数字电子电路 数电 实验报告 基于FPGA的跑马灯电路的设计

一、实验背景随着科技的不断发展，电子技术在我们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。

作为电子信息工程专业的学生，掌握电子电路的设计与制作技能是必不可少的。

本实训旨在通过制作跑马灯，让学生了解基本电子元件的原理和电路设计方法，提高学生的动手能力和创新思维。

二、实验目的1. 熟悉电子元件的使用方法和电路原理。

2. 掌握电路图的绘制和实际电路的制作。

3. 理解跑马灯的工作原理，并能够进行简单的故障排除。

4. 培养学生的团队协作能力和实践创新能力。

三、实验内容1. 基本跑马灯电路制作（1）材料准备：8个发光二极管（LED）、1个按键（K1）、1个电阻、1个面包板、1个电源、连接线等。

（2）电路连接：根据图1电路图，将LED按照顺序连接到面包板上，确保每个LED的正负极正确连接。

将按键K1连接到电路中，并设置合适的电阻以限制电流。

（3）程序编写：使用C语言或汇编语言编写程序，实现LED的顺序点亮和熄灭，模拟跑马灯效果。

2. 键控跑马灯电路制作（1）材料准备：8个发光二极管（LED）、2个按键（K1、K2）、1个电阻、1个面包板、1个电源、连接线等。

（2）电路连接：在基本跑马灯电路的基础上，增加按键K2。

按下K1时，LED按正序点亮；按下K2时，LED按倒序点亮。

（3）程序编写：在原有程序的基础上，增加按键判断逻辑，实现按键控制LED点亮顺序的功能。

3. 多功能跑马灯电路制作（1）材料准备：8个发光二极管（LED）、3个按键（K1、K2、K3）、1个电阻、1个面包板、1个电源、连接线等。

（2）电路连接：在键控跑马灯电路的基础上，增加按键K3。

按下K1时，LED按正序点亮；按下K2时，LED按倒序点亮；按下K3时，LED全部熄灭。

（3）程序编写：在原有程序的基础上，增加按键判断逻辑，实现按键控制LED点亮顺序和熄灭的功能。

四、实验结果与分析1. 成功制作出基本跑马灯电路，实现了LED的顺序点亮和熄灭。

2. 成功制作出键控跑马灯电路，实现了按键控制LED点亮顺序的功能。

基于FPGA的跑马灯的设计1、设计要求设计彩灯控制电路：（1）控制8只LED左移、右移、对移和闪烁（2）自动改变显示样式（3）自动进行周期循环2、设计过程（1）原理框图设计图1 彩灯控制器原理框图彩灯控制电路拟采用移位寄存器为核心控制彩灯，实现左移、右移、对移及闪烁功能，并通过模式译码电路改变移位寄存器的模式控制引脚，实现彩灯显示模式的自动、周期性转换。

在移位寄存器处于各种移位状态时，应在其串行移位数据输入端提供显示数据，此功能通过设计数据选通器实现。

彩灯控制电路按照预设时序循环工作，需提供状态及定时信号，此功能由状态计数器对时钟进行分频来实现。

电路时钟由EDA/SOPC实验开发系统提供，此时钟频率较高（1MHZ），因此设计时钟分频器对其进行分频，得到1Hz时钟信号。

电路中，采用74160完成时钟分频，采用74161生成状态信号，采用译码电路完成模式控制，采用74194完成左移、右移、对移及闪烁功能，采用74151完成左移、右移和对移的数据输入选通控制。

（2）电路真值表分析如表1所示。

表1 电路真值表其中：QC1和QC0为状态计数器输出的控制信号；CLK/8为对时钟进行8分频的状态计数器输出信号，CLK/32为对时钟进行32分频的状态计数器输出信号；LED4为左侧74LS194的高位输出信号，LED5为右侧74LS194的低位输出信号；为简化设计，彩灯控制器的状态计数器输出（右移、左移、闪烁）与数据选通器控制端、移位寄存器工作模式（右移、左移、置数）的控制端采用相同逻辑值编码，状态计数器的对移输出与剩余的逻辑值编码（00）相同。

（3）时钟分频器设计107分频（4）状态计数器设计采用二进制计数器74LS161设计，提供时钟的2分频作为闪烁模式的数据信号，8分频作为移位的数据信号，32分频和64分频作为移位数据信号和模式控制信号。

（5）模式译码器设计根据真值表1，经逻辑化简可得：AS=11QCAS⋅QC=+QC=1QC10QCBS⋅QC==QC+QC111QCBS=0QC（6）数据选通器设计（7）移位寄存器设计使用了两片74LS194的左移、右移和置数模式分别实现了LED灯的左移、右移、对移和闪烁。

跑马灯实验报告
实验目的，通过搭建一个简单的跑马灯电路，了解电子元件的基本原理和电路的工作方式。

实验器材，LED灯、电阻、导线、电池、开关、面包板。

实验步骤：
1. 将LED灯的正极与电池的正极通过导线连接起来，负极与电阻连接，然后再将电阻的另一端与电池的负极连接。

2. 将开关连接到电路中，使得可以通过开关控制电路的通断。

3. 将整个电路搭建在面包板上，确保连接牢固。

4. 打开开关，观察LED灯的亮灭情况。

实验结果：
经过搭建和观察，我们发现当开关闭合时，LED灯会亮起；当开关断开时，LED灯会熄灭。

通过不断地开合开关，我们可以看到LED灯会不断地亮灭，就像跑马灯一样在不同的位置闪烁。

实验分析：
跑马灯实验的原理是利用开关控制电路的通断，从而控制LED灯的亮灭。

当开关闭合时，电路闭合，电流可以流通，LED灯就会亮起；当开关断开时，电路断开，电流无法流通，LED灯就会熄灭。

通过不断地开合开关，就可以实现LED 灯的频繁闪烁，呈现出跑马灯的效果。

实验总结：
通过这个简单的跑马灯实验，我们了解了电子元件的基本原理和电路的工作方式。

同时，我们也体会到了实验中的观察和分析的重要性。

在今后的学习中，我们将进一步深入学习电子电路的知识，探索更多有趣的实验和应用。

以上就是本次跑马灯实验的实验报告，希望对大家有所帮助。

实验名称：发光二极管走马灯电路设计与实现姓名:班级:班内序号：学院：日期：一、发光二极管走马灯电路设计与实现1.实验目的(1)进一步了解时序电路描述方法；(2)熟悉状态机的设计方法。

2.实验所用仪器及元器件(1)计算机；(2)直流稳压电源；(3)数字系统与逻辑设计实验开发板。

3.实验任务与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。

(1)单点移动模式：一个点在8个发光二极管上来回的亮(2)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。

4.设计思路和过程(1)设计一个模8计数器和一个模5计数器，在输入的时钟信号的上升沿触发。

(2)对于模8计数器，当计数值达到“001”时，计数标志位设置为‘0’，进行加计数；当计数值达到“110”时，计数标志位设置为‘1’，进行减计数。

(3)模5计数器的设计思路与模8计数器相同。

(4)对于输入的控制信号，当控制信号为“1”时，利用3线至8线译码器输出控制信号，实现单点移动模式；当控制信号为“0”时，利用3线至8线译码器输出控制信号，利用其中的5个状态，实现幕布式；5.VHDL代码这是库申明和实体申明，有三个输入端分别为控制端，时钟，复位。

一个八位的输出端。

TEMP用作输出；TEMP1，TEMP2为计数器状态，用作计数器的设计FLAG1，FLAG2标记计数器的计数方式，当为1是加计数，为0时减计数。

当控制端为1时实现单点移动模式，能够自启动。

当控制端为0时实现幕布式，将TEMP的值赋给输出Q。

6.仿真波形及分析(1)仿真波形(2)波形分析由波形可见，当控制信号输入为“1”时，输出的8个端口依次出现正脉冲，代表一个发光的点在8个发光二极管上来回的亮；当输入为“0”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，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。

7.故障及问题分析（1）开始设计时没有想到用计数器实现，导致全用case语句实现当设计单点移动时正确，但当实现幕布式是导致条件有重复故改用模8计数器实现，其实单点移动可以不用计数器而直接使用case语句，但为了统一思路都改为用计数器实现。

实验报告跑马灯实验报告：跑马灯引言：跑马灯作为一种常见的室内装饰和广告展示工具，广泛应用于商场、剧院、车站等公共场所。

本实验旨在探究跑马灯的工作原理和设计过程，并通过实际搭建跑马灯模型进行验证。

一、跑马灯的工作原理跑马灯是通过一组灯泡或LED灯组成的，它们按照一定的顺序依次亮灭，从而形成连续的动态效果。

跑马灯的工作原理主要包括电路控制和程序设计两个方面。

1. 电路控制：跑马灯的电路控制是通过继电器或集成电路实现的。

继电器是一种电磁开关，通过控制电磁铁的通断来控制灯泡的亮灭。

而集成电路则是通过逻辑门和计时器等元件实现灯泡的顺序控制。

2. 程序设计：跑马灯的程序设计是通过编写一段简单的代码来实现的。

在代码中，通过控制灯泡或LED灯的亮灭时间和顺序来实现跑马灯效果。

常见的程序设计语言如C、Python等都可以用来编写跑马灯的代码。

二、跑马灯的设计过程跑马灯的设计过程包括灯泡或LED灯的选型、电路设计、程序编写和外壳制作等步骤。

1. 灯泡或LED灯的选型：在跑马灯的设计中，选择合适的灯泡或LED灯是非常重要的。

灯泡的亮度、寿命和能耗等指标需要进行综合考虑。

而LED灯则具有节能、寿命长和颜色丰富等优点，因此在现代跑马灯设计中更加常见。

2. 电路设计：电路设计是跑马灯设计中的关键环节。

在电路设计中，需要考虑灯泡或LED灯的亮灭顺序、时间间隔和电源供应等因素。

通过合理的电路设计，可以实现跑马灯的稳定运行和灯泡的长寿命。

3. 程序编写：程序编写是跑马灯设计中的另一个重要环节。

通过编写一段简单的代码，可以控制灯泡或LED灯的亮灭顺序和时间间隔。

程序编写需要考虑灯泡或LED灯的数量和控制方式等因素，以实现预期的跑马灯效果。

4. 外壳制作：外壳制作是跑马灯设计中的最后一步。

通过设计和制作合适的外壳，可以保护电路和灯泡或LED灯，同时也可以增加跑马灯的美观性。

外壳的材料可以选择塑料、金属或木材等，根据实际需要进行选择。

数字电子技术课程设计设计题目：跑马灯目录设计题目 (1)1设计要求及主要技术指标.. ............................. .. (3)1.1 设计要求 (3)1.2 主要技术指标 (3)2 设计过程 (3)2.1题目分析 (3)2.2 整体构思 (3)2.3 具体实现 (4)3 元件说明 (4)3.1 元件说明 (4)4 检查过程 (7)4.1 检查过程 (7)4.2 遇到问题及解决措施..................... . (7)5 心得体会........................... ............. (8)参考文献......................................... (9)附录一：电路原理图 (9)附录二：元件清单 (10)一．设计要求及主要技术指标1.1 设计要求（1）、根据技术指标要求确定电路形式，分析工作原理，计算元件参数。

（2）、列出所用元器件清单并购买。

（3）、安装调试所设计的电路，使之达到设计要求。

（4）、记录实验结果。

（5）、撰写设计报告。

1.2 主要技术指标（1）实现8灯循环点亮。

（2）间隔时间可调。

（3）广告灯的样式自定。

二．设计过程2.1题目分析我们设计的跑马灯实际上是主要使用一个74LS161，一个74LS138，一个74LS20和一个78L05这四个芯片对8个LED进行控制，产生循环控制的效果。

形成一个流水似的广告灯。

2.2 整体构思拟定系统方案框图，画出系统框图中每框的名称、信号的流向，各框图间的接口，使用protel99电路设计软件画出原理图，再生成网络表和PCB板。

对照原理图进行统计要使用的元器件后，在电子市场购买所需要的电子元器件。

最后在指导老师的辅导下在实验室进行下一步工作。

2.3具体实现我们需要使用碳粉打印机把我们设计的原理图打印出来，不过要注意必须要使用不干胶纸的光滑面进行打印。

一、实验目的1. 熟悉嵌入式系统硬件电路的搭建与调试；2. 掌握C语言编程，实现跑马灯功能；3. 理解并掌握GPIO口操作，学习定时器中断的使用。

二、实验环境1. 开发板：STM32F103C8T6开发板2. 编译器：Keil uVision53. 软件库：STM32标准外设库三、实验原理跑马灯实验是通过控制LED灯的亮灭，实现LED灯依次点亮的效果。

实验原理如下：1. GPIO口控制：将LED灯连接到开发板的GPIO口，通过控制GPIO口的输出电平，实现LED灯的点亮与熄灭；2. 定时器中断：定时器产生中断，实现LED灯点亮与熄灭的时间间隔；3. 循环控制：通过循环控制LED灯的点亮顺序，实现跑马灯效果。

四、实验步骤1. 硬件电路搭建（1）将LED灯的正极连接到开发板的GPIO口，负极接地；（2）将开发板的电源和地线连接到电源模块。

2. 软件编程（1）在Keil uVision5中创建项目，并导入STM32标准外设库；（2）编写程序，实现以下功能：a. 初始化GPIO口，将LED灯连接的GPIO口配置为输出模式；b. 初始化定时器，设置定时器中断周期，使LED灯点亮与熄灭的时间间隔为1ms；c. 编写定时器中断服务程序，控制LED灯的点亮与熄灭；d. 编写主函数，实现LED灯依次点亮的效果。

3. 编译与下载（1）编译程序，生成可执行文件；（2）将开发板连接到计算机，通过串口下载程序到开发板。

4. 实验调试（1）打开串口调试助手，观察LED灯的点亮与熄灭效果；（2）调整程序参数，优化跑马灯效果。

五、实验结果与分析1. 实验结果（1）LED灯依次点亮，实现跑马灯效果；（2）LED灯点亮与熄灭的时间间隔可调。

2. 实验分析（1）通过控制GPIO口的输出电平，实现LED灯的点亮与熄灭；（2）定时器中断实现LED灯点亮与熄灭的时间间隔控制；（3）循环控制实现LED灯依次点亮的效果。

六、实验总结本次实验成功实现了跑马灯功能，加深了对嵌入式系统硬件电路、C语言编程和GPIO口操作的理解。

装……订……线基于FPGA的分频器设计一、实验目的1、了解EDA软件在电子设计当中的重要作用EDA：EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。

EDA技术：就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。

EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性。

2、熟悉并掌握MAXPLUS II 或QUARTUS II等开发软件的基本使用方法。

3、运用图解法设计分频器电路，并进行电路仿真。

二、实验内容利用MAXPLUS II开发软件设计分频电路。

1MHz图分频电路框图从图中我们可以看出将1MHZ的脉冲连续6次除10，即可得到我们需要的输出频率。

利用MAXPLUS II 或QUARTUS II等开发软件的器件库，找到一个BCD的计数器：74LS160,(如图)从它的波形图中可看到它具有的逻辑功能：BCD计数，异步清零，有进位输出。

其中CLK—为时钟信号；ENT、ENP—为使能信号，高电平有效；CLRN—异步清零端，电平为高时，计数器清零，电平为低时，允许计数；QD～QA—计数器输出端；RCO—进位输出端。

图74LS160图形符号装……订……线图74LS160波形图74LS160是一个对输入时钟进行十分频的器件。

当计数器从0计数到9时，RCO从低电平跳到高电平，在下一个脉冲到来时，RCO再回到低电平。

每十个计数脉冲RCO翻转一次，利用RCO特性，将前一级的TC输出端接到下一级的时钟输入端，就完成了连续分频的目的。

调用6次74LS160,即可完成设计电路要求。

基于FPGA的跑马灯的设计1、设计要求设计彩灯控制电路：（1）控制8只LED左移、右移、对移和闪烁（2）自动改变显示样式（3）自动进行周期循环2、设计过程（1）原理框图设计图1 彩灯控制器原理框图彩灯控制电路拟采用移位寄存器为核心控制彩灯，实现左移、右移、对移及闪烁功能，并通过模式译码电路改变移位寄存器的模式控制引脚，实现彩灯显示模式的自动、周期性转换。

在移位寄存器处于各种移位状态时，应在其串行移位数据输入端提供显示数据，此功能通过设计数据选通器实现。

彩灯控制电路按照预设时序循环工作，需提供状态及定时信号，此功能由状态计数器对时钟进行分频来实现。

电路时钟由EDA/SOPC实验开发系统提供，此时钟频率较高（1MHZ），因此设计时钟分频器对其进行分频，得到1Hz时钟信号。

电路中，采用74160完成时钟分频，采用74161生成状态信号，采用译码电路完成模式控制，采用74194完成左移、右移、对移及闪烁功能，采用74151完成左移、右移和对移的数据输入选通控制。

（2）电路真值表分析如表1所示。

表1 电路真值表其中：QC1和QC0为状态计数器输出的控制信号；CLK/8为对时钟进行8分频的状态计数器输出信号，CLK/32为对时钟进行32分频的状态计数器输出信号；LED4为左侧74LS194的高位输出信号，LED5为右侧74LS194的低位输出信号；为简化设计，彩灯控制器的状态计数器输出（右移、左移、闪烁）与数据选通器控制端、移位寄存器工作模式（右移、左移、置数）的控制端采用相同逻辑值编码，状态计数器的对移输出与剩余的逻辑值编码（00）相同。

（3）时钟分频器设计107分频（4）状态计数器设计采用二进制计数器74LS161设计，提供时钟的2分频作为闪烁模式的数据信号，8分频作为移位的数据信号，32分频和64分频作为移位数据信号和模式控制信号。

（5）模式译码器设计根据真值表1，经逻辑化简可得：AS=11QCAS⋅QC=+QC=1QC10QCBS⋅QC==QC+QC111QCBS=0QC（6）数据选通器设计（7）移位寄存器设计使用了两片74LS194的左移、右移和置数模式分别实现了LED灯的左移、右移、对移和闪烁。