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：
发光一极官走马灯电路设计与头现
学
院:
班
级:
姓
名:
学
号:
任课老师：
实验日期：
成
绩:
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。
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」n控制 输出实现两种功能，规定当 d」n =0时，实现单
点移动模式；当d」n =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, 女口： f:out std_logic_vector(7 downto 0) 。
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-WHE语句实现状态的转移。状态转移TTT …T-T ... T⑶ 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：TT …TT TVHDL程序
发光二极管走马灯电路VHDI程序:
1 library leee;
2. 二二= re ■ std lacxc; 11 € 1 ■ a 11 r
3 \ise Leee . std lcgic unsigned, all;
弓
E ■ entity color 1 aicp ±a
Sport (
: in svd._lc?iG；
R d^in r in ?td_loqi.c:;
9 f:out std lcgic vectorp downto 0)};
10
snd color_airf；
11
12
Q architecture a 匚￡ colorlaKp is
13
Q type all scace la (3Qf
14
310f 31丄F鼻3丄攻r 215):
15
s丄gnal state:all atate;
16
■ begm
17
Sprocess(elk in}
IB
begm
5 if ( ellr in1 eTZEnt and ulZ in=11. 1 ) then
20
Hif (d 1 n=1 0 1 ) then
21
S case state 二m
22
<hen g0=> svate<—al;f<=nC DC 0< OZC";
23
when aZ=> stavef<=wGOGQ?'OLQn；
巧
-.：nen 32=> svaue^=a3；r^="Q9OQ0iOQ";
25
v?ien a3=> state<^54; ￡<-;
26
whe^ 3^=> svate<=35;f<=wOQG10QOO";
27
when a5-> 3tate<—￡<-;
28
whe^ b6"> 3tate<?s7;f<?;
303132333435裁37383S4Cwizen =7—> 日仁f<-"LC'DOOOOG">wnen
30
31
32
33
34
35
裁
37
38
3S
4C
wizen =7—> 日仁f<-"LC'DOOOOG">
wnen
wrzen
3^=> state<=s9； r<=r, D1CQDOOO"； s9=> 3tate<=510;￡<=;
510 = >
511=>
51 2=>
3tate<=311; f<=rr00 3 10?0 j": f<=rTTnnr.r tq -trt: at ate<=313ff<=n QOQ 00 LOO n;
wrier.
wnen whe^ end case; "d i￡;
3匸鼻匸亡弋=3二3；工弋二” ?0_"；
si ^=?- ovhers=> ntate<=sO;f<="0OQOQOOl";
^2
^3
￡5
46
张
50
51
52
53
54
Q case suatm is
when s0=>3tate<=sl;f<="00011COO*;
when 31">3ta匸览
when s2=>fltat&<=33;f<-;
WhMD ?3:=>HtHt：P< = H4 ; f<=" J * 1 ;: 1 11 "；
when □4->otate<-aS ;￡<i-n0111111Qn;
when =5->5tate<-36;￡<-"Q0111100_;
whan s^=>3tate<=s7；￡<="QOOHQOOH;
when 盘丁=>日匸且匸豐V■且。;f<=;
whan others "> state<"s0; f<?nOOOHOOOTT; end case;
end i￡;
end if;
55 end process;
弓右 end a;
仿真波形图
发光二极管走马灯电路的仿真波形图:
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」n=O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」n=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。
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-WHE语句等。
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 VHDI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。
相关热词搜索： 走马灯 电路设计 实验 报告