材料先进性研究1.8LED工业级参数研究1.91 LED发光原理1.92LED价格比较与材料的选取2多路彩灯的设计方案42.1总体思路设计方案52.2总体设计思路52.3 方案的选择72.3.1总体思路

4、方案的选择72.3.2总体实现方案的选择72.4 本章小结83多路彩灯控制器的设计过程93.1思路的设计93.1.1 快慢变化电路模块的设计93.1.2 花型控制及演示电路模块的设计103.1.3 整体电路的设计123.2 本章小结144结论16致 谢21参考文献221.1，课题背景进入21世纪，随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，人类进入了一个全新的信息时代。以数字化为特征的电子信息产品，诸如PC，PDA，DC，DV，DTV，Web浏览器、手机等等，成为现代社会不可或缺的一部分。电子信息产品功能不断扩展、性能不断提高，更新换代的步伐越来越快，而同时其价格却一 直呈下降趋势。实现这种进步的主

5、要因素是集成电路制造技术和电子设计技术的发展。前者以微细加工技术为代表，目前已进展到深亚微米和超深亚微米阶段，主流生产工艺技术为013025m，可以在几平方厘米的芯片上集成数千万个晶体管。后者的核心就是EDA（电子设计自动化）技术，EDA是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术，并汇集了计算机图形学、拓扑学和计算数学等众多学科而发展起来的一项电子设计的自动化技术，EDA技术已经成为现代电子系统设计的重要手段。1.2，EDA的概念EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化

6、、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作.EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。 EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向，它的基本特征是：设计人员按照“自顶向下”的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路（ASIC）实现，然后采用硬件描述语言（HDL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件，这样的设计

7、方法被称为高层次的电子设计方法。现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目前EDA 技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。本文所指的EDA技术，主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。EDA 设计可分为系统级、电路级和物理实现级。利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在计算机上

8、自动处理完成。现在对EDA的概念或范畴用得很广。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用1。目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。本次毕业设计课题实现的核心技术即为EDA相关技术。1.3，EDA 技术的基本特征EDA技术已有30年的发展历程，大致可分3个阶段：20世纪70年代为计算机辅助设计（CAD）阶段，20世纪80年代为计算机辅助工程（CAE）阶段，20世纪90年代为电子系统设计自动化（ESDA）阶段。EDA代表了当今电子设计技术的

9、最新发展方向，其基本特征是：设计人员按照“自顶向下”（Top-down）的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路（ASIC）实现，然后采用硬件描述语言（HDL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向，利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在汁算机上自动处理完成。设计者采用的设计方法是一种高层次的”自顶向下”的全新设计方法，这种设汁方法首先从系统设计人手，在

10、顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠错并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行驶证。然后，用综合优化工具生成具体门电路的表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路(ASIC)。设计者的工作仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的，这既有利于早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，又减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计的一次性成功率。 由于电子产品的复杂度和集成度的日益提高，一般分离的中小规模集成电路组合已不能满足要求，电路设计逐步地从中小规模芯片转为

11、大规模、超大规模芯片，具有高速度、高集成度、低功耗的可编程IC器件已蓬勃发展起来。在EDA技术中所用的大规模、超大规模芯片被称为可编程ASIC芯片，这些可编程逻辑器件自70年代以来，经历了CPm、IzPGA 、CPLD、FPGA几个发展阶段，其中CPm(复杂可编程逻辑器件)IzPGA(现场可编程逻辑器件)肩高密度可编程逻辑器件，目前集成度已高达200万门片以上，它将掩模ASIC集成度高的优点和可编程逻辑器件设计生产方便的特点结合在一起，特别适合于样品研制或小批量产品开发，使产品能以最快的速度上市，而当市场扩大时，它可以很容易地转由掩模ASIC实现，因此开发风险也大为降低。运用EDA中的工具软件

12、能全方位地利用计算机自动设计、仿真和调试。EDA常用软件：EDA工具层出不穷，目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有：multiSIM7(原EWB的最新版本)、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIIogic、Cadence、MicroSim，ISE，modelsim等等。这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进行电路设计与仿真，同进还可以进行PCB自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。EDA基本特征有关的几个概念1“自顶向下”的设计方法。10年前，电子设计的基本思路还

13、是选用标准集成电路“自底向上”地构造出一个新的系统，这样的设计方法就如同一砖一瓦建造金字塔，不仅效率低、成本高而且容易出错。高层次设计是一种“自顶向下”的全新设计方法，这种设计方法首先从系统设计人手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠错，并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行验证。然后，用综合优化工具生成具体门电路的网络表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的，这既有利于早期发现结构设计上的错误，避燃计工作的浪费，又减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计的一次成功率。2ASIC设计。现代

14、电子产品的复杂度日益提高，一个电子系统可能由数万个中小规模集成电路构成，这就带来了体积大、功耗大、可靠性差的问题。解决这一问题的有效方法就是采用ASIC芯片进行设计。ASIC按照设计方法的不同可分为全定制ASIC、半定制ASC和可纪程ASIC（也称为可编程逻辑器件）。3硬件描述语言。硬件描述语言（HDL）是一种用于设计硬件电子系统的计算机语言，它用软件编程的方式来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式，与传统的门级描述方式相比，它更适合大规模系统的设计。例如一个32位的加法器，利用图形输入软件需要输人500至1000个门，而利用VHDL语言只需要书写一行“ABC”即可。而且 VHDL语言可

15、读性强，易于修改和发现错误。早期的硬件描述语言，如ABEL、HDL、AHDL，由不同的EDA厂商开发，互不兼容，而且不支持多层次设计，层次间翻译工作要由人工完成。为了克服以上不足，1985年美国国防部正式推出了高速集成电路硬件描述语言VHDL，1987年IEEE采纳VHDL为硬件描述语言标准（IEEE STD1076）。4EDA系统枢架结构 EDA系统框架结构（FRAMEWORK）是一套配置和使用EDA软件包的规范。目前主要的EDA系统都建立了框架结构，如 CADENCE公司的Design Framework，Mentor公司的Falcon Framework，而且这些框架结构都遵守国际CFI

16、组织制定的统一技术标准。框架结构能将来自不同EDA厂商的工具软件进行优化组合，集成在一个易于管理的统一的环境之下，而且还支持任务之间、设计师之间以及整个产品开发过程中的信息传输与共享，是并行工程和自顶向下设计施的实现基础1.4MAX+plus 简介MAX+plus（Multiple Array and Programming Logic User System）开发工具是美国Altera 公司推出的一种EDA 工具，具有灵活高效，使用便捷，易学易用的特点。Altera 公司在推出各种CPLD 和FPGA 的同时也在不断地升级相应的开发工具软件，已从早期的第一代A+plus、第二代MAX+plu

17、s 发展到目前的第三代MAX+plus II 和第四代Quartus。 Max+plus界面友好，使用便捷，被誉为业界最易用易学的EDA软件。在Max+plus上可以完成设计输入、元件适配、时序仿真和功能仿真、编程下载整个流程，它提供了一种与结构无关的设计环境，是设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程使用MAX+plus 软件，设计者无需精通器件内部的复杂结构，只需熟悉所用的设计输入工具，如硬件描述语言、原理图等进行输入，MAX+plus自动将设计转换成目标文件下载到器件中去。其特点有：1、开放的界面 Max+plus支持与Cadence，Exemplarlogic，Mentor Gr

18、aphics，Synplicty，Viewlogic和其它公司所提供的EDA工具接口。2、与结构无关Max+plus系统的核心Complier支持Altera公司的FLEX10K、FLEX8000、FLEX6000、MAX9000、MAX7000、MAX5000和Classic可编程逻辑器件，提供了世界上唯一真正与结构无关的可编程逻辑设计环境。3、完全集成化Max+plus的设计输入、处理与较验功能全部集成在统一的开发环境下，这样可以加快动态调试、缩短开发周期。4、丰富的设计库Max+plus提供丰富的库单元供设计者调用，其中包括74系列的全部器件和多种特殊的逻辑功能（Macro-Functi

19、on）以及新型的参数化的兆功能（Mage-Function）。5、模块化工具设计人员可以从各种设计输入、处理和较验选项中进行选择从而使设计环境用户化。6、硬件描述语言（HDL）Max+plus软件支持各种HDL设计输入选项，包括VHDL、Verilog HDL和Altera自己的硬件描述语言AHDL。7、Opencore特征Max+plus软件具有开放核的特点，允许设计人员添加自己认为有价值的宏函数。1.5，Quartus简介Quartus是Altera公司提供的FPGA/CPLD集成开发软件，Altera是世界上最大的可编程逻辑器件供应商之一。 Quartus在21世初推出，是Altera全

20、一代FPGA/CPLD集成开发软件MAX+plus II的更新换代产品，其界面友好，使用便捷。在Quartus上可以完成设计输入、HDL综合、布新布局(适配)、仿真和选择以及硬件测试等流程，它提供了一种与结构无关的设计环境,使设计者能方便地进行设计输入、开始处理和器件编程。 Quartus提供了完整的多平台设计环境，能满足各种特定设计的需求，也是单片机可编程系统(SoPC)设计的综合环境和SoPC开发的基本设计工具，并为Altera DSP开发包进行系统模型设计提供了集成综合环境。Quartus设计完全支持VHDL、Verilog的设计流程，其内部嵌有VHDL、Verilog逻辑综合器。Qua

21、rtus与可用利用第三方的综合工具(如Leonardo Spectrum、Synplify Pro、FPGA Complier II)，并能直接调用这些工具。同样 Quartus具备仿真功能，同时支持第三方的仿真工具(如ModelSin)。此外， Quartus与MATLAB和DSP Builder结合，可用进行基于FPAG的DSP系统开发，是DSP硬件系统实现的工具EDA工具。1.6发光二级管简介发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化

22、镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。 发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED

23、阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。以下是传统发光二极管所使用的无机半导体物料和所它们发光的颜色 铝砷化镓(AlGaAs)-红色及红外线 铝磷化镓(AlGaP)-绿色 磷化铝铟镓(AlGaInP)-高亮度的橘红色，橙色，黄色，绿色 磷砷化镓(GaAsP)-红色，橘红色，黄色磷化镓(GaP)-红色，黄色，绿色 氮化镓(GaN)-绿色，翠绿色，蓝色 铟氮化镓(InGaN)-近紫外线，蓝绿色，蓝色 碳化硅(SiC)(用作衬底)-蓝色 硅(Si)(用作衬底)-蓝色(开发中) 蓝宝石(Al2O3)(用作衬底)-蓝色 zincselenide(ZnSe)-蓝色

24、钻石(C)-紫外线 氮化铝(AlN),aluminiumgalliumnitride(AlGaN)-波长为远至近的紫外线1.7LED材料先进性研究材料先进性的进一步研究：假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数m以内产生。 理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度

25、Eg有关，即 1240/Eg（nm） 式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光780nm红光），半导体材料的Eg应在3.261.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。LED以其固有的特点，如省电、寿命长、耐震动，响应速度快、冷光源等特点，广泛应用于指示灯、信号灯、显示屏、景观照明等领域，在我们的日常生活中处处可见，家用电器、电话机、仪表板照明、汽车防雾灯、交通信号灯等。但由于其亮度差、价格昂贵等条件的限制，无法作为通用光源推广应用。 近几年来，随着人们对半导体发光材料研究的不断

26、深入，LED制造工艺的不断进步和新材料（氮化物晶体和荧光粉）的开发和应用，各种颜色的超高亮度LED取得了突破性进展，其发光效率提高了近1000倍，色度方面已实现了可见光波段的所有颜色与传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品。它成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点。发光原理公式：理论和实践证明，发光的波长或频率取决于选用的半导体材料和能隙，的单位为电子伏（eV） (1) (2)式中：为电子运动速度，h为普朗克常量，q为载流子所带电荷，c为光速，为发光波长。

27、目前的研究中，由于LED的实际物理尺寸比较小，面积大约为0.7，都将其视为一个点光源是完全可行的。这也是目前研究中普遍采用的光源模型。LED是一个光强渐变的光源，其光强分布近似遵循郎伯分布，但是并不是一个理想的余弦分布，其分布可以表示为 (5)式中是LED发光平面法线方向上的光强，是观察方向与法线方向的夹角，m为系数，根据不同视角的LED选择不同的m值，以便更好的模拟LED的光强分布。公式是LED应用于照明设计的基础，也是背景光计算的基础。1.8LED工业级参数IV(Intensity )1.定义IV即发光强度表示光源在一定方向范围内发出的光通量的空间分布的物理量。 LED所检测之IV值通常是

28、指法线(对圆柱形发光二极管是指其轴线)方向上的发光强度。若该方向上辐射强度为(1/683)W/sr时则发光1坎德拉(符号为cd)。由于一般LED的发光强度较小故发光强度常用米里坎德拉(mcd)作单位。2.单位(mcdcdlmlux)*cd-坎德拉(candela)1cd的定义指以一尺的距离点一支蜡烛所照射的亮度称1cd = 1000mcd *lm-流明(光通量单位)(lummious) lm的定义指单位面积内人眼接受LED发射的全部光能光通量定义指辐射通量与视觉函数的乘积，以表示表示光源表面的客观辐射通量对人眼所引起的视觉强度lux定义指单位面积所照射的cd值3.视觉函数a.相等的辐射通量，由

29、于波长不同，引起人眼的感觉也不同,设任一波长的光和波长为555nm的光，产生相同亮暗视觉所需的辐射通量分别为555和()，则比值：()=555/()称为视觉函数。b.眼睛对各种不同波长的光的视觉敏感度：黄绿光最敏感，红光和紫光较差，红外线和紫外光，则无视觉反应。c.在引起强度相等的视觉情况下，若所需的某一单色光的辐射通量越小，则说明人眼对该单色光的视觉敏感度越高。4.照度 a. 单位mcd/cm2 b. 定义 指被照物所承受的能量值。5.辉度a. mw/cm2b. 定义指发光物所发出的能量值(光功率密度)。备注a. mw属辐射学(发射出来即一定要有接收体以接收强度为单位)b. mcdlmlux

30、属光度学(针对肉眼)。备注测试亮度时光源与测试头距离，CIE推荐采用31.6mm，接受面积为10*10mm。1.91 LED发光原理LED是一种半导体固体发光器件，其核心是PN结，它除具有普通PN结的正向导通、反向截止、击穿特性外，在一定条件下，还具有发光特性。在外加正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注放N区，进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。2、屏体亮度计算公式： 亮度：屏体整体亮度由单颗灯的亮度整合起来。举例如下：3906点的P16户外全彩屏2R1PG1B(1/4扫描)，大连路美管芯，其中红管发光亮度为800mcd，绿管发光亮度为2300mcd，

31、蓝管发光亮度为350mcd，由此可计算一个平方理论亮度为（800*2+2300+350）*3906/1000/4=4150cd在明确亮度及点密度的要求条件下，如何计算单管的亮度？计算方法如下：（以两红、一绿、一蓝为例）下面m2指平方米红色LED灯亮度：亮度（cd）/m2点数/m20.32绿色LED灯亮度：亮度（cd）/m2点数/m20.6蓝色LED灯亮度：亮度（cd）/m2点数/m20.1例如：每平米2500点密度，2R1G1B，每平米亮度要求为5000cd/m2，则：红色LED灯亮度为：500025000.32=0.3绿色LED灯亮度为：500025000.62=1.2蓝色LED灯亮度为：5

32、00025000.1=0.2 每像素点的亮度为：0.32+1.2+0.2=2.0cd光辐射（Light and radiation）:光是指人眼可以感知为明亮的点辐射，也可以说是整个电磁辐射光谱中人眼可以看见的部分；这部分的波长分布在360到830nm,只占已知的电磁辐射光谱中的非常微小的部分。光通量（Luminous flux）:单位为：刘明（Lumen，lm）由一光源所反射并被人眼感知的所有辐射能称为光通量。光强度（luminous intensity,I）：光源在某一方向立体角内的光通量大小。单位：坎德拉（candela,cd）一般而言，光源会向不同方向以不同的强度放射出其光通量。在特定

33、方向所放出的可见辐射强度称为光强度。照度（Illuminance,E）:单位：勒克斯（Lux,lx）照度是光通量与被照面的比值。1lux的照度为1lumen的光通量均匀分布在面积为一平方米的区域。辉度（Luminance,L）：单位：坎德拉每平方米（cd m2）一光源或一被照面的辉度指其单位表面积在某一方向上的光强度密度，也可说是人眼所感知此光源或被照面的明亮程度。放光效率（Luminous efficacy, ）:单位：流明每瓦lmW代表光源将所消耗的 电能转换成光的效率；色温（Color Temperature）:单位：绝对温度（Kelin,K）一个光源的色温被定义为与其具有相同光色的标准

34、黑色（black body radiator）本身的绝对温度值，此温度可以在色度图上的普朗克轨上找到其对应点。标准黑体的温度越高，其辐射出的光线光谱中蓝色成分越多，红色成分也就相对的越少。以发出光色为暖白色的普通白热灯泡为例，其色温为2700K，而昼光色日光灯的色温为6000K。光色（Light color）：一个灯的光色可以简单的以色温来表示。光色主要可分成三大类：暖色：3300K中间色：3300至5000K昼光色：5000K即使光色相同，灯种键也可能以为其发光的光线光谱组成不同而有很大的颜色性表现差异。重要的测光公式；R，光强度cd=立体角内的光通量 立体角srE,照度lx=落在某面积上的

35、光通量lm 此被照面积m2=光强度cd(距离m)2L,灰度cd m2= 光强度cd 所见的被照面面积m2发光效率lmW=所产生的光通量lm 消耗电功率W1.92LED价格比较与材料的选取以40W白炽灯泡为例，零售价大约是2元；相同亮度的荧光管节能灯标示5W（实际大约是7W），零售价是8元左右；相同亮度的大功率LED灯实际只要3W（LED指向性较高），目前零售价是35元左右。值得注意的是大功率LED光源往往是连灯具一体的，而且寿命超长，所以性价比是很高的。随着时间推移，LED灯具价格还有下调空间。而普通灯泡耗能，荧光管节能灯含汞，最终LED灯具会占据主要家用光源市场。 作为EDA的多路彩灯控制器

36、设计中，以材料优良、发光亮度好、性价比好作为首先选来定义研究材料的先进性。21多路彩灯的设计方案主要模块组成：时序控制电路模块和显示电路模块，时序控制电路是根据输入信号的设置得到相应的输出信号，并将此信号作为显示电路的时钟信号；显示电路输入时钟信号的周期，有规律的输出设定的六种彩灯变化类型。设置一个8路的多路彩灯控制器，要求彩灯控制器可以产生六中不同的花环；花环可以自动变化，循环往复；彩灯变化快慢可以选择。22总体设计思路采用层次设计法，顶层采用原理图设计，底层采用VHDL 设计。以下是它的方框图。底层分为三个子电路模块，分别是循环彩灯控制（子电路模块、）二选一数选器（my_mux21b）时序

37、电路模块。clk分频模块二选一模块花环循环控制模块输出7,0clropt图为彩灯控制器总体框图23设计细节循环彩灯控制子电路模块是8 路彩灯电路的核心部分。它主控着8 路彩灯的花型种类。循环彩灯控制子电路模块主要采用状态机来实现，用状态机来设计灵活性很强。按设计要求要实现六种花型01010101、10101010、10001000、11001100、00110011、00010001，用S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6 来表示7 种循环，以1表示灯亮，以0表示灯灭状态的状态。S2S1S0S6S3S5S42.4本章小结与其它硬件设计方法相比，用VHDL进行工程设计的优点是多方面的：具有很

38、强的行为描述能力，支持大规模设计的分解和已有设计的再利用，可读性好，易于修改和发现错误，可以使用仿真器对VHDL源代码进行仿真允许设计者不依赖于器件，容易发现设计中出现的问题，以便及时处理。实现了设计与工艺无关，可移植性好，上市时间快，成本低，ASIC移植等优点。3多路彩灯的设计过程3.1设计思路3.11花型控制及演示电路模块的设计通过VHDL语言对花型控制即演示电路模块经行编写，并封装成块。clr为清零输入端，高电平有效。clk为时钟信号输入端。led为花型状态输出的，即接发光二极管。其六种花型的变化如下表： 花型状态ZZZZZZZZ01010101101010101000100011001

39、1000011001100010001花型数S0S1S2S3S4S5S6六种花型为S1-S6，且连续循环变化。S0为初始状态，当clr清零端为高电平有效时，八个led发光二极管将保持此时的花型状态，直到重新为低电平时。花型将从S1状态开始循环变化。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity xs isport( clk: in std_logic ; -输入时钟信号 clr: in std_logic; -复位信号 led: out std_logic_vector(7 downto 0); -LED灯输出 end xs;architectu

40、re rtl of xs istype states is -状态机状态列举(s0,s1,s2,s3,s4,s5,s6);signal state: states;begin process(clk,clr)begin if clr=1 then state=s0; led state state=s2; led state=s3; led state=s4; led state=s5; led state=s6; led state=s1; led=00010001;end case;end if;end process;end rtl;程序编译成功波形仿真图clr为清零信号，高电平有效。c

41、lk为时钟信号输入端。led表示花型的输出状态，rent_state表示花型状态为第几状态。由时序仿真图可知：花型按S1-S6六种状态循环变换，S0为初始状态。其过程和设计思路一致。生成模块3.12时序控制电路模块程序如下library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity kz is -定义实体port( clk: in std_logic; -时钟信号 clr: in std_logic; -复位信号 opt: in std_logic; -快慢控制信号 clkout: out std

42、_logic -输出时钟信号 ); end kz;architecture rtl of kz issignal clk_tmp: std_logic;signal counter: std_logic_vector(1 downto 0); -定义计数器begin process(clk,clr,opt)begin if clr=1 then -清零 clk_tmp=0; counter=00;elsif clkevent and clk=1 then if opt=0 then -四分频，快节奏 if counter=01 then counter=00; clk_tmp=not clk_

43、tmp; else counter=counter+1; end if; else -八分频，慢节奏 if counter=11 then counter=00; clk_tmp=not clk_tmp; else counter=counter+1; end if; end if;end if;end process;clkout=clk_tmp; -输出分频后的信号end rtl;程序编译如图所示从图中可以看出，当复位信号为高电平时，电路时钟输出清零，当快慢信号OPT为低电平时，时序控制电路四分频起作用，当快慢信号OPT为高电平时，时序控制电路八分频起作用，仿真结果符合电路要求。生成模块如

44、下3.13二选一选择器从max plus软件生成模块中可以直接选择生成器件其组成如图所示3.14顶出模块设计library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity cotop isport ( clk: in std_logic; clr: in std_logic; opt:in std_logic; led: out std_logic_vector(7 downto 0); -八路彩灯输出end cotop;architecture rtl of cotop is component kz is -定义元件：时序控制电路 port( clk: in

45、 std_logic; clr: in std_logic; opt:in std_logic; clkout: out std_logic);end component kz; component xs is -定义元件：显示电路port( clk: in std_logic; clr: in std_logic; led: out std_logic_vector(7 downto 0);end component xs;signal clk_tmp: std_logic;begin u1:kz port map(clk,clr,opt,clk_tmp); -例化时序控制模块 u2:xs

46、port map(clk_tmp,clr,led); -例化显示电路模块end rtl;起生成模块如图所示3.15整体电路图设计其仿真图如下所示3.16本章小结模块的设计使得程序得以实现，对于程序的理解和对模块的设计紧密的联系起来利用EDA技术方便快捷的实现了设计。用VHDL进行设计，首先应该理解，VHDL语言是一种全方位硬件描述语言，包括系统行为级，寄存器传输级和逻辑门级多个设计层次。应充分利用VHDL“自顶向下”的设计优点以及层次化的设计概念，层次概念对于设计复杂的数字系统是非常有用的，它使得我们可以从简单的单元入手，逐渐构成庞大而复杂的系统4.结论用VHDL进行设计，首先应该理解，VHDL语言是一种全方位硬件描述语言，包括系统行为级，寄存器传输级和逻辑门级多个设计层次。应充分利用VHDL“自顶向下”的设计优点以及层次化的设计概念，层次概念对于设计复杂的数字系统是非常有用的，它使得我们可以从简单的单元入手，逐渐构成庞大