数电课程设计彩灯循环控制器(花型B)

1、课课 程程 设设 计计 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II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：1. 10 路彩灯分别用 10 个发光二极管 L0、L1.L9 模拟。2. 要求显示 2 种不同的花型： 1）

2、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、L1 L2 亮、L2L3 亮、L8L9 的顺序轮流点亮。 以上 2 种花型一直反复循环显示。3. 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1. 利用各种电子器件设计篮球比赛计分器；2. 利用 DE2 板对所设计的电路进行验证；3. 总结电路设计结果，撰写课程设计报告。III四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1Quartus II 入门学习，熟悉设计流程实 2-214，21211.122进一步学习 Quartus

3、 II，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 Quartus II 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：摘 要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

4、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，L2L3L8L9 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

5、，对应 DE2 板上的十盏灯。关键词：分频器，计数器，译码器，门电路。V目 录1 设计任务目的与要求设计任务目的与要求.11.110 路彩灯分别用 10 个发光二极管 L0、L1.L9 模拟.11.2要求显示 2 种不同的花型.11.3该电路设有启动和复位按钮.12 模块及其原理介绍模块及其原理介绍.22.1 主要元器件模块.22.2 原理介绍.23 设计方案设计方案.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.64 实验结果与数据分析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

6、果.75 结论与问题讨论结论与问题讨论.85.1 设计总结.8参考文献参考文献.811 设计任务目的与要求设计任务目的与要求1.1 10 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、L1 L2 亮、L2L3 亮、L8L9 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。22 模块及其原理介绍模块及其原理介绍（设计中所用到的主要元器件模块及其工作原理介绍）2.1

7、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。33 设计方案设计方案（描述你

8、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 243.3 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

9、数状态，如表 1 所示，其中第一种为初始状态，后面为指示灯的 19 种状态。所以在本次设计中，采用 2 个 74160 计数器，接成 20 进制计数器，对应指示灯一个周期内的状态，如图 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图 33.4 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

12、，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 L0L1L8L9 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：图463.5 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 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：图 674 实验结果与

13、数据分析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。图 7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。85 结论与问题讨论结论与问题讨论

14、（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，仿真之后发现波形严重出错，后来尝试过用 74161 代替 74160，经过思考和讨论，最终决定通过调整译码器的输出