數(shù)電課程設計彩燈循環(huán)控制器講解

課程設計課程名稱數(shù)字電子技術課程設計題目名稱彩燈循環(huán)控制器（花型B）學生學院材料與能源學院專業(yè)班級電子科學與技術2班學號3112007277學生姓名 葉碧華 指導教師 潘運紅 2014年6月26日廣東工業(yè)大學課程設計任務書題目名稱 彩燈循環(huán)控制器(花型B)學生學院 材料與能源學院一專業(yè)班級 電子科學與技術2班姓 名 葉碧華學 號 3112007277一、 課程設計的內(nèi)容完成彩燈循環(huán)控制器的設計任務二、 課程設計的要求與數(shù)據(jù)設計要求包括：10路彩燈分別用10個發(fā)光二極管L0、L1-..L9模擬。要求顯示2種不同的花型：10路彩燈按照先奇數(shù)次燈、后偶數(shù)次燈的順序輪流點亮。10路彩燈按照L0L1亮、L1L2亮、L2L3亮、-1819的順序輪流點亮。以上2種花型一直反復循環(huán)顯示。該控制電路設有啟動和復位按鈕。按下復位按鈕，全部燈滅。按下啟動按鈕，彩燈開始按上述規(guī)律變化。三、 課程設計應完成的工作利用各種電子器件設計籃球比賽計分器；利用DE2板對所設計的電路進行驗證；總結電路設計結果，撰寫課程設計報告。

四、課程設計進程安排序號設計各階段內(nèi)容地點起止日期1QuartusII入門學習，熟悉設計流程實2-214，21211.122進步學習QuartusII，講解各設計任務及其要求，分配設計任務實2-214，21211.123通過查閱資料，獨立完成電路設計，提交紙質(zhì)電路原理圖草稿實2-214，21211.134在QuartusII和DE2板上實現(xiàn)設計實2-214，21211.14-165演示和驗收實2-214，21211.15-166完成設計報告11.16-18五、應收集的資料及主要參考文獻發(fā)出任務書日期：2012年11月12日 指導教師簽名：計劃完成日期： 2012年11月12日 基層教學單位責任人簽章:主管院長簽章：iii此處填寫本設計說明書的摘要，摘要是說明書內(nèi)容的簡短陳述，一般不超過400字。本次課程設計要求彩燈先奇數(shù)次后偶數(shù)次輪流點亮，最后按照L0L1，L1L2,L2L3-L8L9的順序點亮，一個周期存在19種狀態(tài)。而本次設計的思路分為四個部分，第一部分為調(diào)整時鐘脈沖信號，通過74292分頻器將DE2開發(fā)板上頻率為50MHZ的時鐘脈沖信號降低為6HZ左右。第二部分為計數(shù)電路，將2個74160計數(shù)器接成20進制計數(shù)器，使其在一個周期里輸出20個信號，對應彩燈變化的一個周期。第三部分為編碼單元電路，利用2個74154譯碼器和與非門電路使其輸出規(guī)律和彩燈變化規(guī)律相同。第四部分為指示燈電路，在與非門之后與10輸出相連接，作為指示燈電路，對應DE2板上的十盞燈。關鍵詞：分頻器，計數(shù)器，譯碼器，門電路。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1設計任務目的與要求 110路彩燈分別用10個發(fā)光二極管L0、L1“?..L9模擬 1要求顯示2種不同的花型 1該電路設有啟動和復位按鈕 1\o"CurrentDocument"2模塊及其原理介紹 22.1主要元器件模塊 22.2原理介紹 2\o"CurrentDocument"3設計方案 33.1設計框圖 33.2時鐘脈沖信號調(diào)整 33.3計數(shù)電路 43.4編碼單元電路 53.5指示燈電路 63.6總電路原理圖 6\o"CurrentDocument"4實驗結果與數(shù)據(jù)分析 74.1仿真實驗結果 74.2實驗室實驗結果 7\o"CurrentDocument"5結論與問題討論 85.1設計總結 8\o"CurrentDocument"參考文獻 81設計任務目的與要求1.110路彩燈分別用10個發(fā)光二極管L0、L1-..L9模擬1.2要求顯示2種不同的花型（1） 10路彩燈按照先奇數(shù)次燈、后偶數(shù)次燈的順序輪流點亮。（2） 10路彩燈按照L0L1亮、L1L2亮、L2L3亮、??1819的順序輪流點亮。以上2種花型一直循環(huán)顯示。1.3該電路設有啟動和復位按鈕按下復位按鈕，全部燈滅。按下啟動按鈕，彩燈開始按上述規(guī)律變化。2模塊及其原理介紹（設計中所用到的主要元器件模塊及其工作原理介紹）2.1主要元器件模塊本次設計總電路由計數(shù)電路，編碼單元電路，指示燈電路三個模塊組成。主要元器件有74292分頻器，74160計數(shù)器，74154譯碼器，非門，與門，與非門。2.2原理介紹計數(shù)電路主要元器件為74160計數(shù)器，為了適應指示燈狀態(tài)要求，將兩個74160計數(shù)器接成20進制計數(shù)器，分別對應指示燈的19種狀態(tài)和初始狀態(tài)，再使計數(shù)循環(huán)。在編碼單元電路中，采用兩個4線-16線的74154譯碼器，譯碼器的每個輸出端都對應一種狀態(tài)，再根據(jù)每種狀態(tài)需求利用與非門將輸出端與指示燈相連接。啟動按鈕控制時鐘信號輸入，復位按鈕控制計數(shù)器的置零端。3設計方案（描述你的軟硬件設計思想，以及設計框圖、流程圖、原理圖等）3.1設計框圖本次設計總電路分計數(shù)電路，編碼單元電路，指示燈電路三個模塊，設計框圖如圖1.圖13.2時鐘脈沖信號調(diào)整因為本次設計所用的DE2開發(fā)板上的時鐘脈沖信號頻率為50MHZ，肉眼無法識別，所以需要通過分頻調(diào)整時鐘信號頻率。本次設計采用74292分頻器分頻，將頻率降低2的23次方倍，輸出的頻率約為6HZ。電路圖如圖2所示：圖2

3.3計數(shù)電路本電路單元由74160計數(shù)器實現(xiàn)，74160是4位二進制加法計數(shù)器，利用多個74160計數(shù)器可以接成任意進制計數(shù)器。在本次設計中，計數(shù)器會有20種計數(shù)狀態(tài)，如表1所示，其中第種為初始狀態(tài)，后面為指示燈的19種狀態(tài)。所以在本次設計中，米用2個74160計數(shù)器接成20進制計數(shù)器，對應指示燈個周期內(nèi)的狀態(tài)，如圖3所示。EDCBAL0.L1.L2.L3.L4.L5.L6.L7.L8.L9000000000000000000011000000000000100010000000000110000100000001000000001000001010000000010001100100000000001110001000000010000000010000010010000000100010100000000001010111100000000011000110000000011010011000000011100001100000011110000110000100000000011000100010000001100100100000000110100110000000011表1

3.4編碼單元電路本次設計編碼單元電路采用兩個74154譯碼器，將其接成5-32線的譯碼器，將輸入端與計數(shù)器的5位輸出相連，利用其中的19個輸出端對應成指示燈的19種狀態(tài)。計數(shù)器在輸出20個數(shù)之后便會循環(huán)，例如在計數(shù)器計數(shù)狀態(tài)為00001時，因為是低電平有效，譯碼器的第2個輸出端O1N會輸出0，其余輸出端輸出1，所以將此輸出端反相接入指示燈L0，作為第1種狀態(tài)，如此類推。因為計數(shù)器初始狀態(tài)是00000，所以從第2端開始接。因為74160為BCD碼計數(shù)器，在16個計數(shù)狀態(tài)中只能使用10個，所以將第一塊74154作為編碼單元電路1，構成奇數(shù)列和偶數(shù)列的編碼單元電路1第二塊74154為編碼單元電路2,構成L0L1-L8L9的編碼單元電路2。將兩個編碼單元電路合并起來連接。為了使指示燈的不同狀態(tài)互不干擾，接到同一指示燈的線路就應該用或門連接，但因為需要輸出的0變?yōu)?，所以改成用與非門連接。如圖4所示：QAQBQCQDRCC■ra-：Z=：：Z=-rQAQBQCQDRCC■ra-：Z=：：Z=-r 1-■?01N02、O3M3、A CBNB 06、C O7M□ Q8NGING2NO11NQ12NO13NOUNO15N741MCKN01NO2N03、□INA05、0C07N□O8NGIN09、G2N01ONO11NO12NO13NOUNO15N741-E4;m：ZE-：::Zr■---ri■- t仲jaf r043.5指示燈電路指示燈顯示電路使用10個輸出管來實現(xiàn)。分別對應上圖與非門后的10個輸出。如圖5所示:圖5圖53.6總電路原理圖將上述各個模塊連接起來，加入啟動和復位按鈕，輸入時鐘信號，就構成了總電路圖，如圖6所示：74252.:■:-一T1T1T1-1PINM25p-二:;;;jmn2c__CayNTEfi..._：□ON01NO2NQ3N<MNAO5NB06、C74252.:■:-一T1T1T1-1PINM25p-二:;;;jmn2c__CayNTEfi..._：□ON01NO2NQ3N<MNAO5NB06、CO7NcO8NG1N09、G2N01QN011N012N013NOUN015N8、O1NO2N03、O1NAO5NIB06NC□7NO8NG1NO9NG2N01QN011NO12NO13NOUNO15N4實驗結果與數(shù)據(jù)分析（測試步驟、實驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)分析）4.1仿真實驗結果將總電路圖用quartusII軟件仿真的波形。測試啟動按鈕及完整輸出花型的波形如圖7所示。測試復位按鈕的波形如圖8所示。_^0CLKnm工FLrLrLrLrLa_ri_a_ruFLJFLrLrLa_nm_rLrLruFLJ丁-時1L0L112L3L4L5L6L7L8L9FLESTAJLTSTART榜也丁矽31-矽4十矽S時6丁時7祁8i十矽gTT■_z10T1112齡口:CLIC_a_a_rLrm_rLrLrLn_rLrLrm_rLrLrLa_rLrLrm_a_rLn備1L0M irn m fL1Jl ll 1 L莎WL2J_i 1_1 J '! jL容4L31"⑴■二i11 1E打ir-I|口1!I~H口門門齡SL4_jl ii r宓6L5 r~i皎7L6 rn rn 齡8L74^9L3 m i~~i3,10L9 i~i￡^■11EEETAKT □ 口踏12STARTii1 | 1IIII1 1III1 1II| 1i ii ii ii ii iiiii ii| 1j 1j 1j Ij 1j|II1j圖8根據(jù)仿真波形可知，按下啟動按鈕前，指示燈不亮。按下啟動按鈕，指示燈開始按照先奇數(shù)次，后偶數(shù)次，最后從L0L1開始的兩盞等輪流亮的規(guī)律變化，在一個周期后，花型循環(huán)。按下復位，全部燈滅，指示燈重新開始變化。符合設計要求。4.2實驗室實驗結果在實驗室用DE2開發(fā)板檢測后，實驗結果與仿真波形相同。彩燈花型，啟動按鈕和復位按鈕經(jīng)檢測符合要求。5結論與問題討論（完成設計要求的程度、遇到的問題及解決辦法、存在的不足及改進思路）5.1設計總結本次設計基本完成了設計要求，彩燈花型規(guī)律符合要求，復位按鈕和啟動按鈕也正常發(fā)揮作用。本次設計過程中也遇到了很多問題。一開始應該用什么芯片，怎么接都不知道，無從下手。后來才通過查找資料慢慢地找到了思路，選擇了計數(shù)器和譯碼器。后來就遇到怎么用計數(shù)器顯示20種狀態(tài)的問題，因為計數(shù)器只能數(shù)到16,譯碼器也只有16個端口，通過翻看書本，才發(fā)現(xiàn)了將2個計數(shù)器接成20進制計數(shù)器，將2個74154譯碼器接成5-32線譯碼器的方法。而一開始我們將譯碼器的輸出端按順序接出，忽略了74160是BCD碼的10進制計數(shù)器，仿真之后發(fā)現(xiàn)波