8路彩燈控制器設(shè)計(jì)詳細(xì)講解

8路彩燈控制器設(shè)計(jì)詳細(xì)講解（附圖）學(xué)校:北華大學(xué)班級(jí):信息11-2姓名:王杰學(xué)號(hào):28號(hào)指導(dǎo)教師：曲萍萍實(shí)驗(yàn)日期:2013.5.20—5.24一、軟件內(nèi)容二、實(shí)習(xí)目的和任務(wù)三、設(shè)計(jì)原理過(guò)程四、最終設(shè)計(jì)方案五、實(shí)習(xí)心得六、參考文獻(xiàn)一、軟件內(nèi)容MAX-Plus?開發(fā)軟件是美國(guó)Altera公司自行設(shè)計(jì)的第三代課編程邏輯器件的EDA開發(fā)工具。它是一種與器件結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的集成設(shè)計(jì)環(huán)境，提供了靈活和高效的界面，允許設(shè)計(jì)人員選擇各種設(shè)計(jì)輸入方法和工具，能夠支持Altera公司的MAX、Classic.FLEX以及ACEX系列的PLD器件。MAX-Plus?開發(fā)軟件豐富的圖形界面和完整的、可即時(shí)訪問(wèn)的在線幫助文檔，使設(shè)計(jì)人員能夠輕松愉快地學(xué)習(xí)和掌握MAX-Plus?開發(fā)軟件，方便地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的。MAX-Plus?的特點(diǎn)：1、支持多種操作平臺(tái)；2、提公開發(fā)性的界面;3、提供與PLD器件結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的設(shè)計(jì)環(huán)境;4、提供豐富設(shè)計(jì)庫(kù);5、支持多種輸入方式;6、具有高度集成化的開發(fā)環(huán)境;7、具有模塊化的設(shè)計(jì)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、支持的設(shè)計(jì)輸入方式;3、提供設(shè)計(jì)編譯;4、提供設(shè)計(jì)驗(yàn)證;5、提供器件的編程和配置MAX-Plus?的設(shè)計(jì)流程：1、設(shè)計(jì)輸入;2、設(shè)計(jì)檢查;3、設(shè)計(jì)便衣;4、設(shè)計(jì)仿真;5、器件編程;6、測(cè)試驗(yàn)證;7、修改設(shè)計(jì)。二、實(shí)習(xí)目的和任務(wù)實(shí)習(xí)目的：1、進(jìn)一步掌握數(shù)字電路課程所學(xué)的理論知識(shí)。2、熟悉幾種常用集成數(shù)字芯片的功能和應(yīng)用，并掌握其工作原理，進(jìn)一步學(xué)會(huì)使用其進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。3、了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法，學(xué)會(huì)科學(xué)分析和解決問(wèn)題。4、培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實(shí)事求是的工作態(tài)度。5、數(shù)點(diǎn)課程實(shí)驗(yàn)是大學(xué)中為我們提供的唯一一次動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐的能力。實(shí)習(xí)任務(wù):設(shè)計(jì)一個(gè)能實(shí)現(xiàn)8路彩燈循環(huán)顯示的彩燈控制器。具體要求如下：1、8路彩燈的循環(huán)花型如下表所示;2、節(jié)拍變化的時(shí)間為0.5s和0.25s，兩種節(jié)拍交替運(yùn)行;3、三種花型要求自動(dòng)循環(huán)顯示移存器輸出狀態(tài)編碼表節(jié)拍序號(hào)花型1花型2花型3100000000000000000000000021000000000011000100010003110000000011110011001100411100000011111101110111051111000011111111111111116111110001110011101110111711111100110000110011001181111111010000001000100019111111111011111110111111110012111110001111000011100000

1100000010000000三、設(shè)計(jì)原理過(guò)程（1）總體方案的設(shè)計(jì)；在方案一的基礎(chǔ)上將整體電路分為四塊。第一塊實(shí)現(xiàn)花型的演示;第二塊實(shí)現(xiàn)花型的控制;第三塊實(shí)現(xiàn)節(jié)拍控制;第四塊實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生。并在部分電路的設(shè)計(jì)上與方案一采用了完全不同的方法，如花型的控制。主體框圖如下：主體框圖如下：根據(jù)所提供的實(shí)驗(yàn)器材各模塊總體思路如下:a、時(shí)鐘信號(hào)CP電路:參見(jiàn)高等教育出版社王淑銀主編的《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》課本P404圖10-3-6（a）;b、花型控制電路：由161四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器完成;c、花型演示電路：由194雙向移位寄存器完成（可左移右移完成花型變化）；d、節(jié)拍控制電路:節(jié)拍變化由151八選一數(shù)據(jù)選擇器完成，節(jié)拍的快慢變化可有74雙上升沿D觸發(fā)器完成，它可實(shí)現(xiàn)二分頻。（2）單元電路的設(shè)計(jì)a、設(shè)計(jì)所使用的元件及工具：TOC\o"1-5"\h\z74LS161（四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器）2個(gè);74LS194（移位寄存器）2個(gè)；74LS151（八選一數(shù)據(jù)選擇器）1個(gè);74LS74（雙。觸發(fā)器）1個(gè);1個(gè);1個(gè);74LS01個(gè);1個(gè);74LS04（與非門）發(fā)光二極管8個(gè)；b、花型演示電路發(fā)光二極管由二片移位寄存器194實(shí)現(xiàn)。其八個(gè)輸出信號(hào)端連接八個(gè)發(fā)光二極管，用其輸出信號(hào)控制發(fā)光二級(jí)管的亮滅實(shí)現(xiàn)花型演示。而花型之間的變化通過(guò)花型控制電路的輸出即161級(jí)聯(lián)的計(jì)數(shù)器輸出控制（它們由同一個(gè)CP脈沖控制）。c、三種花型變換樣式花型1:從左至右順次漸亮。全亮后逆序漸滅?；ㄐ?:從中間到兩邊對(duì)稱地逐次漸亮，全亮后仍由中間到兩邊逐次漸滅?；ㄐ?:8路燈分兩半。從左至右漸亮，全亮后，再分兩半從左至右漸滅。我的設(shè)計(jì)是每種花型完整顯示一遍，所以三種花型完全顯示一遍需要的總結(jié)拍數(shù)為32，即1?16顯示第一個(gè)花型，17?24顯示第二個(gè)花型，25?32顯示第三個(gè)花型。要用194實(shí)現(xiàn)三個(gè)花型的連續(xù)顯示必須對(duì)兩片194的S1、S0和SL、SR一句節(jié)拍的變化進(jìn)行相應(yīng)的改變，通過(guò)161的輸出反饋來(lái)控制經(jīng)過(guò)觀察每16個(gè)CP低位片輸出Q1—Q4變化比較頻繁，根據(jù)變化的花型頻率選用高位片的Q5—Q6去控制194的SL、SR、S1、S0的變化從而實(shí)現(xiàn)滑行的變化?，F(xiàn)將兩片194分為低位片1和高位片2,再將其輸出端從低位到高位記為L(zhǎng)1~L8。列出各花型和其對(duì)應(yīng)的194的S1、S0、SL、SR的輸入信號(hào)及節(jié)拍控制信號(hào)列表如下：（用"Li表示Li的取非）花型低位片節(jié)拍控制信號(hào)SLSRS1S0SLSRS1S0QQDE"L8L41X01X0100L5L1XX1010102L1X10XL801013L8X01XL80111列出卡諾圖分析194低位片QQDDQQ0101EEL50X001”L11X110SL=QL5+"L1"QS1=Q"QQ"QDDDDE+EQQEEQQ0101FF"L8X0010"L8"L81111SR="L8S0="S1194高位片QQEEQQ0101FF"L1"L8"L8X00XX11L4XL4SL="L1SR="L8+L4QQEEQQ0101FF110001100111S1=Q"QS0="S1DE由上圖分析可以得到控制194高、低位片的左移右移變化控制端S1、S0以及串行輸入端的由161的輸出端Q、Q和本身輸出端EFL4和"L8控制。用去Q—Q表示161從低位到高位的個(gè)輸出端。AH控制結(jié)果表達(dá)式如下：

194低位片194高位片S1=Q"QQ"QS1=Q"QDDDE+EES0="S1S0="S1SL=QL5+"L1"QSL="L1D?D（注：QD為161低位片的QD端QE為161高位片的QA端QF~QH依次往下推）d、花型控制信號(hào)電路由二片161級(jí)聯(lián)的模64（三種花型節(jié)拍每種顯示一遍，再總體重復(fù)一遍的總節(jié)拍數(shù)）計(jì)數(shù)器。161的級(jí)聯(lián)用的是同步，并用"QG清零。當(dāng)三種花型全新顯示一遍后（總共32拍）161的輸出變?yōu)?0000010所以將161高位片的Q（即Q）信號(hào)輸給節(jié)拍控制電路的151的A2F來(lái)通過(guò)節(jié)拍控制電路改變第二遍花型顯示的頻率。161的CP脈沖來(lái)自節(jié)拍控制電路中74的輸出端Y。電路圖如下:e、節(jié)拍控制電路由一片151和一片74級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。整體上實(shí)現(xiàn)脈沖頻率的變換，即交替產(chǎn)生快慢節(jié)拍。令74的Vcc,CLR,PR都接高電平，將"Q的輸出接到D端，Q端的輸出接到151的D1端。令151的B,C,G’，GND接低電平，Vcc接高電平，D0接時(shí)鐘信號(hào)的CP脈沖，A端接由花型控制電路的QG輸出。所以Y端的輸出就為:Y=CP?”A+Q?A,（Q是74D觸發(fā)器的輸出端）由D觸發(fā)器具有記憶功能，記錄上一個(gè)狀態(tài)，所以在每一個(gè)CP脈沖的上升沿，Q輸出為上一次的記錄（即一個(gè)脈沖）。也就比時(shí)鐘信號(hào)電路的CP脈沖慢了一拍。所以通過(guò)A為0或1選擇Y端輸出的脈沖的頻率。A端接的是161的高位片的QG即當(dāng)?shù)竭_(dá)第32拍時(shí)QG為1接下來(lái)的33~64拍為變慢后的脈沖輸出。電路圖如下：四、最終設(shè)計(jì)方案總體電路圖1、完成電路原理圖輸入后，可開始對(duì)用戶的設(shè)計(jì)進(jìn)行編譯。在“Max+plus210.0”圖形編輯器窗口的菜單中選擇“Compiler"，即可打開編譯器，選擇“Start”就可開始編譯，如圖所示,iIp；Snlts^lirigihikvin;tmn*“Start”就可開始編譯，如圖所示,iIp；Snlts^lirigihikvin;tmn*lyiiiRylu「，IJT0dwvhra'qiiiuMd:C；hip"qlnqyubn,11rlerli>AUEDde^?"4_HM.'-crjauCfl?4.，11:314k2、建立仿真通道文件:從File菜單中選擇“New”打開新建文件類型對(duì)話框，如圖所示3、選擇“WaveformEditorFile”項(xiàng)后選擇“OK”，則出現(xiàn)如圖所示的波形文件編輯窗口。4、仿真通道文件的編輯:輸入節(jié)點(diǎn):在圖1-10波形編輯器窗口的Name下空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，出現(xiàn)浮動(dòng)菜單，選擇“EnterNodesfromSNF"可打開“EnterNodesfromSNF"對(duì)話框，如圖所示Kcda/G'oui.LModesGioup$.idKti+beNfidesfrnar旦電3區(qū)履:由ICajnbnataiulF"I■土iLMflLarcEl|此后單擊“OK”按鈕，關(guān)閉上圖的對(duì)話框。5、將仿真通道文件存盤:在File菜單中選擇“Save”命令，將此波形文件保存為默認(rèn)名：“jinzhi.scf”。6、在波形編輯窗口，在"Options”（選擇）菜單下，可點(diǎn)擊"SnaptoGrid”、“ShowGrid”子菜單，去掉左邊的否打鉤。7、選中信號(hào)“CLK”，用鼠標(biāo)左鍵單擊“Name”區(qū)的“CLK”，可看到“CLK”信號(hào)全部變?yōu)楹谏?，表示信?hào)“CLK”被選中；用鼠標(biāo)左鍵單擊工作條中脈沖按鈕，可打開下圖所示的對(duì)話框。OverwriteClock□dck^Bri'od;1200.0ns.'.Mujiiplied|l在“Clockperiod”中將200改為10，單擊“OK”關(guān)閉此對(duì)話框。同樣對(duì)輸入信號(hào)“EN”、“CLRN”輸入高電平。8、保存已編輯的輸入信號(hào)波形的文件:選擇File菜單中“Save”存盤，將編輯好的輸入信號(hào)波形文件保存。9、項(xiàng)目的仿真:a、打開模擬仿真器:從“Max+plus210.0”菜單中選擇“Simulator”，即可打開下圖所示模擬仿真器，并自動(dòng)裝載當(dāng)前項(xiàng)目jinzhi的仿真網(wǎng)表文件和已創(chuàng)建的與項(xiàng)目同名的仿真通道文件jinzhi.scf。13回岡StartTime：0.9nsUseDeviceSetup/Hold「￡heckOutputs較大的、較復(fù)雜的項(xiàng)目時(shí)，可以切換到其他應(yīng)用程序。復(fù)雜過(guò)程中，可依據(jù)要求單擊“Pause”暫停仿真，或單擊“Stop”終止仿真。c、從"Max+plus2”菜單下選擇“Programmer”（編程），或單擊編程按鈕可S5iiulator:TiwingSlAulationSimulation13回岡StartTime：0.9nsUseDeviceSetup/Hold「￡heckOutputs較大的、較復(fù)雜的項(xiàng)目時(shí)，可以切換到其他應(yīng)用程序。復(fù)雜過(guò)程中，可依據(jù)要求單擊“Pause”暫停仿真，或單擊“Stop”終止仿真。c、從"Max+plus2”菜單下選擇“Programmer”（編程），或單擊編程按鈕可b、時(shí)序模擬運(yùn)行:單擊上圖中“Start”按鈕，運(yùn)行模擬仿真器，即可開始時(shí)序模擬。在仿真過(guò)程中，紅色的進(jìn)度指示條將向100%的方向移動(dòng)，仿真時(shí)間域自動(dòng)更新，輸出邏輯電平將記錄到qingyuan.scf中。仿真過(guò)程在后臺(tái)進(jìn)行，在仿真打開編程器對(duì)話框，如圖所示。ExhininnVerifyr-S.eujrityBii業(yè)拍駐k￡]ExhininnVerifyr-S.eujrityBii業(yè)拍駐k￡])i>liyurrUstd、單擊“configure”鍵進(jìn)行下載。此時(shí)實(shí)驗(yàn)箱的彩燈出現(xiàn)如要求所示的花型圖。五、實(shí)習(xí)心得本周的數(shù)字電子結(jié)束了，在此次實(shí)習(xí)中我學(xué)會(huì)使用MAX-Plus?軟件，剛開始學(xué)習(xí)起來(lái)會(huì)有一些困難，但是在老師同學(xué)的幫助下我對(duì)MAX-Plus?使用有了較多的了解，也讓我對(duì)我所學(xué)的專業(yè)更加感興趣，我們信息專業(yè)需要具備使用這款軟件的能力，現(xiàn)在就接觸到這款軟件，可以讓我為以后的專業(yè)學(xué)習(xí)實(shí)踐打下良好的基礎(chǔ)，老師在給我講解了實(shí)習(xí)所需要的軟件之后留給我們一些任務(wù)，雖