8路彩灯控制器设计详细讲解附图.docx
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8路彩灯控制器设计详细讲解附图
8路彩灯控制器设计详细讲解（附图）
学校:
北华大学
班级:
信息11-2
姓名:
王杰
学号:
28号
指导教师:
曲萍萍
实验日期:
2013.5.20—5.24
一、软件内容
二、实习目的和任务三、设计原理过程四、最终设计方案五、实习心得
六、参考文献
一、软件内容
MAX-Plus?
开发软件是美国Altera公司自行设计的第三代课编程逻辑器件的EDA开发工具。
它是一种与器件结构无关的集成设计环境，提供了灵活和高效的界面，允许设计人员选择各种设计输入方法和工具，能够支持Altera公司的MAX、Classic、FLEX以及ACEX系列的PLD器件。
MAX-Plus?
开发软件丰富的图形界面和完整的、可即时访问的在线帮助文档，使设计人员能够轻松愉快地学习和掌握MAX-Plus?
开发软件，方便地实现设计目的。
MAX-Plus?
的特点:
1、支持多种操作平台;2、提公开发性的界面;3、提供与PLD器件结构无关的设计环境;4、提供丰富设计库;5、支持多种输入方式;6、具有高度集成化的开发环境;7、具有模块化的设计工具;8、提供Megacore功能;9、具有Opencore特性
MAX-Plus?
的主要功能:
1、支持PLD器件;2、支持的设计输入方式;3、提供设计编译;4、提供设计验证;5、提供器件的编程和配置
MAX-Plus?
的设计流程:
1、设计输入;2、设计检查;3、设计便衣;4、设计仿真;5、器件编程;6、测试验证;7、修改设计。
二、实习目的和任务
实习目的:
1、进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。
2、熟悉几种常用集成数字芯片的功能和应用，并掌握其工作原理，
进一步学会使用其进行电路设计。
3、了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问
题。
4、培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。
5、数点课程实验是大学中为我们提供的唯一一次动手实践的机会，
增强动手实践的能力。
实习任务:
设计一个能实现8路彩灯循环显示的彩灯控制器。
具体要
求如下:
1、8路彩灯的循环花型如下表所示;2、节拍变
化的时间为0.5s和0.25s，两种节拍交替运行;3、三种
花型要求自动循环显示
移存器输出状态编码表
节拍序号花型1花型2花型310000000000000000000000002100000000001100010001000311000000001111001100110041110000001111110111011105111100001111111111111111611111000111001110111011171111110011000011001100118111111101000000100010001911111111101111111011111111001211111000
1311110000
1411100000
1511000000
1610000000
三、设计原理过程
（1）总体方案的设计;在方案一的基础上将整体电路分为四块。
第一块实现花型的演示;第二块实现花型的控制;第三块实现节拍控制;第四块实现时钟信号的产生。
并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法，如花型的控制。
主体框图如下:
根据所提供的实验器材各模块总体思路如下:
a、时钟信号CP电路:
参见高等教育出版社王淑银主编的《数字电路与逻辑设计》课本P404图10-3-6（a）;b、花型控制电路:
由161四位二进制同步计数器完成;c、花型演示电路:
由194双向移位寄存器完成（可左移右移完成花型变化）;d、节拍控制电路:
节拍变化由151八选一数据选择器完成，节拍的快慢变化可有74双上升沿D触发器完成，它可实现二分频。
（2）单元电路的设计
a、设计所使用的元件及工具:
74LS161（四位二进制同步计数器）--------------------2个;
74LS194（移位寄存器）---------------------------2个;
74LS151（八选一数据选择器）------------------------1个;
74LS74（双D触发器）-------------------------------1个;
74LS00（四二输入与非门）-------------------------1个;
74LS04（与非门）---------------------------------1个;
发光二极管-----------------------------------------8个;b、花型演示电路
由二片移位寄存器194实现。
其八个输出信号端连接八个发光二极管，用其输出信号控制发光二级管的亮灭实现花型演示。
而花型之间的变化通过花型控制电路的输出即161级联的计数器输出控制（它们由同一个CP脉冲控制）。
c、三种花型变换样式
花型1:
从左至右顺次渐亮。
全亮后逆序渐灭。
花型2:
从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由中间到两边逐次
渐灭。
花型3:
8路灯分两半。
从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左至右
渐灭。
我的设计是每种花型完整显示一遍，所以三种花型完全显示一遍需要的总结拍数为32，即1~16显示第一个花型，17~24显示第二个花型，25~32显示第三个花型。
要用194实现三个花型的连续显示必须对两片194的S1、S0和SL、SR一句节拍的变化进行相应的改变,通过161的输出反馈来控制经过观察每16个CP低位片输出Q1—Q4变化比较频繁,根据变化的花型频率选用高位片的Q5—Q6去控制194的SL、SR、S1、S0的变化从而实现滑行的变化。
现将两片194分为低位片1和高位片2，再将其输出端从低位到高位记为L1~L8。
列出各花型和其对应的194的S1、S0、SL、SR的输入信号及节拍控制信号列表如下:
（用^Li表示Li的取非）
花型低位片节拍控制信号
SLSRS1S0SLSRS1S0QQDE
^L8L41X01X0100
L5^L1XX1010102^L1X10X^L801013^L8X01X^L80111列出卡诺图分析
194低位片
QQDD
QQ0101EE
L50X001
^L11X110SL=QL5+^L1^QS1=Q^QQ^QDDDDE+E
QQEE
QQ0101FF
^L8X0010
^L8^L81111SR=^L8S0=^S1
194高位片
QQEE
QQ0101FF
^L1^L8^L8X00
XX11L4XL4SL=^L1SR=^L8+L4
QQEE
QQ0101FF
110001
100111S1=Q^QS0=^S1DE
由上图分析可以得到控制194高、低位片的左移右移变化控制端S1、S0以及串行输入端的由161的输出端Q、Q和本身输出端EF
L4和^L8控制。
用去Q—Q表示161从低位到高位的个输出端。
AH
控制结果表达式如下:
194低位片194高位片
S1=Q^QQ^QS1=Q^QDDDE+EE
S0=^S1S0=^S1
SL=QL5+^L1^QSL=^L1D?
D
SR=^L8SR=^L8+L4电路图如下:
（注:
QD为161低位片的QD端QE为161高位片的QA端QF~QH依次往下推）
d、花型控制信号电路
由二片161级联的模64（三种花型节拍每种显示一遍，再总体重复一遍的总节拍数）计数器。
161的级联用的是同步，并用^QG清零。
当三种花型全新显示一遍后（总共32拍）161的输出变为00000010所以将161高位片的Q（即Q）信号输给节拍控制电路的151的A2F
来通过节拍控制电路改变第二遍花型显示的频率。
161的CP脉冲来自节拍控制电路中74的输出端Y。
电路图如下:
e、节拍控制电路
由一片151和一片74级联实现。
整体上实现脉冲频率的变换，即交替产生快慢节拍。
令74的Vcc，CLR，PR都接高电平，将^Q的输出接到D端，Q端的输出接到151的D1端。
令151的B,C,G’,GND接低电平，Vcc接高电平，D0接时钟信号的CP脉冲，A端接由花型控制电路的QG输出。
所以Y端的输出就为:
Y=CP?
^A+Q?
A，（Q是74D触发器的输出端）由D触发器具有记忆功能，记录上一个状态，
所以在每一个CP脉冲的上升沿，Q输出为上一次的记录（即一个脉冲）。
也就比时钟信号电路的CP脉冲慢了一拍。
所以通过A为0或1选择Y端输出的脉冲的频率。
A端接的是161的高位片的QG即当到达第32拍时QG为1接下来的33~64拍为变慢后的脉冲输出。
电路图如下:
四、最终设计方案
总体电路图
1、完成电路原理图输入后，可开始对用户的设计进行编译。
在“Max+plus210.0”图形编辑器窗口的菜单中选择“Compiler”，即可打开编译器，选择“Start”就可开始编译，如图所示
2、建立仿真通道文件:
从File菜单中选择“New”打开新建文件类型对话框，如图所示
3、选择“WaveformEditorFile”项后选择“OK”，则出现如图所示的波形文件编辑窗口。
4、仿真通道文件的编辑:
输入节点:
在图1—10波形编辑器窗口的Name下空白处单击鼠标右键，出现浮动菜单，选择“EnterNodesfromSNF”可打开“EnterNodesfromSNF”对话框，如图所示
此后单击“OK”按钮，关闭上图的对话框。
5、将仿真通道文件存盘:
在File菜单中选择“Save”命令，将此波形文件保存为默认名:
“jinzhi.scf”。
6、在波形编辑窗口，在“Options”（选择）菜单下，可点击“SnaptoGrid”、“ShowGrid”子菜单，去掉左边的否打钩。
7、选中信号“CLK”，用鼠标左键单击“Name”区的“CLK”，可看到“CLK”信号全部变为黑色，表示信号“CLK”被选中;用鼠标左键单击工作条中脉冲按钮，可打开下图所示的对话框。
在“Clockperiod”中将200改为10，单击“OK”关闭此对话框。
同样对输入信号“EN”、“CLRN”输入高电平。
8、保存已编辑的输入信号波形的文件:
选择File菜单中“Save”存盘，将编辑好的输入信号波形文件保存。
9、项目的仿真:
a、打开模拟仿真器:
从“Max+plus210.0”菜单中选择“Simulator”，即可打开下图所示模拟仿真器，并自动装载当前项目jinzhi的仿真网表文件和已创建的与项目同名的仿真通道文件jinzhi.scf。
b、时序模拟运行:
单击上图中“Start”按钮，运行模拟仿真器，即可开始时序模拟。
在仿真过程中，红色的进度指示条将向100%的方向移动，仿真时间域自动更新，输出逻辑电平将记录到qingyuan.scf中。
仿真过程在后台进行，在仿真较大的、较复杂的项目时，可以切换到其他应用程序。
复杂过程中，可依据要求单击“Pause”暂停仿真，或单击“Stop”终止仿真。
c、从“Max+plus2”菜单下选择“Programmer”（编程），或单击编程按钮可打开编程器对话框，如图所示。
d、单击“configure”键进行下载。
此时实验箱的彩灯出现如要求所示的花型图。
五、实习心得
本周的数字电子结束了，在此次实习中我学会使用MAX-Plus?
软件，刚开始学习起来会有一些困难，但是在老师同学的帮助下我对MAX-Plus?
使用有了较多的了解，也让我对我所学的专业更加感兴趣，我们信息专业需要具备使用这款软件的能力，现在就接触到这款软件，可以让我为以后的专业学习实践打下良好的基础，老师在给我讲解了实习所需要的软件之后留给我们一些任务，虽然有些困难，但是我们都尽我们的努力去克服了，面对困难时，虽然我们会有一些愁眉不展，但是从不断思考，不断尝试的过程中，我们找到了解决问题的方法，面对软件的强大功能，我觉得我的视野得到了开阔，同时我的知识也得到了丰富，我也懂得了集体合作促进学习的道理，同学间更多的是合作的关系，只有相互合作，我们才能共同进步，在以后的学习中我会多多和同学沟通交流，大家一起共同进步～六、参考文献
《数字系统设计》-------------------航空工业出版社邹彦等编著《电子技术基础（数字部分）第五版》---------高等教育出版社康光华等编著《电子技术实验》--------------------------西南交通大学出版社周维芳白庆华曲萍萍编著
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