数电课程设计彩灯循环控制器讲解

课程设计课程名称数字电子技术课程设计题目名称彩灯循环控制器（花型B）学生学院材料与能源学院专业班级电子科学与技术2班学号3112007277学生姓名 叶碧华 指导教师 潘运红 2014年6月26日广东工业大学课程设计任务书题目名称 彩灯循环控制器(花型B)学生学院 材料与能源学院一专业班级 电子科学与技术2班姓 名 叶碧华学 号 3112007277一、 课程设计的内容完成彩灯循环控制器的设计任务二、 课程设计的要求与数据设计要求包括：10路彩灯分别用10个发光二极管L0、L1-..L9模拟。要求显示2种不同的花型：10路彩灯按照先奇数次灯、后偶数次灯的顺序轮流点亮。10路彩灯按照L0L1亮、L1L2亮、L2L3亮、-1819的顺序轮流点亮。以上2种花型一直反复循环显示。该控制电路设有启动和复位按钮。按下复位按钮，全部灯灭。按下启动按钮，彩灯开始按上述规律变化。三、 课程设计应完成的工作利用各种电子器件设计篮球比赛计分器；利用DE2板对所设计的电路进行验证；总结电路设计结果，撰写课程设计报告。

四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1QuartusII入门学习，熟悉设计流程实2-214，21211.122进步学习QuartusII，讲解各设计任务及其要求，分配设计任务实2-214，21211.123通过查阅资料，独立完成电路设计，提交纸质电路原理图草稿实2-214，21211.134在QuartusII和DE2板上实现设计实2-214，21211.14-165演示和验收实2-214，21211.15-166完成设计报告11.16-18五、应收集的资料及主要参考文献发出任务书日期：2012年11月12日 指导教师签名：计划完成日期： 2012年11月12日 基层教学单位责任人签章:主管院长签章：iii此处填写本设计说明书的摘要，摘要是说明书内容的简短陈述，一般不超过400字。本次课程设计要求彩灯先奇数次后偶数次轮流点亮，最后按照L0L1，L1L2,L2L3-L8L9的顺序点亮，一个周期存在19种状态。而本次设计的思路分为四个部分，第一部分为调整时钟脉冲信号，通过74292分频器将DE2开发板上频率为50MHZ的时钟脉冲信号降低为6HZ左右。第二部分为计数电路，将2个74160计数器接成20进制计数器，使其在一个周期里输出20个信号，对应彩灯变化的一个周期。第三部分为编码单元电路，利用2个74154译码器和与非门电路使其输出规律和彩灯变化规律相同。第四部分为指示灯电路，在与非门之后与10输出相连接，作为指示灯电路，对应DE2板上的十盏灯。关键词：分频器，计数器，译码器，门电路。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1设计任务目的与要求 110路彩灯分别用10个发光二极管L0、L1“・..L9模拟 1要求显示2种不同的花型 1该电路设有启动和复位按钮 1\o"CurrentDocument"2模块及其原理介绍 22.1主要元器件模块 22.2原理介绍 2\o"CurrentDocument"3设计方案 33.1设计框图 33.2时钟脉冲信号调整 33.3计数电路 43.4编码单元电路 53.5指示灯电路 63.6总电路原理图 6\o"CurrentDocument"4实验结果与数据分析 74.1仿真实验结果 74.2实验室实验结果 7\o"CurrentDocument"5结论与问题讨论 85.1设计总结 8\o"CurrentDocument"参考文献 81设计任务目的与要求1.110路彩灯分别用10个发光二极管L0、L1-..L9模拟1.2要求显示2种不同的花型（1） 10路彩灯按照先奇数次灯、后偶数次灯的顺序轮流点亮。（2） 10路彩灯按照L0L1亮、L1L2亮、L2L3亮、・・1819的顺序轮流点亮。以上2种花型一直循环显示。1.3该电路设有启动和复位按钮按下复位按钮，全部灯灭。按下启动按钮，彩灯开始按上述规律变化。2模块及其原理介绍（设计中所用到的主要元器件模块及其工作原理介绍）2.1主要元器件模块本次设计总电路由计数电路，编码单元电路，指示灯电路三个模块组成。主要元器件有74292分频器，74160计数器，74154译码器，非门，与门，与非门。2.2原理介绍计数电路主要元器件为74160计数器，为了适应指示灯状态要求，将两个74160计数器接成20进制计数器，分别对应指示灯的19种状态和初始状态，再使计数循环。在编码单元电路中，采用两个4线-16线的74154译码器，译码器的每个输出端都对应一种状态，再根据每种状态需求利用与非门将输出端与指示灯相连接。启动按钮控制时钟信号输入，复位按钮控制计数器的置零端。3设计方案（描述你的软硬件设计思想，以及设计框图、流程图、原理图等）3.1设计框图本次设计总电路分计数电路，编码单元电路，指示灯电路三个模块，设计框图如图1.图13.2时钟脉冲信号调整因为本次设计所用的DE2开发板上的时钟脉冲信号频率为50MHZ，肉眼无法识别，所以需要通过分频调整时钟信号频率。本次设计采用74292分频器分频，将频率降低2的23次方倍，输出的频率约为6HZ。电路图如图2所示：图2

3.3计数电路本电路单元由74160计数器实现，74160是4位二进制加法计数器，利用多个74160计数器可以接成任意进制计数器。在本次设计中，计数器会有20种计数状态，如表1所示，其中第种为初始状态，后面为指示灯的19种状态。所以在本次设计中，米用2个74160计数器接成20进制计数器，对应指示灯个周期内的状态，如图3所示。EDCBAL0.L1.L2.L3.L4.L5.L6.L7.L8.L9000000000000000000011000000000000100010000000000110000100000001000000001000001010000000010001100100000000001110001000000010000000010000010010000000100010100000000001010111100000000011000110000000011010011000000011100001100000011110000110000100000000011000100010000001100100100000000110100110000000011表1

3.4编码单元电路本次设计编码单元电路采用两个74154译码器，将其接成5-32线的译码器，将输入端与计数器的5位输出相连，利用其中的19个输出端对应成指示灯的19种状态。计数器在输出20个数之后便会循环，例如在计数器计数状态为00001时，因为是低电平有效，译码器的第2个输出端O1N会输出0，其余输出端输出1，所以将此输出端反相接入指示灯L0，作为第1种状态，如此类推。因为计数器初始状态是00000，所以从第2端开始接。因为74160为BCD码计数器，在16个计数状态中只能使用10个，所以将第一块74154作为编码单元电路1，构成奇数列和偶数列的编码单元电路1第二块74154为编码单元电路2,构成L0L1-L8L9的编码单元电路2。将两个编码单元电路合并起来连接。为了使指示灯的不同状态互不干扰，接到同一指示灯的线路就应该用或门连接，但因为需要输出的0变为1，所以改成用与非门连接。如图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指示灯电路指示灯显示电路使用10个输出管来实现。分别对应上图与非门后的10个输出。如图5所示:图5图53.6总电路原理图将上述各个模块连接起来，加入启动和复位按钮，输入时钟信号，就构成了总电路图，如图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实验结果与数据分析（测试步骤、实验现象及数据分析）4.1仿真实验结果将总电路图用quartusII软件仿真的波形。测试启动按钮及完整输出花型的波形如图7所示。测试复位按钮的波形如图8所示。_^0CLKnm工FLrLrLrLrLa_ri_a_ruFLJFLrLrLa_nm_rLrLruFLJ丁-时1L0L112L3L4L5L6L7L8L9FLESTAJLTSTART榜也丁矽31-矽4十矽S时6丁时7祁8i十矽gTT■_z10T1112龄口:CLIC_a_a_rLrm_rLrLrLn_rLrLrm_rLrLrLa_rLrLrm_a_rLn备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口门门龄SL4_jl ii r宓6L5 r~i皎7L6 rn rn 龄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图8根据仿真波形可知，按下启动按钮前，指示灯不亮。按下启动按钮，指示灯开始按照先奇数次，后偶数次，最后从L0L1开始的两盏等轮流亮的规律变化，在一个周期后，花型循环。按下复位，全部灯灭，指示灯重新开始变化。符合设计要求。4.2实验室实验结果在实验室用DE2开发板检测后，实验结果与仿真波形相同。彩灯花型，启动按钮和复位按钮经检测符合要求。5结论与问题讨论（完成设计要求的程度、遇到的问题及解决办法、存在的不足及改进思路）5.1设计总结本次设计基本完成了设计要求，彩灯花型规律符合要求，复位按钮和启动按钮也正常发挥作用。本次设计过程中也遇到了很多问题。一开始应该用什么芯片，怎么接都不知道，无从下手。后来才通过查找资料慢慢地找到了思路，选择了计数器和译码器。后来就遇到怎么用计数器显示20种状态的问题，因为计数器只能数到16,译码器也只有16个端口，通过翻看书本，才发现了将2个计数器接成20进制计数器，将2个74154译码器接成5-32线译码器的方法。而一开始我们将译码器的输出端按顺序接出，忽略了74160是BCD码的10进制计数器，仿真之后发现波