北邮数电实验：LED走马灯电路设计详解与VHDL实现

本次实验是针对北京邮电大学数字电子技术课程中的发光二极管走马灯电路设计与实现，旨在通过实践锻炼学生的硬件设计、逻辑控制和模拟电路理解能力。实验主要包含以下几个关键知识点： 1. 实验名称：实验名称明确指出了核心内容，即使用发光二极管构建一个可以展示两种模式（单点移动和幕布式）动态变化的走马灯效果。学生需要设计并实现这个电路，确保每个发光二极管按指定顺序和时间规律亮灭。 2. 实验任务要求： - **单点移动模式**：要求设计一个能从左到右逐个点亮16个发光二极管，每个发光二极管保持0.5秒的亮灭周期。这涉及到了计数和时序控制的部分。 - **幕布式模式**：这种模式更复杂，从中间两个LED开始，逐渐扩展到所有LED，然后从两边减少，直到全灭，整个过程同样需要精确的时间控制。 - **按键控制**：学生需要设计防抖动电路来处理按键输入，以确保在按键按下和释放时的响应准确无误。 - **时钟选择**：实验板上的输入时钟频率设为100Hz，这意味着必须设计一个合适的分频器来将时钟信号转换为所需的工作频率。 3. 模块划分与总体框图：实验被划分为四个关键模块： - **分频器**：用于将输入的高频率时钟信号降低到适合计数器工作的频率，这里分频系数为50，意味着输出时钟频率为100Hz / 50 = 2Hz。 - **计数器**：一个模值为16的计数器，负责控制LED的点亮顺序，计数满16后可能需要回零或进入下一模式。 - **按键消抖电路**：为了防止按键操作产生的短暂抖动干扰控制逻辑，需要设计电路消除这样的干扰。 - **译码电路**：将按键的输入转换成控制LED的信号，可能包括对单个或多个按键的组合判断。 4. VHDL代码：实验中涉及到的VHDL编程语言部分，展示了如何用硬件描述语言实现上述的分频器和计数器。VHDL代码中定义了输入输出端口、信号变量以及过程，这些是硬件设计的关键组成部分。例如，分频器的实现利用了触发器（如D触发器）和条件语句（if-then-else）来控制输出时钟的翻转。 总结来说，这次实验不仅锻炼了学生的硬件设计技能，还涵盖了数字逻辑设计、计数器工作原理、时序控制和基本的数字信号处理技巧。通过实际操作，学生能够深入理解电子电路的实际运作，增强动手能力和问题解决能力。