數(shù)電課程設(shè)計(jì)彩燈循環(huán)控制器(花型B)

1、課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 課程名稱 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題目名稱 彩燈循環(huán)控制器(花型 B) 學(xué)生學(xué)院 材料與能源學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 電子科學(xué)與技術(shù) 2 班 學(xué) 號(hào) 3112007277 學(xué)生姓名 葉碧華 指導(dǎo)教師 潘運(yùn)紅 2014 年 6 月 26 日II廣東工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目名稱彩燈循環(huán)控制器(花型 B)學(xué)生學(xué)院材料與能源學(xué)院專業(yè)班級(jí)電子科學(xué)與技術(shù) 2 班姓 名葉碧華學(xué) 號(hào)3112007277一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容完成彩燈循環(huán)控制器的設(shè)計(jì)任務(wù)二、課程設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)要求包括：1. 10 路彩燈分別用 10 個(gè)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(shù)次燈、后偶數(shù)次燈的順序輪流點(diǎn)亮。 2） 10 路彩燈按照 L0L1 亮、L1 L2 亮、L2L3 亮、L8L9 的順序輪流點(diǎn)亮。 以上 2 種花型一直反復(fù)循環(huán)顯示。3. 該控制電路設(shè)有啟動(dòng)和復(fù)位按鈕。按下復(fù)位按鈕，全部燈滅。按下啟動(dòng)按鈕，彩燈開(kāi)始按上述規(guī)律變化。三、課程設(shè)計(jì)應(yīng)完成的工作1. 利用各種電子器件設(shè)計(jì)籃球比賽計(jì)分器；2. 利用 DE2 板對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行驗(yàn)證；3. 總結(jié)電路設(shè)計(jì)結(jié)果，撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。III四、課程設(shè)計(jì)進(jìn)程安排序號(hào)設(shè)計(jì)各階段內(nèi)容地點(diǎn)起止日期1Quartus II 入門學(xué)習(xí)，熟悉設(shè)計(jì)流程實(shí) 2-214，21211.122進(jìn)一步學(xué)習(xí) Quartus

3、 II，講解各設(shè)計(jì)任務(wù)及其要求，分配設(shè)計(jì)任務(wù)實(shí) 2-214，21211.123通過(guò)查閱資料，獨(dú)立完成電路設(shè)計(jì)，提交紙質(zhì)電路原理圖草稿實(shí) 2-214，21211.134在 Quartus II 和 DE2 板上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)實(shí) 2-214，21211.14-165演示和驗(yàn)收實(shí) 2-214，21211.15-166完成設(shè)計(jì)報(bào)告11.16-18五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)發(fā)出任務(wù)書(shū)日期： 2012 年 11 月 12 日 指導(dǎo)教師簽名：計(jì)劃完成日期： 2012 年 11 月 12 日 基層教學(xué)單位責(zé)任人簽章：主管院長(zhǎng)簽章：摘 要此處填寫(xiě)本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的摘要，摘要是說(shuō)明書(shū)內(nèi)容的簡(jiǎn)短陳述，一般不超過(guò) 400

4、字。本次課程設(shè)計(jì)要求彩燈先奇數(shù)次后偶數(shù)次輪流點(diǎn)亮，最后按照 L0L1，L1L2，L2L3L8L9 的順序點(diǎn)亮，一個(gè)周期存在 19 種狀態(tài)。而本次設(shè)計(jì)的思路分為四個(gè)部分，第一部分為調(diào)整時(shí)鐘脈沖信號(hào)，通過(guò) 74292 分頻器將 DE2 開(kāi)發(fā)板上頻率為 50MHZ 的時(shí)鐘脈沖信號(hào)降低為 6HZ 左右。第二部分為計(jì)數(shù)電路，將 2 個(gè) 74160 計(jì)數(shù)器接成 20 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，使其在一個(gè)周期里輸出 20 個(gè)信號(hào)，對(duì)應(yīng)彩燈變化的一個(gè)周期。第三部分為編碼單元電路，利用 2 個(gè) 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(duì)應(yīng) DE2 板上的十盞燈。關(guān)鍵詞：分頻器，計(jì)數(shù)器，譯碼器，門電路。V目 錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)目的與要求設(shè)計(jì)任務(wù)目的與要求.11.110 路彩燈分別用 10 個(gè)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(shè)有啟動(dòng)和復(fù)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(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案.33.1 設(shè)計(jì)框圖.33.2 時(shí)鐘脈沖信號(hào)調(diào)整.33.3 計(jì)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.64 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析.74.1 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果.74.2 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)

6、果.75 結(jié)論與問(wèn)題討論結(jié)論與問(wèn)題討論.85.1 設(shè)計(jì)總結(jié).8參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).811 設(shè)計(jì)任務(wù)目的與要求設(shè)計(jì)任務(wù)目的與要求1.1 10 路彩燈分別用 10 個(gè)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(diǎn)亮。（2）10 路彩燈按照 L0L1 亮、L1 L2 亮、L2L3 亮、L8L9 的順序輪流點(diǎn)亮。以上 2 種花型一直循環(huán)顯示。1.3 該電路設(shè)有啟動(dòng)和復(fù)位按鈕按下復(fù)位按鈕，全部燈滅。按下啟動(dòng)按鈕，彩燈開(kāi)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)總電路由計(jì)數(shù)電路，編碼單元電路，指示燈電路三個(gè)模塊組成。主要元器件有74292 分頻器，74160 計(jì)數(shù)器，74154 譯碼器，非門，與門，與非門。2.2 原理介紹 計(jì)數(shù)電路主要元器件為 74160 計(jì)數(shù)器，為了適應(yīng)指示燈狀態(tài)要求，將兩個(gè) 74160 計(jì)數(shù)器接成 20 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，分別對(duì)應(yīng)指示燈的 19 種狀態(tài)和初始狀態(tài)，再使計(jì)數(shù)循環(huán)。在編碼單元電路中，采用兩個(gè) 4 線-16 線的 74154 譯碼器，譯碼器的每個(gè)輸出端都對(duì)應(yīng)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(dòng)按鈕控制時(shí)鐘信號(hào)輸入，復(fù)位按鈕控制計(jì)數(shù)器的置零端。33 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案（描述你

8、的軟硬件設(shè)計(jì)思想，以及設(shè)計(jì)框圖、流程圖、原理圖等）3.1 設(shè)計(jì)框圖本次設(shè)計(jì)總電路分計(jì)數(shù)電路，編碼單元電路，指示燈電路三個(gè)模塊，設(shè)計(jì)框圖如圖 1.圖 13.2 時(shí)鐘脈沖信號(hào)調(diào)整因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)所用的 DE2 開(kāi)發(fā)板上的時(shí)鐘脈沖信號(hào)頻率為 50MHZ，肉眼無(wú)法識(shí)別，所以需要通過(guò)分頻調(diào)整時(shí)鐘信號(hào)頻率。本次設(shè)計(jì)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(jì)數(shù)電路本電路單元由 74160 計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，74160 是 4 位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，利用多個(gè) 74160 計(jì)數(shù)器可以接成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。在本次設(shè)計(jì)中，計(jì)數(shù)器會(huì)有 20 種計(jì)

9、數(shù)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(shè)計(jì)中，采用 2 個(gè) 74160 計(jì)數(shù)器，接成 20 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，對(duì)應(yīng)指示燈一個(gè)周期內(nèi)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(shè)計(jì)編碼單元電路采用兩個(gè) 74154 譯碼器，將其接成 5-32 線的譯碼器，將輸入端與計(jì)數(shù)器的 5 位輸出相連，利用其中的 19 個(gè)輸出端對(duì)應(yīng)成指示燈的 19 種狀態(tài)。計(jì)數(shù)器在輸出20 個(gè)數(shù)之后便會(huì)循環(huán)，例如在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)狀態(tài)為 00001 時(shí)，因?yàn)槭堑碗娖接行Вg碼器的第 2 個(gè)輸出端 O1N 會(huì)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?yàn)橛?jì)數(shù)器初始狀態(tài)是 00000，所以從第 2 端開(kāi)始接。因?yàn)?74160 為 BCD 碼計(jì)數(shù)器，在 16 個(gè)計(jì)數(shù)狀態(tài)中只能使用 10 個(gè)

12、，所以將第一塊 74154 作為編碼單元電路 1，構(gòu)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(gòu)成 L0L1L8L9 的編碼單元電路 2。將兩個(gè)編碼單元電路合并起來(lái)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(yīng)該用或門連接，但因?yàn)樾枰敵龅?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(gè)輸出管來(lái)實(shí)現(xiàn)。分別對(duì)應(yīng)上圖與非門后的 10 個(gè)輸出。如圖 5 所示：圖 53.6 總電路原理圖將上述各個(gè)模塊連接起來(lái)，加入啟動(dòng)和復(fù)位按鈕，輸入時(shí)鐘信號(hào)，就構(gòu)成了總電路圖，如圖6 所示：圖 674 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與

13、數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析（測(cè)試步驟、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)分析）4.1 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果將總電路圖用 quartusII 軟件仿真的波形。測(cè)試啟動(dòng)按鈕及完整輸出花型的波形如圖 7 所示。測(cè)試復(fù)位按鈕的波形如圖 8 所示。圖 7圖 8根據(jù)仿真波形可知，按下啟動(dòng)按鈕前，指示燈不亮。按下啟動(dòng)按鈕，指示燈開(kāi)始按照先奇數(shù)次，后偶數(shù)次，最后從 L0L1 開(kāi)始的兩盞等輪流亮的規(guī)律變化，在一個(gè)周期后，花型循環(huán)。按下復(fù)位，全部燈滅，指示燈重新開(kāi)始變化。符合設(shè)計(jì)要求。4.2 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果在實(shí)驗(yàn)室用 DE2 開(kāi)發(fā)板檢測(cè)后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真波形相同。彩燈花型，啟動(dòng)按鈕和復(fù)位按鈕經(jīng)檢測(cè)符合要求。85 結(jié)論與問(wèn)題討論結(jié)論與問(wèn)題討論

14、（完成設(shè)計(jì)要求的程度、遇到的問(wèn)題及解決辦法、存在的不足及改進(jìn)思路）5.1 設(shè)計(jì)總結(jié)本次設(shè)計(jì)基本完成了設(shè)計(jì)要求，彩燈花型規(guī)律符合要求，復(fù)位按鈕和啟動(dòng)按鈕也正常發(fā)揮作用。本次設(shè)計(jì)過(guò)程中也遇到了很多問(wèn)題。一開(kāi)始應(yīng)該用什么芯片，怎么接都不知道，無(wú)從下手。后來(lái)才通過(guò)查找資料慢慢地找到了思路，選擇了計(jì)數(shù)器和譯碼器。后來(lái)就遇到怎么用計(jì)數(shù)器顯示 20 種狀態(tài)的問(wèn)題，因?yàn)橛?jì)數(shù)器只能數(shù)到 16，譯碼器也只有 16 個(gè)端口，通過(guò)翻看書(shū)本，才發(fā)現(xiàn)了將 2 個(gè)計(jì)數(shù)器接成 20 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將 2 個(gè) 74154 譯碼器接成 5-32 線譯碼器的方法。而一開(kāi)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(jìn)制計(jì)數(shù)器，仿真之后發(fā)現(xiàn)波形嚴(yán)重出錯(cuò)，后來(lái)嘗試過(guò)用 74161 代替 74160，經(jīng)過(guò)思考和討論，最終決定通過(guò)調(diào)整譯碼器的輸出