FPGA课程设计
——8路彩灯控制程序
XXXX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.