多彩循環(huán)彩燈控制器設(shè)計(jì)

word檔下載后可自由復(fù)制編輯課程設(shè)計(jì)任務(wù)學(xué)姓：指教：題:初條：

專班：工單：

電氣自化院1.Quartus4.1以上版本軟件；

課程設(shè)計(jì)輔導(dǎo)資料EDA入門程序?qū)嵗寂cVHDL“EDA與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)”等；先修課程：電路、電子設(shè)計(jì)EDA、電子技術(shù)基礎(chǔ)等。主要涉及的知識點(diǎn)：門電路、組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路等。要完的要?jiǎng)?wù)

（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)求說書撰寫等具體要求）

課程設(shè)計(jì)時(shí)間：1；課程設(shè)計(jì)內(nèi)容：根據(jù)指導(dǎo)老師給定的題目，按規(guī)定選擇其中套完成；本課程設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)要求：研讀輔導(dǎo)資料對應(yīng)章節(jié)，對選定的設(shè)計(jì)題目進(jìn)行理論分析，針對具體設(shè)計(jì)部分的原理分析、建模、必要的推導(dǎo)和可行性分析，畫出程序設(shè)計(jì)框圖，編寫程序代碼（含注釋上機(jī)調(diào)試運(yùn)行程序，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果（仿真結(jié)果，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。具體設(shè)計(jì)要求包括：復(fù)習(xí)EDA的相關(guān)技術(shù)與方法；掌握VHDL或者Verilog語言，并要求能編寫程序。Quartus軟件的使用：掌握程序編輯、編譯、調(diào)試、仿真方法。設(shè)計(jì)相關(guān)簡單的電路，完成既定的功能。課程設(shè)計(jì)說明書按學(xué)校“課程設(shè)計(jì)工作規(guī)范”中的“統(tǒng)一書寫格式”撰寫，具體包括：①目錄；彩燈電路相關(guān)的理論分析、歸納和總結(jié)；循環(huán)彩燈控制器的結(jié)構(gòu)組成及原理分析。程序設(shè)計(jì)框圖、程序代碼（含注釋給出程序中主要函數(shù)或者語句的功能說明和使用說明；給出程序仿真運(yùn)行結(jié)果和圖表、以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和總結(jié)；課程設(shè)計(jì)的心得體會（至少字參考文獻(xiàn)；其它必要內(nèi)容等。word檔下載后可自由復(fù)制編輯時(shí)安：具體時(shí)間7月7日7月8日7月9日7月10日7月11日

設(shè)計(jì)內(nèi)容指導(dǎo)老師就課程設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)要求、進(jìn)度安排、評分標(biāo)準(zhǔn)等做具體介紹。學(xué)生確定選題，明確設(shè)計(jì)要求開始查閱資料，完成相關(guān)電路原理分析、代碼或原理圖設(shè)計(jì)。采用VHDL或Verilog語言編程，上機(jī)調(diào)試，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果撰寫課程設(shè)計(jì)說明書上交課程設(shè)計(jì)說明書，并進(jìn)行答辯指教簽：

年

月

日系任或任師簽：

年

月

日word檔下載后可自由復(fù)制編輯目錄摘1.1設(shè)計(jì)意...........................................................................................................................11.2設(shè)計(jì)要...........................................................................................................................12方案設(shè).....................................................................................................................................2.1設(shè)計(jì)方案........................................................................................................................2.2設(shè)計(jì)方案........................................................................................................................2.3方案比...........................................................................................................................53部分電路設(shè).............................................................................................................................3.1555脈沖發(fā)生................................................................................................................3.2計(jì)數(shù)器電.......................................................................................................................3.3燈左移逐一點(diǎn)亮控制電...............................................................................................93.4LED電路.........................................................................................................................4調(diào)試與檢...............................................................................................................................4.1調(diào)試中故障及解決辦.................................................................................................4.2調(diào)試與運(yùn)行結(jié).............................................................................................................135仿真操作步驟及使用說......................................................................................................15附..............................................................................................................................................word檔下載后可自由復(fù)制編輯摘要這次設(shè)計(jì)彩燈控制循環(huán)器主要是實(shí)現(xiàn)自然數(shù)列，奇數(shù)列，偶數(shù)列，音樂數(shù)列的循環(huán)顯示，于是總電路可以分為循環(huán)電路，自然數(shù)列顯示電路等序列顯示電路，此外就是脈沖產(chǎn)生電路和分頻電路，分頻電路的作用是使自然序列和音樂序列的顯示時(shí)間與奇偶電路的顯示時(shí)間相等。循環(huán)彩燈的電路很多，循環(huán)方式更是五花八門，而且有專門的可編程彩燈集成電路。絕大多數(shù)的彩燈控制電路都是用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的，例如，用中規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)的彩燈控制電路主要用計(jì)數(shù)器，譯碼器，分配器和移位寄存器等集成。本次設(shè)計(jì)的循環(huán)彩燈控制器就是用計(jì)數(shù)器和譯碼器來實(shí)現(xiàn)，其特點(diǎn)用雙色發(fā)光二極管，能發(fā)紅色和綠色兩色光。關(guān)鍵詞循環(huán)彩燈計(jì)數(shù)器譯器電路word檔下載后可自由復(fù)制編輯1.1設(shè)意義通過課程設(shè)計(jì)，使同學(xué)加深對模電、數(shù)電等理論知識的學(xué)習(xí)，并且能夠熟練掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。鍛煉同學(xué)們將理論知識用于解決實(shí)際問題的能力，加強(qiáng)發(fā)現(xiàn)問題、獨(dú)立解決問題的能力，并且提高同學(xué)們之間的合作學(xué)習(xí)能力。培養(yǎng)同學(xué)們的創(chuàng)新能力。讓同學(xué)們學(xué)會并掌握撰寫報(bào)告的能力。1.2設(shè)要求現(xiàn)有8彩燈，試設(shè)計(jì)一控制器，要求彩燈能實(shí)現(xiàn)如下追逐圖案：使8彩燈從右到左逐一循環(huán)點(diǎn)亮。使8彩燈按照11101110左移循環(huán)點(diǎn)亮。使8彩燈交替閃爍。接著重復(fù)以上的動作，這樣一直循環(huán)下去。時(shí)間間隔為秒。嚴(yán)格按照課程設(shè)計(jì)說明書要求撰寫課程設(shè)計(jì)說明書。word檔下載后可自由復(fù)制編輯方案設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)要求8只彩燈按一定的樣式進(jìn)行循環(huán)，時(shí)間間隔為秒。首先，我用555芯片設(shè)計(jì)一個(gè)周期為秒的脈沖發(fā)生電路。在這三種樣式中，第一個(gè)是要求8只彩燈從右到左逐一點(diǎn)亮我使用計(jì)數(shù)器74LS90選數(shù)據(jù)選擇器移位寄存器74LS164設(shè)計(jì)一個(gè)電路來完成。用一片設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)制的計(jì)數(shù)電路，來控制的數(shù)據(jù)選擇輸出，而輸出的電平信號則輸中在555脈沖發(fā)生電路發(fā)出的脈沖信號控制從輸出端將電平信號輸入8只發(fā)光完8彩燈從右到左逐一點(diǎn)亮的功能。接下來，就是使只彩燈按照11101110左移循環(huán)點(diǎn)亮，我使用和設(shè)計(jì)一個(gè)電路來完成。最后就是使只彩燈交替閃爍，我則是使用2-線譯碼器和而輸入與門設(shè)計(jì)電路完成。最后就是兩片設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)制的計(jì)數(shù)電路和相應(yīng)的邏輯門來控制三種樣式閃爍的先后順序及不斷循環(huán)。最終完成該設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求在進(jìn)制24進(jìn)制計(jì)數(shù)電路和555脈沖電路的控制下使只彩燈以三種樣式不斷循環(huán)閃爍。2.1設(shè)計(jì)方案一（1）系統(tǒng)框圖該設(shè)計(jì)要求8彩燈完成三種功能循環(huán)，所以分為幾個(gè)獨(dú)立模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊完成相應(yīng)的功能，在將各個(gè)模塊連接起來，就構(gòu)成了一個(gè)完整的電子系統(tǒng)，使8只彩燈完成設(shè)計(jì)要求的功能。根據(jù)設(shè)計(jì)要求而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖如圖所示：555

脈沖發(fā)生器計(jì)數(shù)器

數(shù)據(jù)選擇器

555脈沖發(fā)生器移位寄存器

LED示圖1多彩循環(huán)彩燈控制器設(shè)計(jì)框圖由555芯片構(gòu)成的脈沖發(fā)生電路發(fā)出的周期為0.5秒脈沖作用于成的8進(jìn)word檔下載后可自由復(fù)制編輯制計(jì)數(shù)電路和24進(jìn)制計(jì)數(shù)電路，以及以為寄存器74LS164上。而計(jì)數(shù)器控制數(shù)據(jù)選擇器和74LS139。最后電平信號傳輸?shù)綗羯?，進(jìn)而控制LED燈的閃爍，這樣就完成了多彩循環(huán)彩燈的控制。（2）電路工作原理按照設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)的電路圖如圖2所示。整個(gè)電路分為六個(gè)模塊：脈沖發(fā)生器電路，計(jì)數(shù)器電路，燈左移逐一點(diǎn)亮控制電路，燈1110點(diǎn)亮控制電路，燈交替閃爍控制電路，路。首先555計(jì)而成的脈沖發(fā)生電路周期為0.5秒電路產(chǎn)生脈沖74LS90、等芯片能夠正常工作。計(jì)數(shù)器電路中的8進(jìn)制計(jì)數(shù)電路控制8選1據(jù)選擇器和2-4線譯碼器使其按照0.5的周期輸出電平。數(shù)據(jù)輸入端全接高電平的在8制技術(shù)電路控制下每隔秒將一個(gè)電平信號輸入移位寄存器中再由移位寄存器的個(gè)輸出端分別輸出到對應(yīng)的LED燈從而完成8彩燈循環(huán)左移逐一點(diǎn)亮的功能。數(shù)據(jù)輸入端接有高、低電平的同樣在進(jìn)制計(jì)數(shù)電路控制下每隔0.5秒將一個(gè)電平信號輸入移位寄存器中，再由移位寄存器的8輸出端輸出到鎖存器中，則8個(gè)周期后，11101110經(jīng)輸入到了鎖存器中，同時(shí)此時(shí)鎖存器使能端接高電平進(jìn)行正常工作，將從移位寄存器中每0.5秒左移一次的電平信號1110輸入到相應(yīng)的LED燈，完成只彩燈按照11101110左移循環(huán)點(diǎn)亮的功能。線譯碼器74LS139在在8進(jìn)制技術(shù)電路控制下個(gè)輸出端將碼后的電平通過2入與門輸出兩個(gè)電平再分別經(jīng)過一個(gè)非門在依次輸入到LED燈完成8彩燈交替閃爍，并閃爍8，每0.5秒閃爍一次。由兩片74LS90設(shè)計(jì)的24制計(jì)數(shù)電路和相應(yīng)的邏輯門電路配合，以個(gè)555沖周期為一個(gè)大周期，分別控制燈左移逐一點(diǎn)亮控制電路，燈1110亮控制電路，燈交替閃爍控制電路這三個(gè)電路的使能端，使其按一定順序循環(huán)工作。再將這三個(gè)電路的最終電平輸出端通過三輸入或非門相接三輸入或非門的輸出端接LED燈終完成設(shè)計(jì)要求的功能。word檔下載后可自由復(fù)制編輯圖2多彩循環(huán)彩燈控制器設(shè)計(jì)電路2.2設(shè)計(jì)方案二按照設(shè)計(jì)要求，本小組設(shè)計(jì)的電路圖如圖3所示：該方案是由單片機(jī)做為控制處理器，通過編寫程序來控制其一組8個(gè)口的電平的變化，在通過IO口輸出電平到對應(yīng)的8，從而完成相應(yīng)的功能。首先，編程控制8IO口電平從左到有逐一點(diǎn)亮，每秒點(diǎn)亮一盞，從而完成8只彩燈循環(huán)左移逐一點(diǎn)亮的功能。接下來程控IO口0.5秒左移一次控只彩燈按照11101110左移循環(huán)點(diǎn)亮的功能。最后，編程控制8IO口、低電平交替變化，從而控制交替閃爍，完成只彩燈交替閃爍的功能。編程控制這三種模式以一定的順序不斷循環(huán)，就完成了該設(shè)計(jì)要求的全部功能。word檔下載后可自由復(fù)制編輯圖彩循環(huán)彩燈控制器設(shè)計(jì)電路圖2.3方比較方案一是使用片、數(shù)據(jù)選擇器、移位寄存器、計(jì)數(shù)器以及一些邏輯門芯片等集成芯片設(shè)計(jì)的電路，設(shè)計(jì)起來比較困難，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)的模電、數(shù)電知識較多，需要對這方面知識有一定的掌握，和對一些集成芯片的了解。不過通過方案一的設(shè)計(jì)，無論設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)結(jié)果都能夠最好的達(dá)到該課程設(shè)計(jì)的目的，更能鍛煉我們的實(shí)踐、創(chuàng)新等各方面的能力。方案二則是通過單片機(jī)AT89S52這個(gè)可編程器件來控制電平的變化，從而控制8只彩燈的閃爍。比較簡單，但是得到的鍛煉不多。word檔下載后可自由復(fù)制編輯部分電路設(shè)計(jì)3.1555沖發(fā)生器由于要求彩燈每0.5秒閃爍一次所以該555脈沖發(fā)生器的周期設(shè)計(jì)為秒電路圖如圖4示：是由555成的多諧振蕩電路，振蕩周期為秒。因?yàn)橹芷跒槊?，取C1=0.01uF，f=2Hz。f=1.43/[(R2+2*R1)*C2]算得，。

（1-1）圖脈沖發(fā)生器word檔下載后可自由復(fù)制編輯555時(shí)器引腳圖及功能表如圖5所示：圖引腳圖及功能表555時(shí)器中6稱閾值端(TH)是上比較器的輸入2腳稱觸發(fā)端是下比較器的輸入；3是輸出端(Vo)，有O和兩種狀態(tài)，由輸入端所加的電平?jīng)Q定；腳是放電端(DIS)，它是內(nèi)部放電管的輸出，有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定；4是復(fù)位端(MR)，加上低電平時(shí)可使輸出為低電平；5腳是控制電壓端Vc),可用它改變上下觸發(fā)電平值；8是電源端，1腳是地端。3.2計(jì)器電路該設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的8制計(jì)數(shù)電路和進(jìn)制計(jì)數(shù)電路如圖所示：word檔下載后可自由復(fù)制編輯圖計(jì)器電路74LS90引腳圖及功能表如圖7示：圖腳圖及功能表word檔下載后可自由復(fù)制編輯74LS90邏輯電路圖如圖所示，它由四個(gè)主從JK觸發(fā)器和一些附加門電路組成，整個(gè)電路可分兩部分，其中FA觸發(fā)器構(gòu)成一位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；、FC、FB構(gòu)成異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在計(jì)數(shù)器電路中，設(shè)有專用置“0端、R2和置位（置9”端S1S274LS90具有如下的五種基本工作方式：五分頻：即由FD、FC、和FB組成的異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器工作方式。十分頻（8421QA與CK2聯(lián)接，可構(gòu)成8421十分頻電路。六分頻：在十分頻（8421）的基礎(chǔ)上，QB端接，端接R2。其計(jì)數(shù)順序?yàn)?00～101，當(dāng)?shù)诹鶄€(gè)脈沖作用后，出現(xiàn)狀態(tài)，利用反饋到R1和的方式使電路置“0”。九分頻：QA→R1、QD→R2，構(gòu)成原理同六分頻。十分制計(jì)數(shù)器的輸出端QD接二進(jìn)計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端，即可構(gòu)成5421十分頻工作方式。3.3燈移逐一點(diǎn)亮控制電路按設(shè)計(jì)要求使用和設(shè)計(jì)電路，完只彩燈左移循環(huán)逐一點(diǎn)亮的功能，電路圖如圖8示：圖8燈左移逐一點(diǎn)亮控制電路word檔下載后可自由復(fù)制編輯（1）引腳圖如圖9所示，功能表如表1所示：圖引圖輸入

輸出數(shù)據(jù)選擇

選通Y

WC×LLLLHHHH

B×LLHHLLHH

A×LHLHLHLH

LLLLLLLL

L

H表功表word檔下載后可自由復(fù)制編輯選擇控制（地址端為C～按二進(jìn)制譯碼從個(gè)輸入數(shù)據(jù)～D7，選擇一個(gè)需要的數(shù)據(jù)送到輸出端Y，為使能端，低電平有效。使能端G＝1時(shí)，不論CA狀態(tài)如何，均無輸出（Y＝0，W＝1路開關(guān)被禁止。使能端G＝0時(shí)，多路開關(guān)正常工作，根據(jù)地址碼、B、的狀態(tài)選擇D0～D7中某一個(gè)通道的數(shù)據(jù)輸送到輸出端Y。（2）引腳圖及功能表如圖所示：當(dāng)清除端（CLEAR）為低電平時(shí)輸出端QA－）均為低電平。行數(shù)據(jù)輸入端（AB可控制數(shù)據(jù)當(dāng)A任意一個(gè)為低平禁止新數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘CLOCK）脈沖上升沿作用下Q0為低電平。當(dāng)A、B有一個(gè)為高電平，則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在上升沿作用下決定的狀態(tài)。引腳功能：：時(shí)鐘輸入端；CLEAR：同步清除輸入端（低電平有效A，B：串行數(shù)據(jù)輸入端；－QH：輸出端。圖1074LS164引腳圖及功能表word檔下載后可自由復(fù)制編輯3.4LED路8示電路如圖11示：圖11LED電word檔下載后可自由復(fù)制編輯調(diào)試與檢測4.1調(diào)中故障及解決辦法在調(diào)試過程中示出錯(cuò)誤無法進(jìn)行仿真查看后發(fā)現(xiàn)有的元件的標(biāo)號重復(fù)了，將重復(fù)的標(biāo)號更改后就可以進(jìn)行仿真了。但是在仿真的時(shí)候發(fā)現(xiàn)彩燈無法按照預(yù)期的樣式進(jìn)行閃爍，檢查后發(fā)是下降沿觸發(fā)，是上升沿觸發(fā)導(dǎo)致電路無法正常工作，后來在的時(shí)鐘信號輸入端接上一個(gè)非門后，就能正常工作了，同時(shí)8彩燈都是按照設(shè)計(jì)要求的功能工作。4.2調(diào)與運(yùn)行結(jié)果將打開進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如下：（1）使8彩燈從右到左逐一循環(huán)點(diǎn)亮。圖8彩燈從右到左逐一循環(huán)點(diǎn)亮（2）使只彩燈按照11101110左移循環(huán)點(diǎn)亮。圖8彩燈按照11101110移循環(huán)點(diǎn)亮（3）使只彩燈交替閃爍。word檔下載后可自由復(fù)制編輯圖148只燈交替爍word檔下載后可自由復(fù)制編輯仿真操作步驟使用說明

D1~D8是8彩燈。點(diǎn)擊仿真開始按鈕，仿真開始。首先，8彩燈按照00010000到左逐一循環(huán)點(diǎn)亮，每秒移動一次。

1111工作，只彩燈從右接下來，8只彩燈按照111011101101··01110111工作，即8彩燈按照11101110移循環(huán)點(diǎn)亮。然后只彩燈以1010和交替閃爍閃爍次即8只彩燈交替閃爍。最后，8彩燈不斷的以上面的三種模式不斷循環(huán)。word檔下載后可自由復(fù)制編輯心得體會通過完成這次電工電子綜合課程設(shè)計(jì)，讓我獲益良多。這次課程設(shè)計(jì)的過程中，在確定小組方案的時(shí)候，我們定了好幾個(gè)方案，不夠最后由于元器件的不足我們確定了以單片機(jī)方案來完成這次課程的實(shí)物制作我完成了小組方案的仿真繪圖、程序編寫、仿真調(diào)試以及最后的實(shí)物制作和調(diào)試等工作。這次課程設(shè)計(jì)我感觸頗深的就是理論和實(shí)踐的不同。理論知識的學(xué)習(xí)，我們只要努力去學(xué)，特別是在做理論設(shè)計(jì)的時(shí)候，考慮不到實(shí)際中的一些情況，比如，理論設(shè)計(jì)的時(shí)候無論什么芯片都往上用，等做實(shí)物的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)有的芯片太偏了，根本就買不到，這時(shí)候只能改方案了，可是這既浪費(fèi)時(shí)間又浪費(fèi)精力。我們不在要在實(shí)踐的時(shí)候考慮實(shí)際情況，就是我們在學(xué)習(xí)理論知識的時(shí)候也不能脫離實(shí)際，理論始終是為了實(shí)踐。經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，使我更加熟練的掌握PROTUES個(gè)仿真軟件的使用。不僅讓我更加深入的學(xué)習(xí)之前學(xué)習(xí)的理論知識，比如模電、數(shù)電等，更重要的是學(xué)會如何將學(xué)過的理論知識用于實(shí)踐。讓理論知識得到鞏固，同時(shí)大大提高了我在實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力。對于課設(shè)的題目，我嘗試了幾種方法，用不同的集成芯片完成相同的功能，時(shí)我的創(chuàng)新能力得到一定的提高。同時(shí)使我的自學(xué)能力得到了很大的提高。這次課程設(shè)計(jì)，不僅要每個(gè)人都有自己的方案，還有每個(gè)小組再出個(gè)方