EDA数字电路实习报告——花样循环彩灯.doc

数字电子实习报告学校：北华大学班级：*姓名：*学号：*指导教师：*实验日期：* 目录一、 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3100000000000000000000000021000000000011000100010003110000000011110011001100411100000011111101110111051111000011111111111111116111110001110011101110111711111100110000110011001181111111010000001000100019111111111011111110111111110012111110001311110000141110000015110000001610000000三、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116显示第一个花型，1724显示第二个花型，2532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Q1Q4变化比较频繁,根据变化的花型频率选用高位片的Q5Q6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L1L8。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SLSRS1S0SLSRS1S0QD QE123XError! No bookmark name given.Error! No bookmark name given.L801XL40100L5X10L1X1010L1X10XL80101XL801XL80111列出卡诺图分析194低位片 QD QE 0 1 QD QE 0 1 0 XL5 0 0 1 1 L1 X 1 1 0SL= QDL5+ L1QD S1= QD QE+ QEQD QE QF 0 1 QE QF 0 1 0 L8 X 0 1 0 1 L8 L8 1 1 1SR=L8S0= S1194高位片 QE QF 0 1 QE QF 0 1 0 X L1 0 L8 L8 1 X X 1 L4 X L4SL=L1SR=L8+L4 QE QF 0 1 QE QF 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1S1= QD QES0= S1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QE 、QF和本身输出端L4和L8控制。用去QAQH表示161从低位到高位的个输出端。控制结果表达式如下：194低位片194高位片S1= QD QE+ QEQDS1= QD QES0=S1S0=S1SL= QDL5+ L1QDSL=L1SR=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 QFQH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Q2（即QF）信号输给节拍控制电路的151的A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=CPA+QA，(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3364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+plus 2 10.0”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“Waveform Editor File”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110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“Enter Nodes from SNF”可打开“Enter Nodes from SNF”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“Snap to Grid”、“Show Grid”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“Clock period”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+plus 2 10.0”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+plus 2 ”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