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彩灯控制器.docx
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彩灯控制器
数字电子技术实习报告
软件介绍
Max+plusII(或写成Maxplus2,或MP2)是Altera公司推出的的第三代可编程逻辑器件的EDA开发系统(Altera第四代PLD开发系统被称为:
QuartusII,主要用于设计新器件和大规模CPLD/FPGA).使用MAX+PLUSII的设计者不需精通器件内部的复杂结构。
设计者可以用自己熟悉的设计工具(如原理图输入或硬件描述语言)建立设计,MAX+PLUSII把这些设计转自动换成最终所需的格式。
其设计速度非常快。
对于一般几千门的电路设计,使用MAX+PLUSII,从设计输入到器件编程完毕,用户拿到设计好的逻辑电路,大约只需几小时。
设计处理一般在数分钟内内完成。
特别是在原理图输入等方面,Maxplus2被公认为是最易使用,人机界面最友善的PLD开发软件,特别适合初学者使用。
一设计要求:
1彩灯演示能按0.5s和0.25s两种节拍交替循环显示
2演示四种花型,花型自行选择
3彩灯路数为八路,可用发光二极管模拟
4通电后,系统能自动循环显示各种花型
二总体方案
1工作原理
该彩灯控制器无须外加控制输入,而输入为8位数字信号,通过输出的高低电平控制发光二极管亮灭。
由于彩灯路数少,花型样式不多,可采用移位寄存器实现彩灯控制。
移位寄存器按照控制器的时序节奏改变输出的高低电平,控制彩灯按预定的规律亮灭,从而显示一定的花型。
四种花型的选择:
●从左至右顺次渐亮,全亮后逆次渐灭;
●由两边向中间逐次渐亮,全亮后由中间向两边逐次渐灭;
●八路灯分成两部分,从左至右顺次渐亮,全亮后再全灭;
●八路灯分成两部分,每次每组只亮一盏,由左向右渐亮。
实现花型的状态编码如表所示。
花型的状态编码
节拍
顺序
编码QAQBQCQDQEQFQGQH
花型一
花型二
花型三
花型四
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
00000000
10000000
11000000
11100000
11110000
11111000
11111100
11111110
11111111
11111110
11111100
11111000
11110000
11100000
11000000
10000000
00000000
10000001
11000011
11100111
11111111
01111110
00111100
00011000
00000000
10001000
11001100
11101110
11111111
10001000
01000100
00100010
00010001
四种花型连续运行时的节拍分配:
花型一:
16拍一循环,运行一次,共需要16拍;
花型二:
8拍一循环,运行两次,总计16拍;
花型三:
5拍一循环,运行三次,加一个过渡状态,共计16拍;
花型四:
4拍一循环,运行四次,共计16拍。
快慢节奏:
四种花型快节奏(0.25s)循环一次需64拍,慢节奏(0.5s)循环一次需64拍,共计128拍。
彩灯控制器的原理框图
2.定时电路的设计
定时电路可由振荡器和分频器构成。
其结构框图如图所示。
彩灯定时电路要求不是很高,振荡器可采用555定时其组成的振荡或环形振荡器,分频器可选用异步或同步计数器,经过分频产生0.25s和0.5s快慢节奏的脉冲信号PH和PL。
分频器原理图
3.数据处理器的设计
数据处理器包括编码发生器和缓冲驱动器两部分。
1)编码发生器
编码发生器由8位移位寄存器组成,可由两片74LS194实现。
该寄存器具有异步清零、同步置数、左移、右移和保持等多种功能,使用方便,控制灵活。
移位寄存器的输出为QA~QH,控制缓冲驱动器,而数据输入端和控制端接控制器的输出,由控制器发出的控制信号来控制编码发生器的操作。
编码发生器原理图
2)缓冲驱动器
采用发光二极管(LED)模拟彩灯,由于实验箱已经集成,原理
图上可直接用输出端代替。
4.控制器的设计
控制器的功能:
1、能选择快慢节奏的脉冲;2、产生移位寄存器所需要的各种驱动信号。
为了实现上述功能,控制器应由时序电路、控制信号发生器和快慢节奏选择器组成。
结构框图如图所示:
时序电路为八位二进制计数器,产生控制时序,控制信号发生器为组合电路,他根据时序长生各种驱动信号,实现对移位寄存器的花型控制,快慢节奏选择器用来选择来自定时电路的路快慢脉冲,可有二选一多路选择器组成.
(1)控制时序的产生
由工作原理可知,花型演示需要控制器产生8,16,32,64,128拍的节奏控制信号.这些信号可由计数器产生.故可用两片74LS161或74LS393组成8位二进制计数器,输出P8~P1,
(2)快慢节奏的选择
快慢节奏的选择可由二选一多路选择器实现,控制信号取自计数器的P7输入端
CP=PL*P7非+PH*P7
P7的周期为128拍.当P7=0时,CP=PL实现慢节拍,共64拍,当P7=1时CP=PH,实现慢节拍的64拍。
(3)控制信号的产生
控制信号是由控制信号发生器产生,他根据控制时序产生各种驱动信号,使编码发生器按各种花型进行左右移操作实现花型显示。
移位寄存器的工作方式和驱动要求如下
花型一:
16节拍一循环,两寄存器级联。
先右移八拍,置“1”;再左移八拍,置入“0”。
前八拍右移。
M22M21=M12M11=01,Dsr2=QH非(或“1”),Dsr1=QD;
后八拍左移,M22M21=M12M11=10,Dsl2=QE,Dsl1=QA非
花型二:
八拍一循环,花型对称变化,第二片以为寄存器组成右移扭环形计数器,第一片以为寄存器组成左移扭环形计数器。
第二片寄存器右移操作,M22M21=01,Dsr2=QD非;
第一片移位寄存器左移操作,M12M11=10,Dsl1=QE非
花型三;5拍一循环,每个寄存器分别组成右移扭环形计数器。
但需要跳过后三个状态。
可采用反馈清零实现。
M22M21=M12M11=01,Dsr2=QD非,Dsr1=QH非,
CR2非=(QA非*QD)非,CR1非=(QE非*QH)非
花型四:
四拍一循环,每个寄存器组成右移环形计数器。
M22M21=M12M11=01,Dsr2=QD,Dsr1=QH。
三.总体电路设计
电路仿真实现
仿真脉冲显示
快节奏脉冲
慢节奏脉冲
仿真下载,具体电路实现
芯片管脚显示
引脚锁定
此系统设计选用EP1K30QC208-2器件,其引脚锁定见下表:
引脚锁定表
信号名称
引脚号
信号名称
引脚号
信号名称
引脚号
QA
19
QE
27
S
45
QB
24
QF
28
CLK1K
79
QC
25
QG
29
QD
26
QH
30
改进后的电路,增加了一个显示电路cd5,其引脚的锁定见下表。
引脚锁定表
信号名称
引脚号
信号名称
引脚号
信号名称
引脚号
SEL0
7
LED2
14
QD
26
SEL1
8
LED1
15
QE
27
SEL2
9
LED0
16
QF
28
LED6
10
LED7
17
QG
29
LED5
11
QA
19
QH
30
LED4
12
QB
24
S
45
LED3
13
QC
25
CLK1K
79
四总结和体会
这次实习结束了,但我认为我的数电学习又迎来了其他意义上的新的开始,我可以骄傲的说这一周我学到了东西,没有虚度,从选题,到设计,再到原理图的绘制,到最后的验证调试,其间出现了太多太多的问题,各种迷惑夹杂着各种惊喜,那种经过无数次思索,无数次推敲,最终看到自己想看到的效果,那种兴奋是无法用语言来描述的。
我想这就科学的魅力所在,我真诚的喜爱那种数字的各种逻辑的变化,真的太神奇了,同时让我看到了自己基础知识的不足,理论知识是各种实践的基础,要想把可以驾驭自己所选的题目,是需要深厚的理论知识的,实践与理论是一种相辅相成的关系,他们相互促进,相互发展。
在以后的学习中我一定要努力的积累理论知识,使其升华,发展。
我坚信随着理论知识的不断增加,我可以把这个题目做的更好,可以实现更加绚丽的花型。
同时感谢我的合作伙伴,感谢老师兢兢业业的指导和帮助。
你们的加入使这次实习变得异彩纷呈。
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