多路彩燈控制器的設(shè)計說明

1、. . . 科技學(xué)院新科學(xué)院 電氣工程系電子課程設(shè)計報告 多路彩燈控制器的設(shè)計學(xué)生： 永攀 所學(xué)專業(yè)：電氣工程與其自動化所在班級：126班 完成時間：2014年5月16日 多路彩燈控制器的設(shè)計摘 要當(dāng)今時代科技發(fā)展日異月新，彩燈作為一種景觀應(yīng)用越來越多。在電子電路設(shè)計領(lǐng)域中，電子設(shè)計自動化(EDA)工具已成為主要的設(shè)計手段。它的發(fā)展給電子系統(tǒng)的設(shè)計帶來了革命性的變化，EDA軟件設(shè)計工具，硬件描述語言，可編程邏輯器件（PLD）使得EDA技術(shù)的應(yīng)用走向普與。本次設(shè)計是八路彩燈控制器,現(xiàn)代生活中,彩燈已經(jīng)成為必不可少的景觀,本次設(shè)計本著與實際生活密切聯(lián)系的原則,論述了使用VHDL設(shè)計八路彩燈控制器的

2、過程。VHDL為設(shè)計提供了更大的靈活性，使程序具有更高的通用性。同時也提高了設(shè)計的靈活性、可靠性和可擴(kuò)展性,為大學(xué)生更好地認(rèn)識社會提供了很好的機(jī)會。關(guān) 鍵 詞： 電子設(shè)計自動化(EDA)；EDA； 彩燈控制器； Design of Multi-channel colored lantern controllerAbstractThe times on different scientific and technological development on new, lantern as an increasing number of landscape applications. In th

3、e field of electronic circuit design, electronic design automation (EDA) tools have become primary design tool. Its development to the design of electronic systems has brought a revolutionary change, EDA software design tools, hardware description language, programmable logic devices (PLD) allows th

4、e application of EDA technologies to spread. This design is 16 Light Controllers, modern life has become an essential landscape lights, this design closely in line with the principles of real life, discusses the use of VHDL design 16 Road lantern controller process. VHDL as the design provides great

5、er flexibility to process a higher versatility. Also improve design flexibility, reliability and scalability for a better understanding of community college students a good opportunity.Key words：Electronic design automation (EDA); EDA; lantern controller13 / 17目 錄緒論11 多路彩燈控制器任務(wù)和要求11.1多路彩燈控制器的任務(wù)11.2多

6、路彩燈控制器的要求12多路彩燈控制器總體方案的選擇12.1.多路彩燈控制器單元電路的設(shè)計22.1.1各個單元電路的具體實現(xiàn)22.2花型部分32.3花型控制電路43.1電路輸入、輸出信號波形73.2電路組裝、調(diào)試問題與解決84結(jié)論8參考文獻(xiàn)10致 11附錄12附錄多路彩燈控制器花型控制電路12附錄多路彩燈控制器總體電路圖13緒論隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以與人民生活水平的提高,在現(xiàn)代生活中, 彩燈作為一種裝飾既可以增強(qiáng)人們的感觀,起到廣告宣傳的作用,又可以增添節(jié)日氣氛,為人們的生活增添亮麗。隨著電子技術(shù)的發(fā)展, 應(yīng)用系統(tǒng)向著小型化、快速化、大容量、重量輕的方向發(fā)展,EDA(Electronic Desi

7、gn Automatic) 技術(shù)的應(yīng)用引起電子產(chǎn)品與系統(tǒng)開發(fā)的革命性變革。電子設(shè)計自動化(EDA)工具覆蓋面廣, 抽象能力強(qiáng), 在實際應(yīng)用中越來越廣泛。在這個階段,人們開始追求貫徹整個系統(tǒng)設(shè)計的自動化,可以從繁重的設(shè)計工作中徹底解脫出來,把精力集中在創(chuàng)造性的方案與概念構(gòu)思上,從而可以提高設(shè)計效率,縮短產(chǎn)品的研制周期。1 多路彩燈控制器任務(wù)和要求1.1多路彩燈控制器的任務(wù)彩燈控制器可以自動控制多路彩燈按不同的節(jié)拍循環(huán)顯示各種燈光變換花型。彩燈控制器是以高低電平來控制彩燈的亮滅。實現(xiàn)彩燈控制可以采用EPROM編程、RAM編程、可編程邏輯器件、單片機(jī)等實現(xiàn)。在彩燈路數(shù)較少，花型變換比較簡時，也可用移

8、位寄存器實現(xiàn)。在實際應(yīng)用場合彩燈可能是功率較大的發(fā)光器件，需要加以一定的驅(qū)動電路。本課題用發(fā)光二極管LED模擬彩燈，可以不用驅(qū)動。1.2多路彩燈控制器的要求現(xiàn)要求設(shè)計一個8路移存型彩燈控制器，彩燈用發(fā)光二極管LED模擬，具體要求如下：1.能演示三種花型，花型自擬。2.選做：彩燈明暗變換節(jié)拍為1.0s和0.5s，兩種節(jié)拍交替運(yùn)行。2多路彩燈控制器總體方案的選擇根據(jù)題目的任務(wù)、要求和性能指標(biāo)，經(jīng)過分析與思考，得出以下方案：整體電路分為四個模塊：第一個模塊實現(xiàn)節(jié)拍的發(fā)生；第二個模塊實現(xiàn)快慢兩種節(jié)拍的控制；第三個模塊實現(xiàn)花型的控制；第四個模塊實現(xiàn)花型的顯示。主體框圖如下：節(jié)拍發(fā)生電路節(jié)拍控制電路花型控

9、制電路花型顯示電路在本方案中，各單元電路只實現(xiàn)一種功能。其優(yōu)點在于：電路設(shè)計模塊化且各模塊功能明確，易于檢查電路，對后面的電路組裝與電路調(diào)試帶來方便。缺點是：由于設(shè)計思想比較簡單，元件種類使用少，花型復(fù)雜一些就會導(dǎo)致中間單元電路連線過多而易出錯。2.1.多路彩燈控制器單元電路的設(shè)計設(shè)計所使用的元件與工具： 表一：元件名稱個數(shù)元件名稱個數(shù)74LS161（四位二進(jìn)制同步計數(shù)器）2個74LS04（六非門）1個74LS194（雙向移位寄存器）2個發(fā)光二極管-8個74LS151（八選一數(shù)據(jù)選擇器1個555 1個74LS74（雙上升沿D觸發(fā)器）1個電容： 4.7f 1個；001f 1個74LS00（四二輸

10、入與非門）3個電阻： 150k 1個；4.7k 1個；100 4個面包板一個；萬用表一個；鉗子一個；導(dǎo)線若干。2.1.1各個單元電路的具體實現(xiàn)（1）節(jié)拍發(fā)生電路考慮到節(jié)拍是整個電路功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)與其他模塊進(jìn)行調(diào)試的必需條件，故首先實現(xiàn)節(jié)拍發(fā)生模塊。0.5s節(jié)拍選用由555與相關(guān)器件構(gòu)成的多諧振蕩器電路實現(xiàn)。由于輸出波形中低電平的持續(xù)時間，即電容放電時間為低電平的持續(xù)時間，即電容放電時間為因此電路輸出矩形脈沖的周期為輸出矩形脈沖的占空比為當(dāng)時，占空比近似為50%。故綜合考慮，電容?。?.7f 0.01f電阻取：= 150k ；4.7k2.2花型部分 圖2-1首先設(shè)計花型如下：花型1：整體分為兩部

11、分從第1路和第5從左至右漸亮，全亮后，再分兩半從左至右漸滅。循環(huán)兩次；花型2：從中間兩路開始，同時向兩邊依次漸亮，全亮后再由中間到兩邊依次漸滅。花型3：從左至右順次漸亮。全亮后逆序漸滅。循環(huán)兩次?；ㄐ偷膶崿F(xiàn)由2片74LS194來實現(xiàn)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如下（設(shè)兩片74LS194的輸出依次為Q1Q8）:表二 ： 移存器輸出狀態(tài)編碼表節(jié)拍序號花型1花型2花型310000000000000000000000002100010000001100010000000311001100001111001100000041110111001111110111000005111111111111111111110000

12、60111011111100111111110007001100111100001111111100800010001100000011111111091111111110011111111100111111120001111113000011111400000111150000001116000000012.3花型控制電路將二片161級聯(lián)成為模64（三種花型在兩種節(jié)拍下各顯示一遍）的計數(shù)器。161的級聯(lián)用的是同步，并用CG清零。由于花型控制模塊和顯示模塊之間的連線較為復(fù)雜，故在一個圖中顯示，如下圖2-2總體電路圖如下：圖2-33.1電路輸入、輸出信號波形1基本CP脈沖產(chǎn)生電路波形圖與分頻電路

13、波形圖2. 測試波形: (列依次為CP脈沖,低位片194A,B,C,D,高位片194A,B,C,D)花型一：花型二：花型三：3.2電路組裝、調(diào)試問題與解決實驗的每一天都有所收獲，都有所進(jìn)步。我花了很久的時間來設(shè)計電路：首先再次熟悉相關(guān)器件的功能、用法，又參照了一些書籍、材料，然后一步步地走，一點點地完善，最終完成屬于自己的第一階段成果。在連線時，因為對原理與連線都很熟悉，所以連線階段并沒有花費(fèi)過多的時間。但是加電后LED二極管亮的沒有一點規(guī)律，檢查原理圖沒什么問題，我只能一條導(dǎo)線一條導(dǎo)線地標(biāo)記，一個端子一個端子地排查，最后發(fā)現(xiàn)是兩個與非門間的連線弄錯了。其實在電路組裝過程中，遇到的最大問題是，

14、芯片分布不夠合理，無法很好的布線。于是在分析了我的設(shè)計后計算了要用芯片的個數(shù)和個芯片之間的關(guān)系，按照各個控制電路的走向較合理的插好了芯片。其次就是布線，因為要求不準(zhǔn)交叉，且橫平豎直，所以在保證連通的情況下，在布線上也下了不少工夫，我用心考慮，盡力做到我認(rèn)為很合理的布線。4結(jié)論這次課程設(shè)計對于我來說收獲很大。通過本次實驗，我認(rèn)識到了實踐的重要，也提高了我的實際動手能力。我們要學(xué)會把理論聯(lián)系實際，而這次課程設(shè)計就是一個很好的機(jī)會，不僅能提高我們的理論知識，而且也培養(yǎng)了我們的實際動手能力。盡管在中間遇到很多問題，我的設(shè)計最后在老師的檢查下發(fā)現(xiàn)了自己存在的問題，是因為自己想的太簡單，沒有認(rèn)真思考。但是

15、經(jīng)過老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助，使得這次實驗?zāi)茼樌瓿?，而且在討論中我們也學(xué)到了很多知識，而且也對也前的知識做了一個很好的回顧。在這次實驗中，我體會到在進(jìn)行一個綜合性的硬件設(shè)計時，要全面考慮問題，比如想用其他信號來控制一個信號，就要考慮到和這個信號直接或間接關(guān)系的信號，必須是最重要相關(guān)的信號，然后用真值表來解決他們的關(guān)系，通過門電路來實現(xiàn)。下來就是在實際動手連接電路時的問題，由于種種客觀方面的原因，導(dǎo)致理想和現(xiàn)實相差太遠(yuǎn)，輸入電路不可以懸空，懸空并不是高電平，芯片上有接電源和接地的懸空是高電平，但這個高電平并不是，有時候它不是怎么高，這樣地話，就會對后面地時序電路產(chǎn)生影響在通過這兩個禮拜的設(shè)計實習(xí)

16、，讓我真正理解了書本上知識，也讓我知道我們課本上的知識在實際中怎么應(yīng)用，理論聯(lián)系實踐，相互關(guān)系。通過此次設(shè)計，我對理論知識的學(xué)習(xí)有了很大的興趣，現(xiàn)在我可以主動的去學(xué)習(xí)，我明白自己該學(xué)習(xí)那個方面，重點是什么。我也掌握的了在理論中遇到問題，應(yīng)該怎樣去解決，在實際中遇到迷團(tuán)應(yīng)該怎樣去檢查調(diào)試。最后，我非常感每天一直在實驗室指到我們的老師。因為是他們使我在這次設(shè)計中受益非淺。參考文獻(xiàn)1 呂曉蘭.基于VHDL實現(xiàn)的十六路彩燈控制系統(tǒng)M.信息技術(shù),2007,(6):.2 秋華 艷秋 何香玲.基于VHDL的彩燈控制J.現(xiàn)代電子技術(shù),2004,169(2):5-8.3 吳長虹等.基于VHDL的數(shù)字系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計M.電腦知識與技術(shù),2006,(12):.4 齊京禮等.VHDL語言在FPGA中的應(yīng)用M.微計算機(jī)信息,2006,(12):.5 數(shù)字電路邏輯設(shè)計. 高等教育 王毓銀編6 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計數(shù)字電路課