数电实验报告发光二极管走马灯电路设计和实现

北京邮电大学

数字电路和逻辑设计试验

试验汇报

试验名称： 发光二极管走马灯电路设计和实现

学 院：

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任课老师：

试验日期：

成 绩：

试验名称和试验任务要求

试验名称：发光二极管走马灯电路设计和实现

试验目标： = 1 \* GB2 ⑴深入了解时序电路描述方法；

= 2 \* GB2 ⑵熟悉状态机设计方法。

试验任务要求：

设计并实现一个控制8个发光二极管亮灭电路，仿真验证其功效，并下载到试验板测试。

= 1 \* GB2 ⑴单点移动模式：一个点在8个发光二极管上往返亮；

= 2 \* GB2 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．设计思绪和过程

设计实现过程： = 1 \* GB2 ⑴ 设计电路拥有两种功效，所以设定d_in控制 输出实现两种功效，要求当 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，所以引入clk_in来实现钟控。最终需输出在试验板上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:out std_logic_vector(7 downto 0)。

= 2 \* GB2 ⑵ 单点移动模式实现：来一个时钟沿，实现一次改变。单点移动模式需实现发光二极管往返亮，所以需定义一个16变量数据类型。利用CASE-WHEN语句实现实状况态转移。状态转00000010…01000000→…

= 3 \* GB2 ⑶ 幕布式实现：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：

00111100→…01111110→00011000 QUOTE00111100→…01111110→00011000

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仿真波形图：

五．仿真波形图分析

= 1 \* GB2 ⑴单点移动模式功效仿真波形图分析：

由波形可见，当控制信号d_in=0时，输出8个端口依次出现正脉冲，波形展现阶梯状，代表一个发光点在8个发光二极管上往返亮，实现了功效要求；

= 2 \* GB2 ⑵幕布式功效仿真波形图分析：

当控制信号d_in=1时，输出8个端口出现正脉冲时间和脉冲长度展现“中间宽，两头窄”形状，先是中间两个灯亮，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，最终全亮，接着中间六个灯亮，两旁两个灯不亮，继而循环下去，实现了幕布式点灯方法。由图可知，该电路实现了要求逻辑。

六．故障及问题分析

= 1 \* GB2 ⑴开始设计时想到用计数器实现，造成全用case语句实现当设计电路，不过仿真是发觉：不管是单点移动式还是幕布式只能实现单方向移动，而无法进行反方向移动。最终，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试验，所以引进了16个信号数据类型进行状态转移。

= 2 \* GB2 ⑵电路拥有两个功效，不能同时将这两个功效实现，所以需引进控制信号来控制功效实现。

= 3 \* GB2 ⑶引入时钟，控制状态改变，此次时钟周期不用分频器来分频，利用试验板上先用低频率时钟，能够实现发光二极管状态改变。

= 4 \* GB2 ⑷试验程序设计基础上问题不大，关键是要熟练掌握IF-THEN, CASE-WHEN 语句等。

七．总结和结论

这学期数字电路和逻辑设计试验在这一周结束了。这学期学了一门新课程，接触了相关课程试验，我发觉理论联络实际，试验验证理论方法令人感到很满足。每次做试验全部会期待这次电路设计自己会做出一个什么东西出来。试验课结束了，回顾这几周试验，现在我能够很快乐说：现在自己已经基础上掌握了数字电路设计了。

这几周数字逻辑电路设计试验，我明白了一个关键道理：进行试验，理论分析是十分关键一环，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。这几次试验让我对VHDL这么一门硬件描述语言有了愈加深刻认识。

同时，我也明白了做任何试验之前预习要求是极为关键。

做好预习工作，不仅能够降低试验课上应无知而浪费时间，还能够更深入明白仿真试验所蕴含原理。

总来说，数字逻辑电路和设计试验课对我帮助真很大。我愈加深刻了解了理论课上老师所教授知识，同时对于自己能够将理论知识利用到试验中感到十分快乐，相信下学期数字逻辑电路和设计试验将会带给我更多新奇和经验。