数电实验报告发光二极管走马灯电路设计与实现

北京邮电大学数字电路与逻辑设计实验实验报告实验名称：发光二极管走马灯电路设计与实现学院：班级：姓名：学号：任课老师：实验日期：成绩：一．实验名称和实验任务要求实验名称：发光二极管走马灯电路设计与实现实验目的：⑴进一步了解时序电路描述方法；⑵熟悉状态机的设计方法。实验任务要求：设计并实现一个控制8个发光二极管亮灭的电路，仿真验证其功能，并下载到实验板测试。⑴单点移动模式：一个点在8个发光二极管上来回的亮；⑵幕布式：从中间两个点，同时向两边依次点亮直至全亮，然后再向中间点灭，依次往复。二．设计思路和过程设计实现过程：⑴设计的电路拥有两种功能，所以设定d_in控制输出实现两种功能，规定当d_in=0时，实现单点移动模式；当d_in=1时，实现幕布式。同时，时序电路中钟控是必不可少的，所以引入clk_in来实现钟控。最终需输出在实验板上的8个发光二极管上验证，所以输出f需设定为8端口输出，如：f:outstd_logic_vector(7downto0)。⑵单点移动模式的实现：来一个时钟沿，实现一次变化。单点移动模式需实现发光二极管来回亮，所以需定义一个16变量的数据类型。利用CASE-WHEN语句实现状态的转移。状态转移。⑶幕布式的实现：需实现发光二极管从中间两个点，同时向两边依次点亮直至全亮，然后再向中间点灭，往复。需要8变量数据类型，利用单点式中信号类型定义给状态转移。状态转移需满足：三．VHDL程序发光二极管走马灯电路VHDL程序：四．仿真波形图发光二极管走马灯电路的仿真波形图：五．仿真波形图分析⑴单点移动模式功能的仿真波形图分析：由波形可见，当控制信号d_in=0时，输出的8个端口依次出现正脉冲，波形呈现阶梯状，代表一个发光的点在8个发光二极管上来回的亮，实现了功能要求；⑵幕布式功能的仿真波形图的分析：当控制信号d_in=1时，输出的8个端口出现正脉冲的时间与脉冲的长度呈现“中间宽，两头窄”的形状，先是中间的两个灯亮，接下来是中间四个灯亮，接下来是中间六个灯亮，两旁两个灯不亮，最后全亮，接着中间六个灯亮，两旁两个灯不亮，继而循环下去，实现了幕布式的点灯方式。由图可知，该电路实现了要求的逻辑。六．故障及问题分析⑴开始设计时想到用计数器实现，导致全用case语句实现当设计电路，但是仿真是发现：不论是单点移动式还是幕布式只能实现单方向的移动，而无法进行反方向的移动。最后，查阅书籍决定改为引入类型定义语句，利用类型第一语句来完成实验，所以引进了16个信号数据类型进行状态转移。⑵电路拥有两个功能，不能同时将这两个功能实现，所以需引进控制信号来控制功能的实现。⑶引入时钟，控制状态的变化，此次的时钟的周期不用分频器来分频，利用实验板上先用的低频率时钟，可以实现发光二极管的状态变化。⑷实验的程序设计基本上问题不大，主要是要熟练掌握IF-THEN,CASE-WHEN语句等。七．总结和结论这学期的数字电路与逻辑设计实验在这一周结束了。这学期学了一门新课程，接触了关于课程的实验，我发现理论联系实际，实验验证理论的方法令人感到很满足。每次做实验都会期待这次的电路设计自己会做出一个什么东西出来。实验课结束了，回顾这几周的实验，现在的我可以很高兴的说：现在自己已经基本上掌握了数字电路的设计了。这几周的数字逻辑电路设计实验，我明白了一个重要的道理：进行实验，理论分析是十分重要的一环，只有逻辑分析透彻无误了，才能用语言进行描述，进而用硬件实现。这几次实验让我对VHDL这样一门硬件描述语言有了更加深刻的认识。同时，我也明白了做任何实验之前预习的要求是极为重要的。做好预习工作，不仅可以减少实验课上应无知而浪费的时间，还可以更深入的明白仿真实验所蕴含的原理。总的来说，数字逻辑电路与设计实验课对我的帮助真的很大。我更加深刻的理解了理论课上老师所教授的知识，同时对于自己能够将理论知识运用到实验中感到十分高兴，相信下学期的数字逻辑电路与设计实验将会带给我更多新奇与经验。