LED点灯实验报告

LED 点灯实验报告

华中科技大学电信提高班1101

一．实验目的：

设计多种方案点亮DE2开发板上的LED灯，熟悉使用DE2开发板。二．方案设计：

方案一：设计一个计数器，通过计数器输出十进制数值的奇偶性来控制LED灯的亮与暗

Step1：设计一个计数规律为4-5-6-7-8-9-4-5-6-7-8-9-4....的计数器

1. 设计分频电路

该电路的作用是把一个频率为50MHz的电源分频为1Hz的电源。该设计电路我在quartus 上，采用verilog HDL语言实现。源代码如下截图：

说明：分频器的源代码截图

然后将这段代码生成一个元件，如下图，其中有一个50MHz的输入端口，有一个1Hz的输出端口。

说明：生成的分频器元件

说明：

In：输入脉冲频率（50MHZ）

Out：输出脉冲频率（1HZ）

2.设计计数电路

计数电路通过芯片74191实现，由于在计数器到9时重新由4开始计数，因此在QDQCQBQA 输出为1010的时候，反馈给74191的载入端子，使其重新载入DCBA=0100，开始计数。在quartus上设计的电路如下图，其中Lab05元件为七段显示译码器件，用于接入发光二极管，从而比较直观地验证结果。

（4-9计数，译码电路）

（电路引脚分配截图）

该电路点亮LED灯的方法是：十进制计数输出为奇数是，LED灯亮，输出为偶数时，LED 灯灭，电路在DE2开发板实现的结果录像在附件中。

方案二：模仿交通灯的设计，控制红色和绿色的LED灯的亮与灭

该方案是通过一盏红色LED灯和绿色LED灯来简易地模仿交通灯的设计，其基本原理是：在一定时间内显示红灯，然后开始倒计时，过了一定时间后，就显示一段时间的绿灯，再倒计时，然后重新显示红灯。在这个实验中我简化了交通灯的模型，红灯和绿灯的倒计时间一样，都设定为8秒，即计时器显示为8-7-6-5-4-3-2-1-8-7-6-5-4-3-2-1......于是，应该先做一个模八的倒计时计数器，这个功能我通过芯片74191完成。而红灯绿灯的切换显示我通过一个JK触发器完成，其余的主要是为实现模为8服务，在quartus上连接的电路如下截图所示：

（红绿灯模拟电路连线）

实验测试结果应该为每次倒计时8到1的时候，都只会有一盏灯亮，然后到下一个8到1倒计时的时候，就会换成另一种颜色的LED灯亮，而原来亮的LED灯会灭掉。在DE2开发板上的实现详见附件：

方案三：模仿射击小游戏中的子弹发射过程，控制18盏红色LED灯和2盏绿色LED灯的亮与灭

如今假设从右往左开枪射击，特别地用两盏绿色LED灯代表枪头，每次绿色LED灯亮就代表开枪射击，用两盏发光的红色LED灯代表射出的枪弹，开枪后枪弹从右往左运动，设计中用两盏发光的红色LED灯从右往左运动代表。那么通过电路设计，可以模拟出射击小游戏中的枪弹射击过程。

设计电路中，使用了一个使50MHz分频成12Hz的分频器，是通过verilog代码编写的分频元件，其verilog代码如下截图所示：

（50MHz-12Hz分频器代码截图）然后通过芯片7490构成一个0-9的计数器，然后把计数器的输出，作为数据选择器的输入，电路中我使用的芯片为7442数据选择器芯片，然后把数据选择器的每个输出端口连接到相邻的两个LED灯上去，就完成了简化后的“子弹发射”模型。由于数据选择器的输出是高电平，因此在7442芯片的输出都加了一个非门把电平置反。实验设计电路如图所示：

（“子弹发射”模型设计电路）

在DE2开发板上的测试成果详见附件中的视频，部分截图如下所示：

方案四：设计一个四比特移位器，利用移位器控制四盏LED灯的亮与暗Step1：运用verilog HDL设计4to1的数据选择器

如今我们需要的数据选择器的要求如下：

数据输入端口为：W0,W1,W2,W3，选择输入端口为S0，S1；输出为一位的F。

当S0=0，S1=0时，F为W0；

当S0=1，S1=0时，F为W1；

当S0=0，S1=1时，F为W2；

当S0=1，S1=1时，F为W3；

于是，得到的verilogHDL语句如下截图（图一）：

图一

通过这段程序所建模出来的4to1选择器元件如图二：

图二

Step2：设计一个移位器

通过分析得到如下输出表格：

S1 S0 F3 F2 F1 F0

通过端口0 0 X3 X2 X1 X0 W0

0 1 X2 X1 X0 X-1 W1

1 0 X1 X0 X-1 X-

2 W2

1 1 X0 X-1 X-

2 X-

3 W3

因此，用四个4-to-1数据选择器，分别作为F3，F2，F1，F0的输出，容易看出，输出F3的选择器W0应该连接X3，W1端口应该连接X2，W2端口应该连接X1，W3端口应该连接X0。以此类推，就能弄清楚每个端口应该连接哪一个输入端子。

通过连接，得到如下的电路图，如图三：

图三

Step3：测试

运用DE2的LEDR灯，高电平发光，低电平不发光的特性，用作测试工具

测试的时候，是根据如下图分配引脚的：（图四）

图四

以下表格为数据测试表格，其输入和输出的真值关系如下表：

X3 X2 X1 X0 X-1 X-2 X-3 S1 S0 F3 F2 F1 F0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1

1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0

1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0

1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1

1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 然后根据上述表格的输入，在DE2板上得到输出结果，如下图所示，其中F3，F2，F1，F0分别代表前四个LED灯的亮暗情况，1为灯亮，0为灯灭：

（上表的第一种情况，三、四灯亮)