八路彩灯控制程序

FPGA课程设计——8路彩灯控制程序

2013年12月12日

8路彩灯控制程序

一、设计任务

1.设计目的：

(1)了解及掌握时序电路及组合电路的基本结构常用数字电路

（2）通过ModelSim软件编写组合电路与时序电路混合的程序进行仿真和调试。

（3）74LS194 移位寄存器和74LS161 计数器的使用。

2.设计内容：

编写一个8路彩灯控制程序，要求彩灯有以下3种演示花型。

（1）8路彩灯同时亮灭；

（2）从左至右逐个亮（每次只有1路亮）；

（3）8路彩灯每次4路亮，4路灯灭，且灯灭相同，交替亮灭；

在演示过程中，只有当一种花型演示完毕才能转向其他演示花型。

二、设计方案论证

74LS161 是四位二进制同步加数器,74LS194 是一个4 位双向移位寄存器,它具有左移,右移,保持,清零等逻辑功能，八路彩灯控制器通过利用双向移位寄存器74LS194 的串行输入, 个并行输8 出端控制彩灯;双向移位寄存器74LS194 的控制端S1=0,S0=1 时,进行右移; S1=1,S0=0 时, 进行左移; 十六位计数器74LS161 可以从0000 到1111 进行计数. 利用十六位计数器74LS161 的功能实现自动循环.

（1）8路彩灯同时亮灭:

11111111

00000000

11111111

（2）从左至右逐个亮（每次只有1路亮）；

11111111

01111111

10111111

11011111

11101111

11110111

11111011

11111101

11111110

（3）8路彩灯每次4路亮，4路灯灭，且灯灭相同，交替亮灭11111111

00001111

11110000

三、结构及其工作原理

1.结构框图：

2.电路的原理图：

3.电路工作原理：

74LS161 是四位二进制同步加数器, 74LS194 是一个4 位双向移位寄存器,它具有左移,右移,保持,清零等逻辑功能, 八路彩灯控制器通过利用双向移位寄存器74LS194 的串行输入, 个并行输8 出端控制彩灯;双向移位寄存器74LS194 的控制端S1=0,S0=1 时,进行右移; S1=1,S0=0 时, 进行左移; 十六位计数器74LS161 可以从0000 到1111 进行计数. 利用十六位计数器74LS161 的功能实现自动循环.

四、主要元件

1.数字电路实验箱1 台

2.74LS161 芯片1 片

3.74LS194 芯片2 片

4.导线若干

五、仿真过程及结果

新建工程及文件，分别添加设计程序及测试程序，进行编译及纠错，编译通过后运行程序仿真进行调试得出结果。

设计模块：

module caideng(clk,ledout,reset);

input reset,clk;

output[7:0] ledout;

integer i;

reg[7:0] ledout; reg[2:0] count;

reg[4:0] count2; reg clkflag;

reg[1:0] in; always (posedge clk) begin

if(!reset)

count<=0;

else if(count<=3) begin

clkflag<=0;

count<=count+1; end

else if(count<7) begin

clkflag<=1;

count<=count+1; end

else if(count==7) begin

clkflag<=1;

count<=0;

end

else

begin

clkflag<=1;

count<=count+1; end

end

always (posedge clk) begin

if(!reset) count2<=0; else if(count2<=7) begin

in<=2'b00;

count2<=count2+1; end

else if(count2<=15) begin

in<=2'b01;

count2<=count2+1; end

else if(count2<23) begin

in<=2'b10;

count2<=count2+1; end

else if(count2==23) begin

in<=2'b10;

count2<=0;

end

else

begin

in<=2'bZZ;

count2<=0;

end

end

always(clkflag or count or in or reset) if(!reset)

ledout<=8'h00;

else

begin

case(in)

2'b00: if(clkflag) ledout=8'hFF;

else ledout=8'h00;

2'b01:

case(count)

'h0:ledout=8'h80;

'h1:ledout=8'h40;

'h2:ledout=8'h20;

'h3:ledout=8'h10;

'h4:ledout=8'h08;

'h5:ledout=8'h04;

'h6:ledout=8'h02;

'h7:ledout=8'h01;

default:ledout=8'h00;

endcase

2'b10: if(clkflag) ledout=8'hAA;

else ledout=8'h55;

default: ledout=8'h00;

endcase

end

endmodule

六、电路安装与调试

测试模块：

`timescale 1ns/1ns

module testbench;

reg clk,reset;

wire [7:0] ledout;

caideng led_inst(clk,ledout,reset);

initial

begin

reset=1'b1;

#10 reset=1'b0;

#40 reset=1'b1;

end

initial

begin

clk=1'b0;

forever

#10 clk=~clk;

end

Endmodule

七、课程设计体会

通过整个电路设计与制作的整个过程, 掌握了组装与调试方法. 熟悉了中,小规模集成电路的使用. 通过理论与实践的结合,进一步深入的体会到一种学习的方法,特别是对与电子设计方面.首先要明确总体的设计方案与方法;其次是对各个部分进行设计与改进;最后将各个部分整合在一起进行比较,观察. 在流水灯实验设计当中遇到的首要问题有三个:一是电路的总体设计问题; 二是电路的焊接问题;三是电路的调试问题.基于所学数字电路知识的局限性, 在选择元器件方面有所困难,开始无从下手应该确定使用何种元件.通过查找资料等过程首先确定了元件,从而确定了总电路图.由于初次进行焊接工作,所以在电路焊接的时候造成了许多虚焊,导致电路无法正常运行.加重了电路调试的作业量. 总的来说,流水灯的课程设计有利于培养我们对电子设计的兴趣,是一次很好的理论与实际的结合,希望能有更多机会进行这些课程设计.

八、参考文献

[1]《数字逻辑与数字统计》(第三版)，王永军,李景华，电子工业出版社.

[2]《电子技术实验与课程设计》(第二版)，毕满清，机械工业出版社.

[3]《数字逻辑电路学习与实训指导》，梅开乡，电子工业出版社.