实验6 基于FPGA的跑马灯的设计.docx

实验6主要介绍的是基于FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）的跑马灯设计，这是一种常见的数字电子技术实践项目，用于理解和掌握FPGA的工作原理和设计方法。以下是对该实验涉及知识点的详细说明： 1. **FPGA基本概念**：FPGA是一种可重复配置的集成电路，用户可以根据需要编程实现不同的数字逻辑功能。它由大量的可编程逻辑单元、I/O单元、以及连线资源组成，广泛应用于各种嵌入式系统设计中。 2. **跑马灯设计**：跑马灯是指LED灯按照特定顺序点亮或熄灭，形成连续移动的视觉效果。在本实验中，跑马灯有四种模式：左移、右移、对移和闪烁，这些模式的切换通过控制移位寄存器实现。 3. **移位寄存器**：74LS194是常用的双向移位寄存器，它可以实现数据的左移和右移操作。在这个设计中，两片74LS194配合使用，通过控制信号实现不同模式的跑马灯效果。 4. **时钟分频**：时钟分频是将输入时钟频率进行降低的过程，通过74LS161二进制计数器实现。实验中提到了4种分频情况：2分频、8分频、32分频和64分频，用于不同功能的时序控制。 5. **状态计数器**：状态计数器74LS161用于产生不同状态的控制信号，如CLK/8和CLK/32，以驱动移位寄存器按照预设模式工作。 6. **模式译码器**：模式译码器根据状态计数器的输出（QC1和QC0）生成控制信号AS和BS，这些信号决定了移位寄存器的工作模式（左移、右移、置数等）。 7. **数据选通器**：74LS153作为数据选通器，根据控制信号C0、C1、C2和C3选择输入数据，将数据传输到相应的移位寄存器，实现LED灯的动态显示。 8. **逻辑门设计**：实验中涉及到的逻辑门（如AND、OR门）用于组合逻辑运算，构建所需的控制信号。 9. **真值表**：真值表是描述电路输入与输出之间关系的表格，如表1所示，它用于定义电路各个部分的逻辑行为。 10. **电路设计流程**：从原理框图到具体器件的选择，再到电路实现，整个设计过程包括需求分析、逻辑设计、硬件描述语言编程（可能使用VHDL或Verilog）、逻辑综合、仿真验证和最终硬件实现。 通过这个实验，学生不仅可以学习到数字逻辑的基础知识，还能深入了解FPGA的设计流程和应用，为后续的数字系统设计打下基础。此外，实验还强调了电路的周期性和自动性，这是实时控制系统设计中的关键因素。