多路彩灯控制器的设计说明

1、. . . 科技学院新科学院 电气工程系电子课程设计报告 多路彩灯控制器的设计学生： 永攀 所学专业：电气工程与其自动化所在班级：126班 完成时间：2014年5月16日 多路彩灯控制器的设计摘 要当今时代科技发展日异月新，彩灯作为一种景观应用越来越多。在电子电路设计领域中，电子设计自动化(EDA)工具已成为主要的设计手段。它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技术的应用走向普与。本次设计是八路彩灯控制器,现代生活中,彩灯已经成为必不可少的景观,本次设计本着与实际生活密切联系的原则,论述了使用VHDL设计八路彩灯控制器的

2、过程。VHDL为设计提供了更大的灵活性，使程序具有更高的通用性。同时也提高了设计的灵活性、可靠性和可扩展性,为大学生更好地认识社会提供了很好的机会。关 键 词： 电子设计自动化(EDA)；EDA； 彩灯控制器； 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 录绪论11 多路彩灯控制器任务和要求11.1多路彩灯控制器的任务11.2多

6、路彩灯控制器的要求12多路彩灯控制器总体方案的选择12.1.多路彩灯控制器单元电路的设计22.1.1各个单元电路的具体实现22.2花型部分32.3花型控制电路43.1电路输入、输出信号波形73.2电路组装、调试问题与解决84结论8参考文献10致 11附录12附录多路彩灯控制器花型控制电路12附录多路彩灯控制器总体电路图13绪论随着科学技术的发展以与人民生活水平的提高,在现代生活中, 彩灯作为一种装饰既可以增强人们的感观,起到广告宣传的作用,又可以增添节日气氛,为人们的生活增添亮丽。随着电子技术的发展, 应用系统向着小型化、快速化、大容量、重量轻的方向发展,EDA(Electronic Desi

7、gn Automatic) 技术的应用引起电子产品与系统开发的革命性变革。电子设计自动化(EDA)工具覆盖面广, 抽象能力强, 在实际应用中越来越广泛。在这个阶段,人们开始追求贯彻整个系统设计的自动化,可以从繁重的设计工作中彻底解脱出来,把精力集中在创造性的方案与概念构思上,从而可以提高设计效率,缩短产品的研制周期。1 多路彩灯控制器任务和要求1.1多路彩灯控制器的任务彩灯控制器可以自动控制多路彩灯按不同的节拍循环显示各种灯光变换花型。彩灯控制器是以高低电平来控制彩灯的亮灭。实现彩灯控制可以采用EPROM编程、RAM编程、可编程逻辑器件、单片机等实现。在彩灯路数较少，花型变换比较简时，也可用移

8、位寄存器实现。在实际应用场合彩灯可能是功率较大的发光器件，需要加以一定的驱动电路。本课题用发光二极管LED模拟彩灯，可以不用驱动。1.2多路彩灯控制器的要求现要求设计一个8路移存型彩灯控制器，彩灯用发光二极管LED模拟，具体要求如下：1.能演示三种花型，花型自拟。2.选做：彩灯明暗变换节拍为1.0s和0.5s，两种节拍交替运行。2多路彩灯控制器总体方案的选择根据题目的任务、要求和性能指标，经过分析与思考，得出以下方案：整体电路分为四个模块：第一个模块实现节拍的发生；第二个模块实现快慢两种节拍的控制；第三个模块实现花型的控制；第四个模块实现花型的显示。主体框图如下：节拍发生电路节拍控制电路花型控

9、制电路花型显示电路在本方案中，各单元电路只实现一种功能。其优点在于：电路设计模块化且各模块功能明确，易于检查电路，对后面的电路组装与电路调试带来方便。缺点是：由于设计思想比较简单，元件种类使用少，花型复杂一些就会导致中间单元电路连线过多而易出错。2.1.多路彩灯控制器单元电路的设计设计所使用的元件与工具： 表一：元件名称个数元件名称个数74LS161（四位二进制同步计数器）2个74LS04（六非门）1个74LS194（双向移位寄存器）2个发光二极管-8个74LS151（八选一数据选择器1个555 1个74LS74（双上升沿D触发器）1个电容： 4.7f 1个；001f 1个74LS00（四二输

10、入与非门）3个电阻： 150k 1个；4.7k 1个；100 4个面包板一个；万用表一个；钳子一个；导线若干。2.1.1各个单元电路的具体实现（1）节拍发生电路考虑到节拍是整个电路功能实现的基础与其他模块进行调试的必需条件，故首先实现节拍发生模块。0.5s节拍选用由555与相关器件构成的多谐振荡器电路实现。由于输出波形中低电平的持续时间，即电容放电时间为低电平的持续时间，即电容放电时间为因此电路输出矩形脉冲的周期为输出矩形脉冲的占空比为当时，占空比近似为50%。故综合考虑，电容取：4.7f 0.01f电阻取：= 150k ；4.7k2.2花型部分 图2-1首先设计花型如下：花型1：整体分为两部

11、分从第1路和第5从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左至右渐灭。循环两次；花型2：从中间两路开始，同时向两边依次渐亮，全亮后再由中间到两边依次渐灭。花型3：从左至右顺次渐亮。全亮后逆序渐灭。循环两次。花型的实现由2片74LS194来实现，状态转移图如下（设两片74LS194的输出依次为Q1Q8）:表二 ： 移存器输出状态编码表节拍序号花型1花型2花型310000000000000000000000002100010000001100010000000311001100001111001100000041110111001111110111000005111111111111111111110000

12、60111011111100111111110007001100111100001111111100800010001100000011111111091111111110011111111100111111120001111113000011111400000111150000001116000000012.3花型控制电路将二片161级联成为模64（三种花型在两种节拍下各显示一遍）的计数器。161的级联用的是同步，并用CG清零。由于花型控制模块和显示模块之间的连线较为复杂，故在一个图中显示，如下图2-2总体电路图如下：图2-33.1电路输入、输出信号波形1基本CP脉冲产生电路波形图与分频电路

13、波形图2. 测试波形: (列依次为CP脉冲,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电路组装、调试问题与解决实验的每一天都有所收获，都有所进步。我花了很久的时间来设计电路：首先再次熟悉相关器件的功能、用法，又参照了一些书籍、材料，然后一步步地走，一点点地完善，最终完成属于自己的第一阶段成果。在连线时，因为对原理与连线都很熟悉，所以连线阶段并没有花费过多的时间。但是加电后LED二极管亮的没有一点规律，检查原理图没什么问题，我只能一条导线一条导线地标记，一个端子一个端子地排查，最后发现是两个与非门间的连线弄错了。其实在电路组装过程中，遇到的最大问题是，

14、芯片分布不够合理，无法很好的布线。于是在分析了我的设计后计算了要用芯片的个数和个芯片之间的关系，按照各个控制电路的走向较合理的插好了芯片。其次就是布线，因为要求不准交叉，且横平竖直，所以在保证连通的情况下，在布线上也下了不少工夫，我用心考虑，尽力做到我认为很合理的布线。4结论这次课程设计对于我来说收获很大。通过本次实验，我认识到了实践的重要，也提高了我的实际动手能力。我们要学会把理论联系实际，而这次课程设计就是一个很好的机会，不仅能提高我们的理论知识，而且也培养了我们的实际动手能力。尽管在中间遇到很多问题，我的设计最后在老师的检查下发现了自己存在的问题，是因为自己想的太简单，没有认真思考。但是

15、经过老师的指导和同学的帮助，使得这次实验能顺利完成，而且在讨论中我们也学到了很多知识，而且也对也前的知识做了一个很好的回顾。在这次实验中，我体会到在进行一个综合性的硬件设计时，要全面考虑问题，比如想用其他信号来控制一个信号，就要考虑到和这个信号直接或间接关系的信号，必须是最重要相关的信号，然后用真值表来解决他们的关系，通过门电路来实现。下来就是在实际动手连接电路时的问题，由于种种客观方面的原因，导致理想和现实相差太远，输入电路不可以悬空，悬空并不是高电平，芯片上有接电源和接地的悬空是高电平，但这个高电平并不是，有时候它不是怎么高，这样地话，就会对后面地时序电路产生影响在通过这两个礼拜的设计实习

16、，让我真正理解了书本上知识，也让我知道我们课本上的知识在实际中怎么应用，理论联系实践，相互关系。通过此次设计，我对理论知识的学习有了很大的兴趣，现在我可以主动的去学习，我明白自己该学习那个方面，重点是什么。我也掌握的了在理论中遇到问题，应该怎样去解决，在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。最后，我非常感每天一直在实验室指到我们的老师。因为是他们使我在这次设计中受益非浅。参考文献1 吕晓兰.基于VHDL实现的十六路彩灯控制系统M.信息技术,2007,(6):.2 秋华 艳秋 何香玲.基于VHDL的彩灯控制J.现代电子技术,2004,169(2):5-8.3 吴长虹等.基于VHDL的数字系统优化设计M.电脑知识与技术,2006,(12):.4 齐京礼等.VHDL语言在FPGA中的应用M.微计算机信息,2006,(12):.5 数字电路逻辑设计. 高等教育 王毓银编6 数字系统设计数字电路课