LED點燈實驗報告LED點燈實驗報告華中科技大學電信提高班1101一．實驗目的：設計多種方案點亮DE2開發(fā)板上的LED燈，熟悉使用DE2開發(fā)板。二．方案設計：方案一：設計一個計數(shù)器，通過計數(shù)器輸出十進制數(shù)值的奇偶性來控制LED燈的亮與暗Step1：設計一個計數(shù)規(guī)律為4-5-6-7-8-9-4-5-6-7-8-9-4....的計數(shù)器1.設計分頻電路該電路的作用是把一個頻率為50MHz的電源分頻為1Hz的電源。該設計電路我在quartus上，采用verilogHDL語言實現(xiàn)。源代碼如下截圖：1/16

LED點燈實驗報告說明：分頻器的源代碼截圖然后將這段代碼生成一個元件，如下圖，其中有一個50MHz的輸入端口，有一個1Hz的輸出端口。說明：生成的分頻器元件說明：In：輸入脈沖頻率（50MHZ）Out：輸出脈沖頻率（1HZ）2.設計計數(shù)電路計數(shù)電路通過芯片74191實現(xiàn)，由于在計數(shù)器到9時重新由4開始計數(shù)，因此在QDQCQBQA輸出為1010的時候，反饋給74191的載入端子，使其重新載入DCBA=0100，開始計數(shù)。在quartus上設計的電路如下圖，其中Lab05元件為七段顯示譯碼器件，用于接入發(fā)光二極管，從而比較直觀地驗證結果。LED點燈實驗報告（4-9計數(shù)，譯碼電路）（電路引腳分配截圖）該電路點亮LED燈的方法是：十進制計數(shù)輸出為奇數(shù)是，LED燈亮，輸出為偶數(shù)時，LED燈滅，電路在DE2開發(fā)板實現(xiàn)的結果錄像在附件中。方案二：模仿交通燈的設計，控制紅色和綠色的LED燈的亮與滅該方案是通過一盞紅色LED燈和綠色LED燈來簡易地模仿交通燈的設計，其基本原理是：在一定時間內(nèi)顯示紅燈，然后開始倒計時，過了一定時間后，就顯示一段時間的綠燈，再倒計時，然后重新顯示紅燈。在這個實驗中我簡化了交通燈的模型，紅燈和綠燈的倒計時間一樣，都設定為8秒，即計時器顯示為8-7-6-5-4-3-2-1-8-7-6-5-4-3-2-1......于是，應該先做一個模八的倒計時計數(shù)器，這個功能我通過芯片74191完成。而紅燈綠燈的切換顯示我通過一個JK觸發(fā)器完成，其余的主要是為實現(xiàn)模為8服務，在quartus上連接的電路如下截圖所示：LED點燈實驗報告（紅綠燈模擬電路連線）實驗測試結果應該為每次倒計時8到1的時候，都只會有一盞燈亮，然后到下一個8到1倒計時的時候，就會換成另一種顏色的LED燈亮，而原來亮的LED燈會滅掉。在DE2開發(fā)板上的實現(xiàn)詳見附件：方案三：模仿射擊小游戲中的子彈發(fā)射過程，控制18盞紅色LED燈和2盞綠色LED燈的亮與滅如今假設從右往左開槍射擊，特別地用兩盞綠色LED燈代表槍頭，每次綠色LED燈亮就代表開槍射擊，用兩盞發(fā)光的紅色LED燈代表射出的槍彈，開槍后槍彈從右往左運動，設計中用兩盞發(fā)光的紅色LED燈從右往左運動代表。那么通過電路設計，可以模擬出射擊小游戲中的槍彈射擊過程。設計電路中，使用了一個使50MHz分頻成12Hz的分頻器，是通過verilog代碼編寫的分頻元件，其verilog代碼如下截圖所示：LED點燈實驗報告（50MHz-12Hz分頻器代碼截圖）然后通過芯片7490構成一個0-9的計數(shù)器，然后把計數(shù)器的輸出，作為數(shù)據(jù)選擇器的輸入，電路中我使用的芯片為7442數(shù)據(jù)選擇器芯片，然后把數(shù)據(jù)選擇器的每個輸出端口連接到相鄰的兩個LED燈上去，就完成了簡化后的“子彈發(fā)射”模型。由于數(shù)據(jù)選擇器的輸出是高電平，因此在7442芯片的輸出都加了一個非門把電平置反。實驗設計電路如圖所示：（“子彈發(fā)射”模型設計電路）在DE2開發(fā)板上的測試成果詳見附件中的視頻，部分截圖如下所示：LED點燈實驗報告方案四：設計一個四比特移位器，利用移位器控制四盞LED燈的亮與暗Step1：運用verilogHDL設計4to1的數(shù)據(jù)選擇器

LED點燈實驗報告當S0=1，S1=0時，F(xiàn)為W1；當S0=0，S1=1時，F(xiàn)為W2；當S0=1，S1=1時，F(xiàn)為W3；圖二Step2：設計一個移位器通過分析得到如下輸出表格：LED點燈實驗報告S0F3F2F1F0通過端口00110101X3X2X1X0X2X1X0X-1X1X0W0W1W2W3X0X-1X-2X-3X-1X-2因此，用四個4-to-1數(shù)據(jù)選擇器，分別作為F3，F(xiàn)2，F(xiàn)1，F(xiàn)0的輸出，容易看出，輸出F3的選擇器W0應該連接X3，W1端口應該連接X2，W2端口應該連接X1，W3端口應該連接X0。以此類推，就能弄清楚每個端口應該連接哪一個輸入端子。通過連接，得到如下的電路圖，如圖三：圖三Step3：測試運用DE2的LEDR燈，高電平發(fā)光，低電平不發(fā)光的特性，用作測試工具測試的時候，是根據(jù)如下圖分配引腳的：（圖四）LED點燈實驗報告圖四以下表格為數(shù)據(jù)測試表格，其輸入和輸出的真值關系如下表：X31X20X10X01X-1X-2X-3S1S01F30F20F11F0110000101110010101010111010000111001110110100101101110110然后根據(jù)上述表格的輸入，在DE2板上得到輸出結果，如下圖所示，其中F3，F(xiàn)2，F(xiàn)1，F(xiàn)0分別代表前四個LED燈的亮暗情況，1為燈亮，0為燈滅：（上表的第一種情況，三、四燈亮)LED點燈實驗報告（上表的第三種情況，燈全滅)（上表的第四種情況，二、四燈亮)（上表的第五種情況，二、三燈亮)方案五：模仿五進制計數(shù)器，一盞燈為個位計數(shù)指示燈，另一盞燈為進位指示燈輸入為一個500MHz的時間脈沖，通過分頻器使之輸出1Hz的時間脈沖，使用這個1HZ的時間脈沖點亮一盞LED燈，然后通過芯片7490，使用5進制計數(shù)器，在最高位QD端子輸出脈沖，和時間脈沖進行一次與運算，就可以得到一個和時間脈沖高電平時間相同的高電平，把它作為第二盞LED燈的點亮脈沖。通過時間脈沖點亮一盞LED燈，用頻率為時間脈沖頻率的五分之一的脈沖點亮另一盞LED燈。設計的邏輯電路圖如下：LED點燈實驗報告（邏輯電路圖）（兩盞LED燈的波形圖）該方案實現(xiàn)的結果已經(jīng)用視頻進行展示，詳見附件。方案六：模仿霓虹燈的設計，使兩盞LED燈交替閃亮（邏輯電路圖）（引腳分配截圖）LED點燈實驗報告方案七：模仿學生寢室亮燈的設計，通過開關來控制LED燈的亮與滅樓管總開關學生寢室開關燈001101010001現(xiàn)在我假設有四間學生寢室，于是就有四盞燈需要點亮，由以上真值表可以畫出電路圖：（寢室點燈電路設計圖）（引腳分配圖）在DE2開發(fā)板上實現(xiàn)的仿真如下圖所示，其中，從右數(shù)起第五個開關代表樓管開關，其余四個分別為四個寢室的開關。測試結果如下圖所示：LED點燈實驗報告這里我設計的電路是一個三位二進制數(shù)值的奇偶校驗電路，當輸入的二進制數(shù)值a0a1a2是奇數(shù)的時候（即有奇數(shù)個1），LED燈就會發(fā)光，當輸入的二進制數(shù)值a0a1a2是偶數(shù)的時候（即有偶數(shù)個1），LED燈就不發(fā)光。輸入與輸出的真值表如下所示：a000001111a100110011a201010101output01101001于是，通過卡諾圖化簡法，可以得出output和a0a1a2的邏輯表達式。于是使用了異或門設計了如下奇偶校驗電路，通過輸出的高低電平，控制LED燈的亮與暗：（奇偶校驗電路設計圖）通過DE2開發(fā)板，測試的結果如下圖所示：方案九：直接從DE2開發(fā)板中使用高電平點亮LED燈這種方案是利用了DE2開發(fā)板多功能仿真的特點，直接在設計電路中給輸出接上一個高電LED點燈實驗報告平，然后輸出接上一個紅色LED燈，從而使燈點亮。該方案比較簡單，但是充分體現(xiàn)了quartus軟件的仿真模擬功能以及DE2開發(fā)板對電路設計強大的仿真，模擬以及實現(xiàn)的功能。

LED點燈實驗報告（高電平點亮LED燈電路設計圖）在DE2開發(fā)板上的測試結果如下截圖顯示：通過設計輸入輸出電路，然后輸入接到DE2開發(fā)板的開關引腳，輸出接到一盞紅色LED燈上，就可以實現(xiàn)通過開關控制LED燈的亮與暗。設計電路如下圖：（開關控制LED燈亮暗實現(xiàn)電路以及引腳分配截圖）在DE2開發(fā)板上的測試結果如下截圖所示：之所以在這里列出方案八方案九這兩種最簡單的控制LED燈亮暗的方法，是因為我之前的七個方案都是基于這兩種方案拓展出去，添加別的設計從而點亮LED燈的。可以說方案八和方案九是我所有點燈方案的基礎和根本，因此，我在這里把它們羅列出來。LED點燈實驗報告三．實驗總結1.通過這次的完成LED燈點亮設計，使我對DE2開發(fā)板的開發(fā)與使用更加熟悉了。通過軟件可以輕易模擬出電路