Индикация цифровых эффектов на светодиодах

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Национальный исследовательский         

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Физический факультет

Кафедра ИТФИ

Индикация цифровых эффектов на светодиодах
Отчет по лабораторной работе

Выполнил:

студент гр.  ,

студент гр.  ,

Нижний Новгород
2021

1. Цель работы
   

        Разработать  схемы цифровых устройств, реализующих следующие цифровые эффекты и индикацию их на светодиодах:

• “Бегущие огни”
• “Бегущие огни с изменением направления”
• “Счётный код счётчика Джонсона”
• “Эффект с памятью”

Реализовать поочерёдное включение всех четырех эффектов. Загрузить полученную прошивку в ПЛИС.

1. Аппаратура
   

        Лабораторная установка, приставка “кнопочная клавиатура”, источник питания постоянного тока, загрузочный кабель.

1. Теоретическая часть
   

Для выполнения данной лабораторной работы используется лабораторная установка, оснащенная интерфейсами для связи с ПК и разъемами расширения (Рис.1). 

 
[pic 1]

Рис. 1 Структурная схема установки

1. Практическая часть

        Для того чтобы нам наблюдать эффекты на светодиодах, нужно преобразовать тактовый сигнал с частотой, примерно равной 40МГц, в сигнал с частотой 1Гц. Для этого необходимо реализовать делитель частоты (Рис.2).[pic 2]

Рис. 2 Схема делителя частоты

Делитель частоты состоит из двух 16-ти битных счётчиков, двух 16-ти битных компараторов и логического  элемента AND2 (вентиль “И”).  Верхний и нижний компараторы сравнивают 16-ричное значение входного числа, выходящего с верхнего и нижнего счётчика соответственно, с заданной константой. Для верхнего компаратора константа =, это 4 старших разряда числа 3999999 в шестнадцатеричной системе счисления, для константа =, это младшие разряды того же числа. Младший счётчик накапливается с каждым тактом, старший счётчик накапливается с переполнением младшего счётчика. Выходы с компараторов передаются на логический вентиль “И”, сигнал с которого идет на сброс счётчиков и выход всего делителя частоты.[pic 3][pic 4]

[pic 5]

Рис. 3 Схема эффекта “Бегущие огни”

1. “Бегущие огни”

        Включён всегда только один из светодиодов. Номер включённого светодиода наращивается каждую секунду на единицу от 0 до 7. В случае если номер горящего светодиода переходит через  значение 7, то эффект начинается сначала со значения 0.

        Схема (Рис. 3) состоит из 4-х битного счётчика и дешифратора, имеющего 3 входа и 8 выходов. Счётчик принимает на вход сигнал с делителя частоты и нарастает раз в секунду, 3 выхода младших разрядов числа соединены с входами дешифратора, который декодирует входной числовой код в позиционный, являющийся номером светодиода.        

1. “Бегущие огни с изменением направления”

        После включения светодиода №7 направление движения включённого светодиода должно измениться.        

[pic 6]

Рис. 4 Схема эффекта “Бегущие огни с изменением направления”

        Схема (Рис. 4) состоит из 4-х битного счётчика, логических вентилей XOR и дешифратора, имеющего 3 входа и 8 выходов. Счётчик принимает на вход сигнал с делителя частоты и нарастает раз в секунду, 3 выхода младших разрядов числа соединены с входами вентилей XOR. На второй вход вентилей подается сигнал с выхода старшего разряда счётчика, который изменяется каждый 8 такт. Выходы с вентилей соединены с входами дешифратора, который декодирует входной числовой код в позиционный, являющийся номером светодиода.