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3 1 00000000 00000000 00000000 2 10000000 00011000 10001000 3 11000000 00111100 11001100 4 11100000 01111110 11101110 5 11110000 11111111 11111111 6 11111000 11100111 01110111 7 11111100 11000011 00110011 8 11111110 10000001 00010001 9 11111111 10 11111110 11 11111100 12 1111100013 1111000014 1110000015 1100000016 10000000三、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SL SR S1 S0 SL SR S1 S0 Q Q DE^L8 L4 1 X 0 1 X 0 1 00L5 ^L1 X X 1 0 1 0 10 2 ^L1 X 1 0 X ^L8 0 1 01 3 ^L8 X 0 1 X ^L8 0 1 11 列出卡诺图分析194低位片Q Q DDQ Q 0 1 0 1 EEL5 0 X 0 0 1^L1 1 X 1 1 0 SL= QL5+ ^L1^Q S1= Q^ Q Q^Q DDDDE+EQ Q EEQ Q 0 1 0 1 FF^L8 X 0 0 1 0^L8 ^L8 1 1 1 1 SR=^L8 S0=^ S1194高位片Q Q EEQ Q 0 1 0 1 FF^L1 ^L8 ^L8 X 0 0X X 1 1 L4 X L4 SL=^L1 SR=^L8+L4Q Q EEQ Q 0 1 0 1 FF1 1 0 0 0 11 0 0 1 1 1 S1= Q^ Q S0=^ S1 DE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E FL4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^ Q Q^Q S1= Q^ Q DDDE+EES0=^S1 S0=^S1SL= QL5+ ^L1^Q SL=^L1 D?DSR=^L8 SR=^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+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“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。