正文 16路循环彩灯控制电路的设计
十六路彩灯控制器
北华航天工业学院《EDA技术综合设计》课程设计报告报告题目：十六路彩灯控制器作者所在系部：电子工程系作者所在专业：自动化专业作者所在班级：B08221班作者姓名：关璐指导教师姓名：崔瑞雪完成时间：2010年11月30日内容摘要随着科技发展，在现代生活中，彩灯作为一种景观应用越来越广泛。
EDA 技术的应用引起电子产品即系统开发的革命性变革，先介绍以VHDL为基础的16路彩灯控制系统。
本文介绍了基于EDA的多路彩灯控制器的设计与分析。
要求该控制器可靠性高、调节灵活、多功能、多花案、使用灵活方便，并且彩灯图案能定时切换。
在MAX+PLUS2环境下采用VHDL语言实现，论述了基于VHDL语言在FPGA芯片的数字设计思想与实现过程。
电子设计自动化技术EDA的发展给电子系统的设计带来了革命性变化，EDA软件设计工具，硬件描述语言，可编程逻辑器件（PLD）使得EDA技术的应用走向普及。
VHDL 语言是EDA的关键技术之一，它采用自顶向下的设计方法，完成系统的整体设计。
关键词EDA、可编程逻辑器件、计数器、显示器、彩灯控制器目录（页码）一、概述 (5)二、八路彩灯控制系统的实现 (5)1 功能描述 (5)2 设计原理 (5)三、模块设计及功能 (6)1 分频器 (6)2 状态机 (8)3 三选一数据选择器 (9)4 七段译码器 (10)四程序下载与实现 (11)1下载 (11)2 硬件测试 (11)五、心得体会 (11)课程设计任务书课题名称十六路彩灯控制器设计完成时间10.11.30指导教师崔瑞雪职称学生姓名关璐班级B08221总体设计要求和技术要点用给定IC设计、安装与调试彩灯控制器,具体要求如下:（1）控制器有四组输出,每组至少能驱动四只LED。
（2）设计用十六只LED组成的彩灯图案。
图案的状态变换至少有三种,并且能定时自动切换。
（3）彩灯图案状态变换的速度至少有快、慢两种。
（4）安装并调试彩灯控制器。
工作内容及时间进度安排(1)做出概括的总框架，作出具体的课设安排于11月17号。
数字电路实现循环彩灯
3.3 计数器控制电路
用计数器74LS161的16进制同步计数器来转换 脉冲信号用来控制彩灯的奇偶显示方式。计数状 态从0000---1111.其电路图如下所示
❖3.4 译码驱动电路
用74154译码74LS161计数器产生的信号驱 动彩灯的显示，74LS154是4线—16线译码器。 其功能表如下图所示。电路如下图所示
RD是复位端,当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接 Vcc。Vco是控制电压端，在不接外加电压时，通常接0.01uF的 电容器到地，起滤波作用，已消除外来干扰。T为放电管，当T 导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。
555定时器的功能表和设计所使用的振荡电路如 下图所示
仿真电路结果如下图所示
它有两个电压比较器，一个基本 RS触发器，一个放电开关T，比较 器的参考电压由3个5K的电阻器构 成分压，它们分别使高电平比较器 C1的同相比较端和低电平比较器C2 的反相输入端的参考电平2/3Vcc和 1/3Vcc。C1和C2的输出端控制RS触 发器状态和放电管开关状态。当输 入信号输入并超过2/3Vcc时，触发 器复位，555的输出端3脚输出低电 平，同时放电，开关管导通；当输 入低于1/3Vcc时，触发器置位， 555的3脚输出高电平，同时放电， 开关管截止.
2.1 分析系统的功能,画出其原理框图 循环彩灯电路原理框图如下图1所示，它由振荡
器激励电路、分频电路、计数电路、译码驱动电路、 显示电路五部分构成。
振荡器激励电路 分频电路
显示 电路
计数器控制 电路
译码驱 动电路
❖ 3 各功能电路的实现
3.1 振荡电路
主要用来产生脉冲信号。此次设计采用 555定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下 一级的时钟信号。其内部结构图和引脚图如下 所示。
基于vhdl语言的十六路彩灯控制器设计说明书
1 引言VHDL(Very Higll Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)即超高速集成电路硬件描述语言。
它是20世纪70年代和80年代初由美国国防部为其超高速集成电VHSIC计划提出的，支持硬件的设计、综合、验证和测试，主要用于描述数字系统的行为、结构、功能和接口[1]，也是一种应用较为广泛的HDL语言，能对范围广泛的各种复杂的网络（如电路系统、印刷电路板、芯片、逻辑门等）在不同的抽象级加以描述，而且在整个设计过程中可使用同一种语言。
采用VHDL作为HDL综合设计的优点有：标准语言，即设计者可在不同的环境（例如MAX PLUS II）下进行设计；仿真和综合均可采用同一种语言进行；VHDL中提供的大量的模块资源，简化了设计者的开发工作；由VHDL描述的源文件既是程序软件又可作为设计的文档。
每当夜幕降临，街上的彩灯便发出形态各异、色彩斑斓的耀眼光芒，尤其是节假日，主要干道更是彩灯齐放，烘托出浓厚的节日气氛．现代舞台上彩灯的闪烁越发引人注目，更容易使人陶醉在欢乐的海洋中．彩灯装置多种多样[2]，本文在设计中采用EDA技术，应用目前广泛应用的VHDL硬件电路描述语言，实现十六路彩灯控制器的设计，利用MAXPLUS II集成开发环境进行综合、仿真，并下载到CPLD可编程逻辑器件中，完成系统的控制作用。
1.1课程设计背景随着电子技术的发展, 应用系统向着小型化、快速化、大容量、重量轻的方向发展，EDA (Electronic Design Automatic) 技术的应用引起电子产品及系统开发的革命性变革。
VHDL 语言作为可编程逻辑器件的标准语言描述能力强, 覆盖面广，抽象能力强, 在实际应用中越来越广泛。
在这个阶段，人们开始追求贯彻整个系统设计的自动化，可以从繁重的设计工作中彻底解脱出来，把精力集中在创造性的方案与概念构思上，从而可以提高设计效率，缩短产品的研制周期。
16路循环彩灯控制器
南华大学电气工程学院《电子技术课程设计》任务书设计题目：16路循环彩灯控制器专业：本11通信01班学生姓名: 周世闻学号：***********起迄日期:2013年12月9日~2013年12月20日****:***教研室主任：王彦课程设计目录一、内容摘要及关键词 (3)二、课程设计任务书 (5)三、课程设计方案及结构框图 (7)四、课程设计原理 (8)五、各单元电路的设计、计算及说明 (8)六、课题整体电路图 (13)七、芯片功能及其原理介绍 (14)八、所用元器件清单 (24)九、课程设计的心得体会 (25)十、参考文献 (26)摘要数字电路是一门专业的基础课程，它具有很强的理论性与十分广泛的工程应用，本次课程设计的主要目的是掌握数字电子技术的一些基础知识，能够在一定程度上应用数电子技术的相关知识解决实际问题。
此次的课程设计是十六路循环彩灯控制器，此电路由四部分组成。
如下：第一部分是由555计时器组成的信号发生器，控制频率的变化；第二部分是由74HC163计数器组成的计数部分，其时钟信号由555计时器提供；第三部分是由74HC154译码器组成的，计数器输出不同的计数结果，即可控制译码器译码得到不同的输出信号，决定彩灯的循环变化。
如果使得计数器的控制端输入不同的控制信号，进行不同的计数，则在输出端可见不同的彩灯循环输出。
而最后一部分则主要是由十六个彩灯构成的输出显示部分，显示在输入的信号不同时的输出结果，方便得出实验结果，进行此次实验设计的总结。
关键词：555计时器、74HC163计数器、74HC154译码器、ＬＥＤ彩灯、控制器、原理。
summaryDigital circuit is a professional foundation courses,it has a strong theoretical and very extensive engineering applications,the main purpose of this course is to master the design of digital electronic technology some of the basics, to a certain extent, the number of electronic technology applications relevant knowledge to solve practical problems.The curriculum is designed Sixteenth Street cycle lantern controller, this circuit consists of four parts.The first part is composed of the timer signal generator 555 controls the frequency change;The second part is composed of counting in part by the 74HC163 counter, the clock signal is provided by a 555 timer;The third part is a 74HC154 decoder composed of different counting result of the counter output, the decoder can control an output signal obtained by decoding a different decision cycling lantern.If the control of the counter so that the different control input signal, a different count, the type seen at the output cycle of the output lights.The last part is mainly constituted by the output of the sixteen lights display section not shown in the input signal while the output of a convenient experimental results obtained, the summary of the experimental design.Key words:555 control、74HC163 counter、74HC154 decoder、LED lights、controller、principle。
彩灯循环的设计
16*16LED点阵循环彩灯的设计一、设计内容设计一个16*16LED点阵组成的彩灯图案。
图案的花样模式至少有4种，每种花样模式自动进行切换，轮流交替循环，循环的周期分为快慢两种节拍，快节拍的循环时间为1秒，慢节拍的循环时间为16秒，并能手动或自动切换节拍。
图案模式：图案1：实现16*16LED点阵的16行同时从上往下依次点亮，全亮后16行又同时从下往上依次熄灭。
图案2：实现16*16LED点阵的16行同时由中间到两边对称地依次点亮，全部点亮后，仍由中间向两边对称的依次熄灭。
图案3：实现16*16LED点阵的16行分两半，每半边从上往下顺次点亮，全亮后再从下往上顺次熄灭。
图案4：实现16*16LED点阵的16行分上下两部分，每部分先全亮然后每部分从中往上下间依次熄灭，全熄灭后每部分再从上下往中间依次亮起。
二、设计原理图控制器的引脚功能图如图所示。
其中：CLK为16Hz时钟输入端，DISCLK为扫描时钟输入端；K为快慢节拍选择开关，L[15..0]为行驱动信号输出；SELOUT[3..0]为列选信号输出。
以图案1为例说明其工作原理：实现16*16LED点阵的16行同时从上往下依次点亮，全亮后16行又同时从下往上依次熄灭。
列选信号：采用与7段数码管的位选信号一样的处理方法，即列扫描信号频率大于24Hz。
行驱动信号：可以采用移位的方法，可先定义一个16位的信号，若最高位置为‘1’，我们采用右移的方法，使每一位都置‘1’，这就实现依次点亮；当第0位也置‘1’后，给第0位置‘0’，再采用左移的方法将每一位又重新置‘0’，这样就实现了反相依次熄灭，等第15位为‘0’时，又重新开始，以此循环。
三、实验连线DISCLK----79，扫描时钟，接CLK1CLK----78，16Hz脉冲，接CLK4SEL[3..0]----44~47,分别接显示模块SEL3，SEL2，SEL1，SEL0L [15..0]----111~132,分别接显示模块的L0~L15四、实验器材PC机一台；EDA实验开发箱一个；下载电缆一根；导线若干。
16路彩灯循环控制电路设计
南京工程学院课程设计说明书（论文）题目 16路彩灯循环控制电路设计课程名称数字电路课程设计院（系、部、中心）专业班级学生姓名学号设计地点指导教师设计起止时间：2010年月日至2010年月日一、设计目的1、学会了将一个实际情况电路抽象为逻辑电路的逻辑状态的方法。
2、掌握计数、译码、显示综合电路的设计与调试方法。
3、掌握实际输出电路不同要求的实现方法。
4、熟悉Max+plusⅡ软件运行环境，并了解其里面的各部分。
二、设计任务设计16路彩灯循环控制电路，使得该电路彩灯循环显示频率快慢可调，控制器，具有多路输出，彩灯由发光二极管模拟替代。
根据不同的控制信号进行不同的计数，再通过译码器电路，得出不同的彩灯循环控制结果。
还需满足彩灯的闪烁按一定的规则变化（三种以上）；电路有复位控制；设定彩灯的闪烁的时间。
三：设计步骤1.局部电路图详解：I.彩灯信号输出部分：为实现16路彩灯输出，本案例选用两块集成电路译码器74138进行控制信号的输出。
A、B、C为3个输入，有8种组合，即可输出彩灯的8路，使用两块74138即可实现16路彩灯信号输出。
设定第一块74138输出的灯为L1~L8，第二块为L9~L16。
II．两块74151对74138进行控制的原理详解：本案中采用了两块集成电路数据选择器74151，用以对两块译码器进行控制，达到实现多种亮法的目的。
这一块74151中，A、C、GN接地，B接全电路的一个开关EN（工作时置1），所以当工作时，此块74151的输出Y恒为0，WN恒为1，这使得两块74138的各有部分控制借口处于工作状态。
这一块74151中，输出端WN悬空；Y的输出结果由输入端B控制，而B即是本电路的亮法控制按钮INPUT2；当input2置0时，Y输出结果为D0，D0即是计数器74161的QD输出端；当input2置1时，Y=D2，D2是74161 QD的反信号。
III.计算机74161对电路亮法的驱动与控制：本案采用一块集成计数器74161进行信号的脉冲激励和对两块74138的控制以实现不同亮法的控制。
正文路循环彩灯控制电路的设计
16路循环彩灯设计报告一、课程设计的目的1、巩固和加强《数字电子技术》课程的理论知识。
2、掌握电子电路的一般设计方法，了解电子产品研制开发过程。
3、掌握电子电路安装和调试的方法及其故障排除方法，学会用ewb软件或multisim软件对电路仿真。
4、通过查阅手册和文献资料，培养独立分析问题和解决问题的能力。
5、培养创新能力和创新思维。
二、任务的描述用中规模集成电路实现节日彩灯控制电路，主要用计数器、译码器、数据分配器和移位寄存器等芯片集成，本次设计特点是用双色发光二极管，能发出红色和绿色两种色光。
有以下四种演示花型：花型1： 16路彩灯同时亮灭,亮、灭节拍交替进行。
花型2：16路彩灯每次8路灯亮，8路灯灭，且亮、灭相间，交替亮灭。
花型3：16路彩灯先从左至右逐路点亮，到全亮后再从右至左逐路熄灭，循环演示。
花型4：16路彩灯分成左、右8路，左8路从左至右逐路点亮、右8路从右至左逐路点亮，到全亮后，左8路从右至左逐路熄灭，右8路从左至右逐路熄灭，循环演示。
要求彩灯亮、灭一次的时间为2秒，每256秒自动转换一种花型。
花型转换的顺序为：花型1、花型2、花型3、花型4，演出过程循环演示。
三、设计任务分析根据任务要求，可将这次任务分成两部分，一部分是输出部分即数据子系统，可用移位寄存器实现外加一个定时器；另一部分是控制电路部分要用数据选择器。
四、具体设计过程的描述根据彩灯的亮灭规律，为了便于控制，决定采用移位型系统方案，即用移位寄存器模块的输出驱动彩灯，彩灯亮、灭和花型的转换通过改变移位寄存器的工作方式来实现。
16路彩灯需要移位寄存器模块的规模为16位，但为了便于实现花型4的演示花型，将其分为左、右两个8位移位寄存器模块LSR8和RSR8。
由于彩灯亮、灭一次的时间为2秒，所以选择系统时钟CLK的频率为0．5Hz，使亮灭节拍与系统时钟周期相同。
此时，256秒花型转换周期可以用一个模128的计数器对CLK脉冲计数来方便地实现定时，定时器模块取名为T256S。
16路循环彩灯课程设计
16路循环彩灯课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解16路循环彩灯的基本电路原理，掌握相关电子元件的功能和使用方法。
2. 学生能运用编程软件，编写并优化16路循环彩灯的控制程序。
3. 学生了解彩灯在生活中的应用，掌握相关安全知识。
技能目标：1. 学生能独立完成16路循环彩灯的组装和调试，提高动手实践能力。
2. 学生通过编程实践，提升逻辑思维和问题解决能力。
3. 学生能够进行团队合作，共同完成项目任务，培养沟通协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生对电子技术和编程产生兴趣，激发学习热情，树立科技创新意识。
2. 学生在项目实施过程中，体验成功的喜悦，增强自信心和自主学习能力。
3. 学生关注彩灯在节能环保方面的应用，培养环保意识和可持续发展观念。
本课程针对初中生设计，结合学生的年龄特点和认知水平，注重实践性和趣味性。
课程内容紧密联系教材，旨在提高学生的电子技术和编程能力，同时培养良好的团队合作精神和科技创新意识。
通过具体的学习成果分解，教师可以更好地进行教学设计和评估，确保课程目标的达成。
二、教学内容本课程教学内容分为以下三个部分，确保学生能够系统地掌握16路循环彩灯的制作与应用。
第一部分：基本电路原理及元件功能（1课时）1. 深入学习教材中有关电路基础知识，理解电路的基本原理。
2. 介绍16路循环彩灯所涉及的电子元件，如电阻、电容、二极管、集成电路等，并分析各元件的功能。
第二部分：编程控制与优化（2课时）1. 学习编程软件的使用，掌握基本的编程语法和逻辑。
2. 结合教材内容，编写16路循环彩灯的控制程序，并学会优化程序，提高彩灯显示效果。
第三部分：实践操作与团队协作（2课时）1. 学生分组进行16路循环彩灯的组装、调试和优化。
2. 教材中相关实践操作案例的分析，指导学生解决实际操作过程中遇到的问题。
3. 培养学生团队合作精神，共同完成彩灯制作任务。
教学内容按照教材章节进行合理安排，注重理论与实践相结合。
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16路循环彩灯设计报告
一、课程设计的目的
1、巩固和加强《数字电子技术》课程的理论知识。
2、掌握电子电路的一般设计方法，了解电子产品研制开发过程。
3、掌握电子电路安装和调试的方法及其故障排除方法，学会用ewb软件或multisim软件对电路仿真。
4、通过查阅手册和文献资料，培养独立分析问题和解决问题的能力。
5、培养创新能力和创新思维。
二、任务的描述
用中规模集成电路实现节日彩灯控制电路，主要用计数器、译码器、数据分配器和移位寄存器等芯片集成，本次设计特点是用双色发光二极管，能发出红色和绿色两种色光。
有以下四种演示花型：
花型1： 16路彩灯同时亮灭,亮、灭节拍交替进行。
花型2：16路彩灯每次8路灯亮，8路灯灭，且亮、灭相间，交替亮灭。
花型3：16路彩灯先从左至右逐路点亮，到全亮后再从右至左逐路熄灭，循环演示。
花型4：16路彩灯分成左、右8路，左8路从左至右逐路点亮、右8
路从右至左逐路点亮，到全亮后，左8路从右至左逐路熄灭，右8路从左至右逐路熄灭，循环演示。
要求彩灯亮、灭一次的时间为2秒，每256秒自动转换一种花型。
花型转换的顺序为：花型1、花型2、花型3、花型4，演出过程循环演示。
三、设计任务分析
根据任务要求，可将这次任务分成两部分，一部分是输出部分即数据子系统，可用移位寄存器实现外加一个定时器；另一部分是控制电路部分要用数据选择器。
四、具体设计过程的描述
根据彩灯的亮灭规律，为了便于控制，决定采用移位型系统方案，即用移位寄存器模块的输出驱动彩灯，彩灯亮、灭和花型的转换通过改变移位寄存器的工作方式来实现。
16路彩灯需要移位寄存器模块的规模为16位，但为了便于实现花型4的演示花型，将其分为左、右两个8位移位寄存器模块LSR8和RSR8。
由于彩灯亮、灭一次的时间为2秒，所以选择系统时钟CLK的频率为0．5Hz，使亮灭节拍与系统时钟周期相同。
此时，256秒花型转换周期可以用一个模128的计数器对CLK脉冲计数来方便地实现定时，定时器模块取名为T256S。
将整个系统分为数据子系统和控制子系统，根据它们各自的不同功能划分，上述两个8位移位寄存器模块LSR8、RSR8和256秒定时器模块T256S 显然属于数据子系统，实现数据子系统操作控制功能的部分即为控制子系统，控制器模块取名为CONTR。
为了方便操作，设置一个加电后的手工复位信号RST。
当RST有效时，
将控制器模块CONTR置于合适的初始状态，使其从花型1开始演示；同时将定时器模块T256S异步清0，使计时电路一开始就能正常工作。
循环彩灯的整体结构框图如下图所示：
图表 1循环彩灯整体结构框图
框图中，CO为定时器模块T256S的时间到输出，实际上就是模128计数器的进位输出，当T256S处于127时，CO为1。
DR＼DL分别为移位寄存器模块的右移和左移串行数据输入端，Ml、M0为移位寄存器模块的方式控制端。
当MlM0＝00时，移位寄存器处于保持状态；当MlM0=01时，移位寄存器处于右移状态；当MlM0＝10时，移位寄存器处于左移状态；当MlM0＝11时，移位寄存器处于并行置数状态。
根据规定的彩灯亮灭规律，导出系统控制器的ASM图，如图表2系统控制器的ASM图所示。
其中，SRl6为2个8位移位寄存器模块LSR8和RSR8级联构成的16位移位寄存器，部分操作符号功能定义如下。
． SLO：将括号内指定的移位寄存器模块左移1位，右侧位移入0。
． SU：将括号内指定的移位寄存器模块左移1位，右侧位移入1。
． SR0：将括号内指定的移位寄存器模块右移1位，左侧位移入0。
． SRl：将括号内指定的移位寄存器模块右移1位，左侧位移入1。
设计控制算法时，要注意保证判别条件T0(即定时器T256S的时间到输出Co)只可能在判别它的状态下能够为1，否则，系统将不能正常工作。
由于本系统中花型1、花型2演示一遍需要2个时钟周期，花型3演示一遍需要32个时钟周期，花型4演示一遍需要16个时钟周期，而每种花型演示时间为128个时钟周期，所以，只要加电复位后控制器处于So状态，定时器处于0状态，且控制器和定时器同步工作，在每种花型的第2个状态判断T0的状态可以满足时序上的要求。
图表 2系统控制ASM图
256秒定时器模块T256S可以用两片74163级联实现，由于模为128且需要产生进位输出，所以必须将两片74163级联为128进制的程控计数器。
对于两个移位寄存器模块LSR8和RSR8，可以用74198实现。
细化数据子系统结构的控制图如下图所示：
我们可以根据循环彩灯的花型变换以及上述数据子系统列出74163的控制激励表：
LD,B1,B0,A1,A0的表达式比较复杂，我选择用数据选择器实现，其数据选
根据上述数据选择表画出循环彩灯控制电路的控制器五、设计方案的确定
六、总结
我认为自己在这次实习中收获很多。
刚拿到题目感到很无措，但自知这是课程要求，自己只能硬着头皮去做。
上网查资料，可能是自己选择的方法不对找到的资料很少，所以自己又将课本译码器、数据选择器等一些芯片的组成和工作原理看了一遍，感觉当你带着目的去看书，就会有不一样的收获，才得到足够的资料。
在确定了所选元器件后，我和同伴进行分工，我进行的是数据子系统部分相关的设计，而他则是控制子系统的相关设计。
这样的分工合作让我受益颇丰，彼此进行交流会感到从对方那里学到了不少东西。
由于是第一次使用对于有些功能还不是十分了解，对软件的应用不十分熟悉，使元件的排版和线路的布局不十分和谐。
虽然在总体过程中进行的还算顺利但还是发现自己有许多的不足。
我觉得自己对电子设计相关方面的了解所知道的真是太少了，在查资料时有时遇到的东西是自己从未听说过的，感觉自己就像个小虾在大海里游，所了解和知道的东西是那么的肤浅。
总之，这次实习培养了自己独立分析问题和解决问题的能力以及培养创新能力和创新思维。
还有通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。