數電課程設計彩燈循環(huán)控制器(花型B)

1、課課 程程 設設 計計 課程名稱 數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II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據設計要求包括：1. 10 路彩燈分別用 10 個發(fā)光二極管 L0、L1.L9 模擬。2. 要求顯示 2 種不同的花型： 1）

2、10 路彩燈按照先奇數次燈、后偶數次燈的順序輪流點亮。 2） 10 路彩燈按照 L0L1 亮、L1 L2 亮、L2L3 亮、L8L9 的順序輪流點亮。 以上 2 種花型一直反復循環(huán)顯示。3. 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1. 利用各種電子器件設計籃球比賽計分器；2. 利用 DE2 板對所設計的電路進行驗證；3. 總結電路設計結果，撰寫課程設計報告。III四、課程設計進程安排序號設計各階段內容地點起止日期1Quartus II 入門學習，熟悉設計流程實 2-214，21211.122進一步學習 Quartus

3、 II，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，提交紙質電路原理圖草稿實 2-214，21211.134在 Quartus II 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：摘 要此處填寫本設計說明書的摘要，摘要是說明書內容的簡短陳述，一般不超過 400

4、字。本次課程設計要求彩燈先奇數次后偶數次輪流點亮，最后按照 L0L1，L1L2，L2L3L8L9 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。第二部分為計數電路，將 2 個 74160 計數器接成 20 進制計數器，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

5、，對應 DE2 板上的十盞燈。關鍵詞：分頻器，計數器，譯碼器，門電路。V目 錄1 設計任務目的與要求設計任務目的與要求.11.110 路彩燈分別用 10 個發(fā)光二極管 L0、L1.L9 模擬.11.2要求顯示 2 種不同的花型.11.3該電路設有啟動和復位按鈕.12 模塊及其原理介紹模塊及其原理介紹.22.1 主要元器件模塊.22.2 原理介紹.23 設計方案設計方案.33.1 設計框圖.33.2 時鐘脈沖信號調整.33.3 計數電路.43.4 編碼單元電路.53.5 指示燈電路.63.6 總電路原理圖.64 實驗結果與數據分析實驗結果與數據分析.74.1 仿真實驗結果.74.2 實驗室實驗結

6、果.75 結論與問題討論結論與問題討論.85.1 設計總結.8參考文獻參考文獻.811 設計任務目的與要求設計任務目的與要求1.1 10 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 路彩燈按照先奇數次燈、后偶數次燈的順序輪流點亮。（2）10 路彩燈按照 L0L1 亮、L1 L2 亮、L2L3 亮、L8L9 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。22 模塊及其原理介紹模塊及其原理介紹（設計中所用到的主要元器件模塊及其工作原理介紹）2.1

7、主要元器件模塊 本次設計總電路由計數電路，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 計數器，74154 譯碼器，非門，與門，與非門。2.2 原理介紹 計數電路主要元器件為 74160 計數器，為了適應指示燈狀態(tài)要求，將兩個 74160 計數器接成 20 進制計數器，分別對應指示燈的 19 種狀態(tài)和初始狀態(tài)，再使計數循環(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，復位按鈕控制計數器的置零端。33 設計方案設計方案（描述你

8、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 243.3 計數電路本電路單元由 74160 計數器實現(xiàn)，74160 是 4 位二進制加法計數器，利用多個 74160 計數器可以接成任意進制計數器。在本次設計中，計數器會有 20 種計

9、數狀態(tài)，如表 1 所示，其中第一種為初始狀態(tài)，后面為指示燈的 19 種狀態(tài)。所以在本次設計中，采用 2 個 74160 計數器，接成 20 進制計數器，對應指示燈一個周期內的狀態(tài)，如圖 3 所示。EDCBAL0.L1.L2.L3.L4.L5.L6.L7.L8.L9000000 0 0 0 0 0 0 0 0 0000011 0 0 0 0 0 0 0 0 0000100 0 1 0 0 0 0 0 0 0000110 0 0 0 1 0 0 0 0 0001000 0 0 0 0 0 1 0 0 0001010 0 0 0 0 0 0 0 1 0001100 1 0 0 0 0 0 0 0 0

10、001110 0 0 1 0 0 0 0 0 0010000 0 0 0 0 1 0 0 0 0010010 0 0 0 0 0 0 1 0 0010100 0 0 0 0 0 0 0 0 1010111 1 0 0 0 0 0 0 0 0011000 1 1 0 0 0 0 0 0 0011010 0 1 1 0 0 0 0 0 0011100 0 0 1 1 0 0 0 0 0 011110 0 0 0 1 1 0 0 0 0100000 0 0 0 0 1 1 0 0 0100010 0 0 0 0 0 1 1 0 0100100 0 0 0 0 0 0 1 1 0100110 0 0

11、0 0 0 0 0 1 1表 1 5圖 33.4 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)。計數器在輸出20 個數之后便會循環(huán)，例如在計數器計數狀態(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 碼計數器，在 16 個計數狀態(tài)中只能使用 10 個

12、，所以將第一塊 74154 作為編碼單元電路 1，構成奇數列和偶數列的編碼單元電路 1 第二塊 74154 為編碼單元電路 2，構成 L0L1L8L9 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：圖463.5 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 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：圖 674 實驗結果與

13、數據分析實驗結果與數據分析（測試步驟、實驗現(xiàn)象及數據分析）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。圖 7圖 8根據仿真波形可知，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次，后偶數次，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檢測符合要求。85 結論與問題討論結論與問題討論

14、（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，選擇了計數器和譯碼器。后來就遇到怎么用計數器顯示 20 種狀態(tài)的問題，因為計數器只能數到 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 個計數器接成 20 進制計數器，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 進制計數器，仿真之后發(fā)現(xiàn)波形嚴重出錯，后來嘗試過用 74161 代替 74160，經過思考和討論，最終決定通過調整譯碼器的輸出