东南大学电工电子实验中心
实验报告
课程名称：数字逻辑设计实践
第1次实验
实验名称：数字逻辑电路实验基础
院（系）：专业：电类
姓名：学号：
实验室: 103 实验组别：
同组人员：无实验时间：2010年10月28日评定成绩：审阅教师：
一、实验目的
1．认识数字集成电路，能识别各种类型的数字器件和封装；
2．学习查找器件资料，通过器件手册了解器件；
3．了解脉冲信号的模拟特征，了解示波器的各种参数及其对测量的影响，了解示波器探头的原理和参数，掌握脉冲信号的各项参数及其测量，掌握虚拟示波器的使用方法；4．了解逻辑分析的基本原理，掌握虚拟逻辑分析的使用方法；
5．了解面包板的基本结构、掌握面包板连接电路的基本方法和步骤；
6．掌握基本的数字电路的故障检查和排除方法。
二、实验原理
思考题：
1.（1）20 MHz正弦波的使用带宽为20 MHz的示波器测量，依据示波器频带宽度的特性
可得测量的信号幅度与被测信号真实值之间的误差为__29.3%__
（2）使用带宽为20 MHz的示波器测量占空比为25%的脉冲信号，其最高可测量的输入信号频率为_285.7kHz_
答：（1）根据示波器的带宽定义，可得信号幅度衰减为原来的70.7%，故误差为29.3%.
（2）首先，示波器带宽应为信号最高频率的5倍，即信号最高频率为4MHz；其次，由占空比为25%知信号的重要谐波数为1~14，故最高可输入信号频率为4/14=0.2857MHz=285.7kHz.
2.（1）频带宽度为100 MHz的示波器，其上升时间为__
3.5ns___
（2）一个上升时间为3.5 ns的方波信号，使用100 MHz的示波器进行上升沿测量，理论上示波器直接测量结果为__4.95 ns__；测量结果与实际值之间的误差为_41.4%__。
（3）选择频带宽度为信号最高频率__5__倍的示波器可以将测量修正值和实际值之间的误差降到2%左右。
答：（1）根据公式t r=0.35/f H可得。
（2）根据公式t r可得。
3.HP9100探头说明书描述的探头特性如下：
“×1”挡：衰减比率为1:1、带宽为DC~6 MHz、上升时间58 ns、输入阻抗1 MΩ、输入容抗47 pF。
“×10”挡：衰减比率为10:1、带宽为DC~100 MHz、上升时间3.5 ns、输入阻抗10 MΩ、输入容抗平均16 pF 且范围为10~35 pF。
试问在测量时如何判断这个探头是否对测量准确性造成了影响，如何合理选择探头衰减挡位？
答：上述示波器探头的两个挡位的参数差异是十分明显的。首先，两者的阻抗分别为1MΩ和10MΩ，对于大多数测试，这样的阻值对测量信号的影响接近于0，但对于高阻抗信号就要选择“×10”探头了；其次，“×1”挡的输入容抗相对较大，导致上升时间高达58ns，故用此挡位测量时对信号的上升时间必然会造成很大影响。
选择探头挡位的选择关键在于测量信号的各种参数，包括信号类型、频率、上升时间、阻抗、振幅等等，综合各种因素对挡位进行选择。
三、实验内容
必做实验：
1． 逻辑分析仪测量数字逻辑信号：
（1） 记录各通道的波形，注意相位关系。
（2） 取样速度分别选择50 MSa/s 、100 MSa/s 、200 MSa/s ，观察波形并按表1.5.1
中的要求记录参数。
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D0
被测电路的工作波形
答：
1）波形及数据的记录
表1.5.1 选择不同取样速度对测量的延迟时间的影响
表1.5.1 选择不同取样速度对测量的延迟时间的影响
2）实验结果分析讨论
①比较示波器和逻辑分析仪各自特点。
答：示波器：进行的各种测量都为时域测量，它以时间为自变量，以信号的电压、电流、功率为应变量来进行研究的。常被用来进行模拟测量，比如信号上升、下降时间、峰值幅度以及边沿之间占用的时间等。
逻辑分析仪：进行数据域测量。不需知道每条信号上的电压的确切值和对它们测量的准确程度，而只需要知道各信号处于低电平还是高电平以及各信号相互配合在整体上表示什么意义。其基本功能是采集、存储并以多种形式显示数字系统中的数据流。
②该实验中，选择多大的取样速度较为合适？为什么？
答：原则上，取样速度一般为被测系统数据速度的5~10倍。故观察10MHz的信号时，选择50MSa/s是比较合适的。在本实验中，测得的延时时间都在10~20 ns之间，加上对观测到的三种波形的分析，采用200MSa/s是比较合适的。
③分析表1.5.1 中的数据，能得出什么结论？
答：采样速度分别为50MSa/s、100MSa/s、200MSa/s时测得的延时时间分别为20ns、10ns、15ns，可见延时时间在摆动不定，因此要想得到准确的延时时间需要继续提高采样速度。
④门限电平的选择原则是什么？
答：门限电平值的大小直接决定了逻辑1和逻辑0的判定。不同器件的逻辑高电平和逻辑低电平是不一样的。如TTL电路的门限电平为1.4V，5V CMOS电路的门限电平为2.5V，ECL电路的门限电平为-1.4V。在测量的时候需要根据电路的实际情况而设定。
2． 实验安装调试与故障排除
图1.9.1所示的安全报警电路原理是一个汽车安全带报警装置的电路原理图。它用于在汽车已点火并挂挡，同时驾驶座和副驾驶座的座位上已经有人，但安全带未扣紧时，产生报警信号。其中输入信号F 表示汽车是否已点火，已点火为1，未点火为0；输入信号G 表示是否挂上挡位，已挂挡为1，未挂挡为0；输入信号S 1和S 2分别表示驾驶座和副驾驶座上的安全带是否已扣上，扣上输入1，未扣上为0。L 是报警输出信号，输入到一个发光二极管上，输出为0时，发光二极管点亮，报警。
注：由于具体操作过程中，用LED 灯代替了发光二极管，它是输出高电平时才会亮，故需要对原图进行稍微改动，使得L 输出高电平时亮，如下图所示：
F G S 1
B 1S 2
B 2
L
下面将基于改动后的电路图进行电路分析： 1） 利用逻辑分析仪测出电路对应的真值表：
注：利用逻辑分析仪及软件GW2000测真值表这一项是与陈智同学共同完成的，最终出现了两组错误，即输入信号F、G、S1、S2、B1、B2分别为1,1,1,0,1,0时，输出本该为1；F、G、S1、S2、B1、B2为1,1,0,1,0,1时，输出L本该为1。除这两组外其他均测试正确。测试电路连接是正确的，到最后具体原因也没有找到，估计是逻辑分析仪的输入阵脚有损坏。2）分析讨论
（1）能否用表格的形式来表示在U28脚输出端可能出现1的全部可能状态。
（2）存在一个使报警信号灯持续接通的故障，它与输入的状态无关。那么什么是最有可能的故障？
答：由于该故障与输入状态无关，而观察电路连接图可知，U2的输入由F、G两个原始信号和U1的输出信号构成，故最可能是U2芯片损坏，且最可能是U21, U22, U24, U25, U26所在的与非门一块被损坏。
（3）下列故障的现象将是什么样的：
a)U18脚输出端的连线开路。
答：当主驾驶无人或有人且系好安全带的时候，U2-6脚输出就由U2-4脚5脚来决定。U1-8脚的输出被断开之后，U2-4，U2-5被悬空，其逻辑信号是不确定的，因而容易造成本该输入1而错输入0或本该输入0而错输入1，即会造成副驾驶有人未系安全带而不报警或副驾驶有人且系安全带却报警。
b)U13脚的输出停留在逻辑0。
答：U1-3始终输出0，使得不论主驾驶是否系安全带，即U1-13始终输入0，进而使得U1-11输出始终为1，可能造成即使主驾驶没系安全带也不会报警。
（4）当汽车开始发动，乘客已经坐好，而且他的座位安全带已经扣上时，报警信号灯亮。这结果仅与司机有关，列出可能的故障，并写出用来寻找故障的测试顺序。
答：可能的故障：司机未系好安全带。
(由于之前对电路做了改动，故此处的“灯亮”相当于改动后的“灯灭”。)
寻找故障的测试顺序：可以使用万用表由后到前测量相关引脚的电压。测得U2-8脚为低电平（灯灭），说明U2-9、U2-10、U2-12、U2-13都为高电平，又U2-12、U2-13都为高电平（汽车开始发动），测得U2-9、U2-10为高电平，即U2-6为高电平，说明U2-1/2,U2-4/5至少一个为低电平，测得U2-4/5为高电平，U1-1/2为低电平，即U1-11为低电平，测得U1-12为高电平，说明驾驶座有人，U1-13为高电平，即U1-3为高电平，测得U1-1/2为低电平，说明B1为0，即司机未系安全带。
3）自己设置故障，并进行分析。
（注：下面的测试分析是跟二班一个同学一起进行的。）
（1）想法来源并设置故障：由于同学们设置故障时，都是将某条线路断开，那么我就考虑如果某个地方短路会发生什么情形呢？带着这样的疑问，我们把U1-12和U1-13短路，进行观察现象。经过测试，发现当一切输入正常即汽车可以正常开始行驶时，结
果却显示有故障发生。
（2）故障排查并发现问题：我们按照分析讨论（4）中所叙述的顺序进行排查，最终发现U13处为高电平，而B1的输入也为高电平，这样便与与非门的功能相矛盾了。（3）分析：一般我们如果碰到这种故障现象，往往认为是U1-1/2，U1-3所在的与非门坏掉了，而忽略了也有可能是短路造成的。也就是说，U1-12和U1-13的短路给了我们与非门被损坏的这样一个假象。
（4）收获：我们在排查故障过程中，对某个故障现象的解释往往很有局限性，即很难考虑全面。这要求我们在实验过程中多思考多积累经验，为后面的大型实验打好基础。
数字逻辑课程设计 自从它被发明的那天起，就成为人们生活中必不可少的一种工具，尤其是在现在这个讲 究效率的年代，时钟更是在人类生产、生活、学习等多个领域得到广泛的应用。然而随着时 间的推移，人们不仅对于时钟精度的要求越来越高，而且对于时钟功能的要求也越来越多，时钟已不仅仅是一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的
功能。诸如闹钟功能、日历显示功能、温度测量功能、湿度测量功能、电压测量功能、频率测量功能、过欠压报警功能等。钟表的数字化给人们的生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。可以说，设计多功能数字时钟的意义已不只在于数字时钟本身，更大的意义在于多功能数字时钟在许多实时控制系统中的应用。在很多实际应 用中，只要对数字时钟的程序和硬件电路加以一定的修改，便可以得到实时控制的实用系统， 从而应用到实际工作与生产中去。因此，研究数字时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。 数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路?目前,数字钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择? 前言 (2) 目录 (2) 题目 (2) 摘要 (2) 关键字 (3) 设计要求 (3) 正文 (3) 1电路结构与原理图 (3) 2数码显示器 (3) 60进制计数和24进制计数 (4) 校时 (7) 振荡器 (8) 3.计算、仿真的过程和结果 (9) 鸣谢 (11) 元器件清单 (11) 参考文献 (11) 总结与体会 (11) 教师评语 (12) 数字时钟的课程设计 摘要： 数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高 的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。 数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。目前, 数字钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。本设计采用74LS290. 74LS47.BCD七段数码管和适当的门电路构成，可实现对时、分、秒等时间信息的采集和较时 功能地实现?
数字逻辑课程设计报告
数字逻辑课程设计 多功能数字钟 班级： 学号： 课程设计人： 指导老师： 课题： 完成时间：
一、设计目的： 学会应用数字系统设计方法进行电路设计，熟练地运用汇编语言。 二、设计任务及要求： 1.记时、记分、记秒 2.校时、校分、秒清0 3.整点报时 4.时间正常显示 5.闹时功能 三、设计思路： 将整个闹钟分为以下几个模块，每个模块中都有详细的各部分的设计思路，源代码及仿真图像，生成的器件。 1.计时模块 计小时：24进制计数器 计分、计秒：60进制计数器 计时间过程： 计秒：1HZ计数脉冲，0~59循环计数，计数至59时产生进位信号。 计分：以秒计数器进位信号作为分计数脉冲，0~59循环计数，59时产生进位。 计时：以分计数器进位信号作为时计数脉冲，0~23循环计数，23时清0。 二十四进制计数器代码： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity cnt24 is port (clk:in std_logic; qh,ql:out std_logic_vector(3 downto 0)); end cnt24; architecture behave of cnt24 is signal q1,q0:std_logic_vector(3 downto 0); begin process(clk) begin if(clk'event and clk='1')then if(q1="0010" and q0="0011")then q1<="0000";q0<="0000"; elsif(q0="1001")then q0<="0000";q1<=q1+'1'; else q0<=q0+'1'; end if; end if; qh<=q1; ql<=q0;
第一章数字逻辑基础 教学基本要求： 掌握常用的数制二进制、十进制、十六进制的相互转换； 掌握二进制数的原码、反码及补码的表示方法； 掌握常用的编码及它们与二进制数间的相互转换； 掌握逻辑代数的基本定律与规则； 掌握逻辑函数的表示方法及各种表示方法之间的相互转换； 掌握代数法和卡诺图法化简逻辑函数。 重点： 常用的数制与编码； 逻辑代数基础； 逻辑命题的描述。 电子电路的信号主要有两类： 一类是在时间上和幅值上都连续的信号称为模拟信号，处理模拟信号的电路称为模拟电路。正弦信号是典型的模拟信号，如图1-1所示。 另一类是时间上和幅值上都离散的信号称为数字信号，处理数字信号的电路称为数字电路。脉冲信号是典型的数字信号，如图1-22所示。 数字电路的特点：
?工作信号是不连续的数字信号，所以电路中的半导体器件工作在开关状态，即稳定于饱和区或截止区，放大区只是其过度状态； ?数字电路既是开关电路又是逻辑电路，主要研究电路输入和输出间的逻辑关系。分析工具和方法与模拟电路完全不同，具有独立的基础理论； ?逻辑代数是分析逻辑电路的数学工具。 学习指导： 在本知识点学习中由最熟悉的十进制数入手，寻找各种计数体制的规律，特别要注意理解权的概念，熟练掌握任意进制数按权展开式。 在数字系统中采用二进制。因为二进制数的基数为2，只有0和1两个数码，其不仅运算简单，电路实现也容易，还可以利用逻辑代数；但表示同一数值的数比十进制需更多的位数，因此数字系统中又常用八进制和十六进制数。十、二、八、十六进制数的后缀分别为D、B、Q、H。对十进制数常可省略下标或后缀。十进制数特点： 1.有一个确定的基数10，且逢10进一； 2.有10个有序的数字符号有0--9和一个小数点，数码K i 从0～9； 3.每一个数位均有固定的含意称权10i，不同数位其权10i不同； 4.任意一个十进位制数均可写成按权展开式： (N) 10 = (K n-1 K n-2 …K 1 K .K -1 …K -m ) 10 = K n-1 10n-1+K n-2 10n-2+…+K 1 101+K 100+K -1 10-1+…+K -m 10-m 例： 二进制特点: ?二进制是以2为基数的计数体制，它仅采用2个数码0和1，并且“逢二进一”，即1+1=10； ?不同数位上的权值不同，其相应的权为2i； ?任意一个二进位制数均可写成按权展开式。
第4章 组合逻辑电路 4—1 分析下图所示电路的逻辑功能，写出输出的逻辑表达式，列出真值表，说明其逻辑功能。 4—2 逻辑电路如下图所示： 1、写出S 、C 、P 、L 的函数表达式； 2、当取S 和C 作为电路的输出时，此电路的逻辑功能是什么？ 4—3 下图是由三个全加器构成的电路，试写出其输出1F ，2F ，3F ，4F 的表达式。 123 B C Z
P和4—4 下图是由3线/8线译码器74LS138和与非门构成的电路，试写出 1 P的表达式，列出真值表，说明其逻辑功能。 2 Array 4—5使用74LS138 译码器及少量门电路对三台设备状态进行监控，由不同指示灯进行指示。当设备正常工作时，指示灯绿灯亮；当有一台设备出故障时，指示灯红灯亮；当有两台设备出故障时，指示灯黄灯亮；当有三台设备 出故障时，指示灯红灯和黄灯都亮。
4—6 下图4.6是由八选一数据选择器构成的电路，试写出当1G 0G 为各种不同的取值时的输出Y 的表达式。 4—7仿照全加器设计一个全减器，被减数为A ，减数为B ，低位来的借位为C ，差为D ，向上借一位为J 。 要求：1.写出真值表，写出D 与J 的表达式；2.用译码器74LS138和必要的基本门电路实现此电路；3.用双四选一数据选择器实现。 G A
4—8 设计一组合逻辑电路，输入为四位二进制码3B 2B 1B 0B ，当 3B 2B 1B 0B 是BCD8421码时输出1=Y ；否则0=Y 。列出真值表，写出 与或非表达式，用集电极开路门实现。 4—9 设计一个多功能组合数字电路，实现下表所示逻辑功能。表中1C 0C 为功能选择输入信号；A ，B 为输入变量；F 为输出。 1．列出真值表，写出F 的表达式； 2．用八选一数据选择器和门电路实现。
自我检测题 1．（）10=（）2 =（1A.2）16 2．（）10=（）2 3．（1011111．01101）2=（ ）8=（）10 4．（）8=（）16 5．（1011）2×（101）2=（110111）2 6．（486）10=（0）8421BCD =（0）余3BCD 7．（）10=（）8421BCD 8．（）8421BCD =（93）10 9．基本逻辑运算有 与 、或、非3种。 10．两输入与非门输入为01时，输出为 1 。 11．两输入或非门输入为01时，输出为 0 。 12．逻辑变量和逻辑函数只有 0 和 1 两种取值，而且它们只是表示两种不同的逻辑状态。 13．当变量ABC 为100时，AB +BC = 0 ，（A +B ）（A +C ）=__1__。 14．描述逻辑函数各个变量取值组合和函数值对应关系的表格叫 真值表 。 15． 用与、或、非等运算表示函数中各个变量之间逻辑关系的代数式叫 逻辑表达式 。 16．根据 代入 规则可从B A AB +=可得到C B A ABC ++=。 17．写出函数Z =ABC +（A +BC ）（A +C ）的反函数Z =））（C A C B A C B A ++++)((。 18．逻辑函数表达式F =（A +B ）（A +B +C ）（AB +CD ）+E ，则其对偶式F ＇= __（AB +ABC +（A +B ）（C +D ））E 。 19．已知CD C B A F ++=）（，其对偶式F ＇=D C C B A +??+）（。 20．ABDE C ABC Y ++=的最简与-或式为Y =C AB +。
21．函数D =的最小项表达式为Y= ∑m（1,3,9,11,12,13,14,15）。 Y+ AB B 22．约束项是不会出现的变量取值所对应的最小项，其值总是等于0。 23．逻辑函数F（A,B,C）=∏M（1,3,4,6,7），则F（A,B,C）=∑m（ 0，2，5）。 24．VHDL的基本描述语句包括并行语句和顺序语句。 25．VHDL的并行语句在结构体中的执行是并行的，其执行方式与语句书写的顺序无关。 26．在VHDL的各种并行语句之间，可以用信号来交换信息。 27．VHDL的PROCESS（进程）语句是由顺序语句组成的，但其本身却是并行语句。 28．VHDL顺序语句只能出现在进程语句内部，是按程序书写的顺序自上而下、一条一条地执行。 29．VHDL的数据对象包括常数、变量和信号，它们是用来存放各种类型数据的容器。 30．下列各组数中，是6进制的是。 A．14752 B．62936 C．53452 D．37481 31．已知二进制数，其对应的十进制数为。 A．202 B．192 C．106 D．92 32．十进制数62对应的十六进制数是。 A．（3E）16 B．（36）16 C．（38）16 D．（3D）16 33．和二进制数（）2等值的十六进制数是。 A．（）16 B．（）16 C．（）16 D．（）16 34．下列四个数中与十进制数（163）10不相等的是。 A．（A3）16 B．（）2 C．（0001）8421BCD D．（1）8 35．下列数中最大数是。
数字逻辑课程设计实验报告 题目数字钟 姓名桂大有 班级网络工程103班 学号109074360 指导教师陆勤 完成日期2012年5月21日
数字钟的设计 1.数字钟的功能描述 (1)计时和显示功能 采用24小时计时并以十进制数字显示时、分、秒（时从00-23，分、秒从00-59）。 (2)校对动能 当数字时钟走的有偏差时，应能够手动校时。 2.数字钟的设计思路 根据功能要求，整个数字时钟分为计时和校时两大部分。 计时部分秒计时电路接收1Hz时基信号，进行60进制计数，计满后秒值归0，并产生1/60Hz时钟信号；分钟计时电路接受1/60Hz时钟信号，进行60进制计数，计满后分钟值归0，并产生1/3600Hz时钟信号，小时计时电路接收1/3600Hz时钟信号，进行24小时计数，计满后小时、分、秒皆归0，如此循环往复。 校时部分，采用两个瞬态按键配合实现，1号键产生单脉冲，控制数字钟在计时/校时/校分/校秒四种状态间切换，2号键通过控制计数使能端让时/分/秒计数器发生状态翻转以达到指定的数值。 3.系统功能模块介绍 Ⅰ.模块一：数字钟总体原理电路。 其中包含：（1）分钟、秒计时电路（２）小时计时电路（３）计时／校时的切换
Ⅱ.采用原理图和HDL混合设计方式实现数字钟 ①分钟、秒计时电路 分钟、秒计时需要60进制计数，其电路图如下所示： 该电路图用两片７４１６０采用同步连接构成６０进制计数器，通过译码电路识别稳态“５９”，输出低电平使计数器置数为０。整个技术循环为００—>０１—>０２—>…—>５８—>５９—>００—>…，共有６０个稳定状态。计数值采用ＢＣＤ码形式，Ｑ７～Ｑ４表示分钟或秒的十位，Ｑ３～Ｑ０表示分钟或秒的各位。ＥＮ输入端当正常计数状态时接收分钟计时电路的进位输出，，而在校时状态时接收校时脉冲用于控制小时值的翻转。计满进位输出端ＣＯ用于触发高一级计数器的技术动作。 ②小时计时电路(采用24时制,电路图如下所示)
实验一原理图输入方式设计数字逻辑电路 一、实验目的： 1、了解基本组合逻辑电路的原理及利用Quartus II 软件进行设计的一般方法。 2、熟悉Quartus II 原理图输入法的设计流程，掌握编辑、编译和仿真的方法。 3、掌握原理图的层次化设计方法。 4、了解Quartus II 软件的编程下载及引脚锁定的方法。 5、了解Quartus II宏功能模块的使用方法。 二、实验的硬件要求： 1、EDA/SOPC实验箱。 2、计算机。 三、实验原理 见附件《Quartus设计的一般步骤》、《元件例化和调用的操作步骤》、《QuartusII基于宏功能模块的设计》 四、实验内容： 1、用原理图方式设计1位二进制半加器半加器。 新建一个工程“HalfAdder”，选择芯片“Cyclone III EP3C16Q240C8”，建立原理图如图1-1，保存为“HalfAdder.BDF”。 图1-1 半加器电路图 编译工程。 建立波形文件，对半加器电路分别进行时序仿真和功能仿真，其波形如下： 图1-2半加器时序仿真波形，注意观察输出延时，以及毛刺的产生原因 图1-3半加器功能仿真波形 2、原理图层次化设计。 新建一工程，取名“FullAdder”；将上面设计的半加器“HalfAdder.BDF”复制到当前工程目录，并生成“符号元件”HalfAdder.BSF。 建立一个原理图文件，取名“FullAdder.BDF”，利用“符号元件”HalfAdder.BSF及其它元件设计全加器电路如下图：
用功能仿真测试全加器的逻辑功能。 图1-5 全加器功能仿真波形 图1-6是输入输出信号与FPGA连接示意图，图中用到了“拨档开关”作为输入，“LED 显示模块”显示输出值。表1-1是本实验连接的FPGA管脚编号。
课程设计(综合实验)报告 题目：第四个实验数字电子钟院系：计算机科学系 班级：计算计科学与技术1班学号： 学生姓名： 队员姓名： 指导教师：
《数字逻辑》综合实验 任务书 一、目的与要求 1 目的 1.1综合实验是教学中必不可少的重要环节，通过综合实验巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。 1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内容、步骤和方法。 1.3培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。 1.4提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能 及其基本工程素质。 2.要求 2.1 能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。 2.2根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。要求通过独立思考、深入钻研综合实验中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。 2.3进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。 2.4学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的正确
使用方法。利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。 2.5学会撰写综合实验总结报告。 2.6通过综合实验，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。要求学生在设计过程中，坚持勤俭节约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。 2.7在综合实验过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。 二、主要内容 数字电子钟 设计一台能显示时﹑分、秒的数字电子钟，要求如下： 1）秒﹑分为00—59六十进制计数器，时为00—23二十四进制计数器； 2）可手动校正：可分别对秒﹑分﹑时进行手动脉冲输入调整或连续脉冲输入校正，（校正时不能输出进位）。 元器件选择 74LS162：4块与非门74LS00：2块共阳数码管LED 74LS161：2块GAL16V8：2块晶体振荡器：1MHZ GAL20V8：1块TDS-4实验箱 导线若干 所需要器件的图片如下
第一章数字逻辑基础作业及参考答案 （） P43 1-11 已知逻辑函数 A C C B B A F+ + = ，试用真值表、卡诺图和逻辑图表示该函数。解：（1 ）真值表表示如下： 输入输出 A B C F 0000 0011 0101 0111 1001 1011 1101 1110 （2）卡诺图表示如下： 00011110 0101 1111 由卡诺图可得C B C B A F+ + =＝C B C B A? ? （3）逻辑图表示如下： 1-12 用与非门和或非门实现下列函数，并画出逻辑图。 解：（1）BC AB C B A F+ = ) , , (BC AB? = （2）) + (?) + ( = ) , , , (D C B A D C B A F D C B A+ + + = 题1-12 (1) 题1-12 (2) A BC
1-14 利用公式法化简下列函数为最简与或式。 解：（2）C AB C B BC A AC F +++=C AB C B BC A AC +??= C AB C B C B A C A ++?++?+=)()()( C AB C B C C B C A C A B A ++?++++=)()( C AB C C B C B C A C AB C A C B A C B A ++++++++= C AB C C B C B C A C AB C A C B A C B A ++++++++= C = 解（3）DE E B ACE BD C A AB D A AD F +++++++= DE E B BD C A A ++++= E B BD C A +++= 解（5）))()((D C B A D C B A D C B A F +++++++++= D C AB BCD A ABCD F ++='ΘD C AB BCD +=ABD BCD += D B AC D B A D C B F ++=)++)(++(=∴ P44 1-15利用卡诺图化简下列函数为最简与或式。 解：（3）)+++)(+++)(+++)(+++(=D C B A D C B A D C B A D C B A F 方法1：)+++)(+++)(+++(=D C B A D C B A D C B A F ))((D C B A D CD D A D C C A D B C B B B A AD AC B A ++++++++++++++= ))((D C B A D C A B AC ++++++= D C BD AD D C A C A C B A D B C B B A D AC ABC AC +++++++++++= D C BD AD C A D B C B B A AC +++++++= 方法2：D C AB CD B A D BC A F ++= F 的 卡 诺 图
“数字逻辑与数字系统设计”教学大纲 课程编号：OE2121017 课程名称：数字逻辑与数字系统设计英文名称：Digital Logic and Digital System Design 学时：60 学分：4 课程类型：必修课程性质：专业基础课 适用专业：电子信息与通信工程（大类）开课学期：4 先修课程：高等数学、大学物理、电路分析与模拟电子线路 开课院系：电工电子教学基地及相关学院 一、课程的教学任务与目标 数字逻辑与数字系统设计是重要的学科基础课。该课程与配套的“数字逻辑与数字系统设计实验”课程紧密结合，以问题驱动、案例教学、强化实践和能力培养为导向，通过课程讲授、单元实验、综合设计项目大作业、设计报告撰写、研讨讲评等环节，实现知识能力矩阵中1.1.2.2、1.2.1.2以及2.5、2.6、3.6、4.1、4.2的能力要求。 要求学生掌握数字电路的基本概念、基本原理和基本方法，了解电子设计自动化（EDA：Electronic Design Automation）技术和工具。数字电路部分要求学生掌握数制及编码、逻辑代数及逻辑函数的知识；掌握组合逻辑电路的分析与设计方法，熟悉常用的中规模组合逻辑部件的功能及其应用；掌握同步时序逻辑电路的分析和设计方法，典型的中大规模时序逻辑部件。EDA设计技术部分，需要了解现代数字系统设计的方法与过程，学习硬件描述语言，了解高密度可编程逻辑器件的基本原理及开发过程，掌握EDA 设计工具，培养学生设计较大规模的数字电路系统的能力。 本课程教学特点和主要目的： （1）本课程概念性、实践性、工程性都很强，教学中应特别注重理论联系实际和工程应用背景。 （2）使学生掌握经典的数字逻辑电路的基本概念和设计方法； （3）掌握当今EDA工具设计数字电路的方法。 （4）本课将硬件描述语言(HDL)融合到各章中，并在软件平台上进行随堂仿真, 通
自我检测题 1．（26.125）10=（11010.001）2 =（1A.2）16 2．（100.9375）10=（1100100.1111）2 3．（1011111．01101）2=（ 137.32 ）8=（95.40625）10 4．（133.126）8=（5B.2B ）16 5．（1011）2×（101）2=（110111）2 6．（486）10=（010*********）8421BCD =（011110111001）余3BCD 7．（5.14）10=（0101.00010100）8421BCD 8．（10010011）8421BCD =（93）10 9．基本逻辑运算有 与 、或、非3种。 10．两输入与非门输入为01时，输出为 1 。 11．两输入或非门输入为01时，输出为 0 。 12．逻辑变量和逻辑函数只有 0 和 1 两种取值，而且它们只是表示两种不同的逻辑状态。 13．当变量ABC 为100时，AB +BC = 0 ，（A +B ）（A +C ）=__1__。 14．描述逻辑函数各个变量取值组合和函数值对应关系的表格叫 真值表 。 15． 用与、或、非等运算表示函数中各个变量之间逻辑关系的代数式叫 逻辑表达式 。 16．根据 代入 规则可从B A AB +=可得到C B A ABC ++=。 17．写出函数Z =ABC +（A +BC ）（A +C ）的反函数Z =））（C A C B A C B A ++++)((。 18．逻辑函数表达式F =（A +B ）（A +B +C ）（AB +CD ）+E ，则其对偶式F ＇= __（AB +ABC +（A +B ）（C +D ））E 。 19．已知CD C B A F ++=）（，其对偶式F ＇=D C C B A +??+）（。 20．ABDE C ABC Y ++=的最简与-或式为Y =C AB +。 21．函数D B AB Y +=的最小项表达式为Y = ∑m （1,3,9,11,12,13,14,15）。 22．约束项是 不会出现 的变量取值所对应的最小项，其值总是等于0。 23．逻辑函数F （A ,B ,C ）=∏M （1,3,4,6,7），则F （A ,B ,C ）=∑m （ 0，2，5）。 24．VHDL 的基本描述语句包括 并行语句 和 顺序语句 。 25．VHDL 的并行语句在结构体中的执行是 并行 的，其执行方式与语句书写的顺序无关。 26．在VHDL 的各种并行语句之间，可以用 信号 来交换信息。 27．VHDL 的PROCESS （进程）语句是由 顺序语句 组成的，但其本身却是 并行语句 。 28．VHDL 顺序语句只能出现在 进程语句 内部，是按程序书写的顺序自上而下、一条一条地执行。 29．VHDL 的数据对象包括 常数 、 变量 和 信号 ，它们是用来存放各种类型数据
数字逻辑课程设计 数字钟 姓名： 学号： 班级：物联网工程131班 学院：计算机学院 2015年10月10日
一、任务与要求 设计任务：设计一个具有整点报时功能的数字钟 要求： 1、显示时、分、秒的十进制数字显示，采用24小时制。 2、校时功能。 3、整点报时。 功能： 1、计时功能： 要求准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间。小时的计时要求为“12翻1”。 2、校时功能： 当数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正时间（简称校时）。校时是数字钟应具备的基本功能，一般电子手表都具有时、分、秒等校时功能。为使电路简单，这里只进行分和小时的校时。对校时电路的要求是：在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数。校时方式有“快校时”和“慢校时”两种。“快校时”是通过开关控制，使计数器对1Hz的校时脉冲计数。“慢校时”是用手动产生单脉冲作校时脉冲。 3、整点报时： 每当数字钟计时快要到整点时发出声响；通常按照4低音1高音的顺序发出间断声响；以最后一声高音结束的时刻为整点时刻。 二、设计方案 电路组成框图： 主体电路 扩 展 电 路时显示器 时译码器 时计数器 分显示器 分译码器 分计数器 校时电路 秒显示器 秒译码器 秒计数器 定时控制 仿电台报时 报整点时数
数字钟电路是一个典型的数字电路系统，其由时、分、秒计数器以及校时和显示电路组成。其主要功能为计时、校时和报时。利用60进制和12进制递增计数器子电路构成数字钟系统，由2个60进制同步递增计数器完成秒、分计数，由12进制同步递增计数器完成小时计数。秒、分、时之间采用同步级联的方式。开关S1和S2分别是控制分和时的校时。报时功能在此简化为小灯的闪烁，分别在59分51秒、53秒、55秒、57秒及59秒时闪烁，持续的时间为1秒。 三、设计和实现过程 1.各元件功能 74LS160：可预置BCD异步清除器，具有清零与置数功能的十进制递增计数器。 74LS00：二输入端四与非门 74LS04：六反相器 74LS08：二输入端四与门 74LS20：四输入端双与非门 2.各部分电路的设计过程 （1）时分秒计数器的设计 时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为12进制计数器。 秒/分钟显示电路：由于秒钟与分钟的都是为60进制的，所以它们的电路大体上是一样的，都是由一个10进制计数器和一个6进制计数器组成；有所不同的是分钟显示电路中的10进制计数器的ENP和ENT引脚是由秒钟显示电路的进位信号控制的。 分和秒计数器都是模M=60的计数器，其计数规律为00—01—…—58—59—00…。可选两片74LS160设计较为简单。 时计数器是一个“12翻1”的特殊进制计数器，即当数字钟运行到12时59分59秒时，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时，数字钟应自动显示为01时00分00秒，实现日常生活中习惯用的计时规律。可选两片74LS160设计。
课程设计(综合实验)报告题目：第四个实验数字电子钟院系：计算机科学系 班级：计算计科学与技术1班 学号： 学生姓名： 队员姓名： 指导教师：
《数字逻辑》综合实验 任务书 一、目的与要求 1 目的 综合实验是教学中必不可少的重要环节，通过综合实验巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。 注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内容、步骤和方法。 培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。 提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能 及其基本工程素质。 2.要求 能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。 根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。要求通过独立思考、深入钻研综合实验中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。 进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。 学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的正确使用方法。利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。
学会撰写综合实验总结报告。 通过综合实验，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。要求学生在设计过程中，坚持勤俭节约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。 在综合实验过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。 二、主要内容 数字电子钟 设计一台能显示时﹑分、秒的数字电子钟，要求如下： 1）秒﹑分为00—59六十进制计数器，时为00—23二十四进制计数器； 2）可手动校正：可分别对秒﹑分﹑时进行手动脉冲输入调整或连续脉冲输入校正，（校正时不能输出进位）。 元器件选择 74LS162：4块与非门74LS00：2块共阳数码管LED 74LS161：2块GAL16V8：2块晶体振荡器：1MHZ GAL20V8：1块TDS-4实验箱 导线若干 所需要器件的图片如下 1同步十进制计数器74LS162 3输入正与非门74LS00
数字逻辑电路课程设计 课题：电子密码锁设计 姓名： 班级：13通信 学号： 成绩： 指导教师： 开课时间:
目录 摘要 (1) 一课程设计目的内容及安排 (2) 1.1设计目的 (2) 1.2设计内容 (2) 1.3设计安排 (2) 1.4设计内容 (2) 二电子密码锁设计要求及总框图 (3) 2.1设计要求 (3) 2.2总框图 (4) 三各模块电路设计 (5) 3.1密码输入存储比较模块 (5) 3.2五秒计时电路 (6) 3.3二十秒计时电路 (8) 3.4报警电路 (10) 3.5总电路 (11) 四设计心得 (12) 五参考文献 (13)
电子密码锁 摘要：设计一个密码锁的控制电路，当输入正确代码时，输出开锁信号以推动执行机构工作，用红灯亮、绿灯熄灭表示关锁，用绿灯亮、红灯熄灭表示开锁；在锁的控制电路中储存一个可以修改的4位代码，当开锁按钮开关（可设置成6位至8位，其中实际有效为4位，其余为虚设）的输入代码等于储存代码时，开锁；从第一个按钮触动后的5秒内若未将锁打开，则电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打开，并由扬声器发出持续20秒的报警信号。密码输入存储及比较部分使用芯片74LS194及74LS85。五秒及时部分采用芯片74LS161和数码显示管。二十秒报警电路由74LS160，555定时器组成的多谐振荡器，LED灯和蜂鸣器组成。利用multisim对电路进行仿真可以得到结果。 关键词：电子密码锁，计时电路，报警电路
一课程设计目的内容及安排 1.1设计目的 1 根据设计要求，完成对交通信号灯的设计。 2 加强对Multisim10仿真软件的应用。 3 掌握交通信号灯的主要功能与在仿真软件中的实现方法。 4 掌握74LS160,74LS192等功能。 1.2 设计内容 设计一个密码锁的控制电路，当输入正确代码时，输出开锁信号以推动执行机构工作，用红灯亮、绿灯熄灭表示关锁，用绿灯亮、红灯熄灭表示开锁； 在锁的控制电路中储存一个可以修改的4位代码，当开锁按钮开关（可设置成6位至8位，其中实际有效为4位，其余为虚设）的输入代码等于储存代码时，开锁； 从第一个按钮触动后的5秒内若未将锁打开，则电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打开，并由扬声器发出持续20秒的报警信号。 1.3设计安排
数字逻辑课程设计 一、课程设计目的 《数字逻辑课程设计》是计算机大类学生的必修课之一，是《数字逻辑》课程的一个重要的实践教学环节，它与理论教学和实验教学相结合，培养学生综合运用所学的基础理论和掌握的基本技能来解决实际问题的能力。 课程设计通过完成一个课题的理论设计和实际调试工作，即能加深对所学知识的理解，又能培养综合的实践技能，从而提高分析问题和解决问题的能力。训练学生综合运用学过的数字逻辑的基本知识，独立设计比较复杂的数字电路的能力。通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。 二、课程设计要求 （一）教学要求 1．巩固和加深对数字逻辑各类型电路的设计方法及电子器件所构成电路的理解，并适当拓宽学生在电子线路领域的知识面。 2．初步掌握数字电路的设计、计算方法。能根据系统的技术指标，论证、拟订设计方案；选用合适的电路形式并进行工程计算及选择电路的元器件。 3．培养独立组织实验方案、正确选择使用实验仪器的能力，提高对功能电路和系统的安装调整、测试技术，以及综合运用所学理论知识解决实际问题的能力。（二）能力培养要求 1．通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。 2．通过实际电路方案的比较分析、设计计算、元件选取、安装调试等环节，掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。 3．掌握常用仪器设备的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。 4．综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务。 5．培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
三、课程设计内容 从参考题目中自选1题进行资料查找和设计，具体课题及要求见附件1。 1．数码管显示控制器 2．乒乓球游戏机 3．智力竞赛抢答器 4．数字钟 5．交通灯控制器 四、设计报告的内容和要求 报告的内容包括以下几个方面： 1、课程设计题目：自选题目名称 2、设计任务及主要性能指标和要求 3、电路的设计 （1）根据功能要求构建总体设计方案，比较和选定设计的系统方案，确定整个电路的组成及各单元电路完成的功能，画出系统框图。 （2）单元电路的设计、参数计算、器件选择及介绍。 （3）画出完整的总体电路设计图（器件型号、元件参数应标出）和必要的波形图，并说明电路的工作原理。 4、整理测试数据，分析是否满足设计要求。 5、在安装调试中的方法技巧，遇到的问题、原因及解决方法。 6、元器件清单。 7、总结设计电路的特点和方案的优缺点。 8、设计收获体会 9、参考文献。 设计实验部分根据实际完成的实验内容，按照上面自选题目包括的各部分内容进行编写。 报告要求根据课程设计报告的内容要求认真书写，所有的内容一律用课程设计报告书手写，总页数不得少于15页。
第一章数字逻辑基础 第一节重点与难点 一、重点： 1.数制 2.编码 (1)二—十进制码（ BCD 码） 在这种编码中，用四位二进制数表示十进制数中的 0~9 十个数码。常用的编码有 8421BCD 码、 5421BCD 码和余 3 码。 8421BCD 码是由四位二进制数0000 到 1111 十六种组合中前十种组合，即0000~1001 来代表十进制数0~9 十个数码，每位二进制码具有固定的权值8、 4、 2、1，称有权码。 余 3 码是由 8421BCD 码加 3（ 0011）得来，是一种无权码。 (2)格雷码 格雷码是一种常见的无权码。这种码的特点是相邻的两个码组之间仅有一位不同，因而 其可靠性较高，广泛应用于计数和数字系统的输入、输出等场合。 3.逻辑代数基础 (1)逻辑代数的基本公式与基本规则 逻辑代数的基本公式反映了二值逻辑的基本思想，是逻辑运算的重要工 具，也是学习数字电路的必备基础。 逻辑代数有三个基本规则，利用代入规则、反演规则和对偶规则使逻辑函 数的公式数目倍增。 (2)逻辑问题的描述 逻辑问题的描述可用真值表、函数式、逻辑图、卡诺图和时序图，它们各具特点又相互关联，可按需选用。 (3)图形法化简逻辑函数 图形法比较适合于具有三、四变量的逻辑函数 的简化。二、难点： 1.给定逻辑函数，将逻辑函数化为最简 用代数法化简逻辑函数，要求熟练掌握逻辑代数的基本公式和规则，熟练运 用四个基本方法—并项法、消项法、消元法及配项法对逻辑函数进行化简。 用图形法化简逻辑函数时，一定要注意卡诺图的循环邻接的特点，画 包围圈时应把每个包围圈尽可能画大。 2.卡诺图的灵活应用 卡诺图除用于简化函数外，还可以用来检验化简结果是否最简、判断函数间的关系、 求函数的反函数和逻辑运算等。 3.电路的设计 在工程实际中，往往给出逻辑命题，如何正确分析命题，设计出逻辑电路 呢？通常的步骤如下：
一、教学目标 （一）课程性质 课程设计。 （二）课程目的 1.进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。 2.了解数字电路设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。 3.训练学生综合运用学过的数字电路的基本知识，独立设计相对复杂的数字电路的能 力。 4.培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。 二、教学内容基本要求及学时分配 （一）课程设计题目 题目见附录，原则上每三人一组，一组一题。 题目共14个，同一班级内不能选同一题目，即各班独立在14个题目中选择。 （二）设计内容 拿到题目后首先进行电路设计。然后在微机上采用Multisim输入设计电路，进行仿真，直至满足设计要求。 （三）设计要求 （1）事先预习，提出大体的设计构思； （2）按题目要求的逻辑功能进行设计，电路各个组成部分须有设计说明； （3）仿真完成后，需把设计的电路备份以备抽查； （四）使用的软件 使用软件为Multisim9。 三、主要教学环节 （一）设计安排 1.第1天讲授设计需要的软件、设计的要求、布置设计题目； 2.第1、2天学生进行设计，由教师验收，然后学生撰写和打印设计报告。 （二）指导与答疑 每天都有教师现场答疑，学生有疑难问题可找教师答疑。学时应充分发挥主观能动性，提高个人的动手能力，不应过分依赖教师。 （三）设计的考评 设计全部完成后，须经教师验收。验收时学生要讲述自己设计电路的原理、仿真情况。 教师根据学生设计全过程的表现和验收情况给出成绩。
四、课程设计报告的内容和要求 （一）课程设计报告的内容 按附录中给出的报告模板进行编写，用A4纸打印，左侧装订。 （二）课程设计报告编写的基本要求 1、按范例的格式书写，所有的内容一律打印； 2、报告内容包括设计过程、设计的电路图，软件仿真的结果及分析等； 3、设计过程中如果需要，列出设计的真值表； 4、整体电路原理图需说明各个部分的功能，仿真波形需说明如何对应设计要求； 5、相关知识可参考《逻辑设计基础》一书。因不同班级中可能有人选择相同题目，所以不允许有完全一样的报告，对于报告完全相同者，记为不及格。
FPGA/CPLD数字逻辑电路设计经验 2007-01-20 15:18 摘要：在数字电路的设计中，时序设计是一个系统性能的主要标志，在高层次设计方法中，对时序控制的抽象度也相应提高，因此在设计中较难把握，但在理解RTL电路时序模型的基础上，采用合理的设计方法在设计复杂数字系统是行之有效的，通过许多设计实例证明采用这种方式可以使电路的后仿真通过率大大提高，并且系统的工作频率可以达到一个较高水平。 关键词：FPGA 数字电路 时序 时延路径 建立时间 保持时间 1 数字电路设计中的几个基本概念： 1.1 建立时间和保持时间： 建立时间（setup time）是指在触发器的时钟信号上升沿到来以前，数据稳定不变的时间，如果建立时间不够，数据将不能在这个时钟上升沿被打入触发器；保持时间（hold time）是指在触发器的时钟信号上升沿到来以后，数据稳定不变的时间， 如果保持时间不够，数据同样不能被打入触发器。 如图1 。 数据稳定传输必须满足建立和保持时间的要求，当然在一些情况下，建立时间和保持时间的值可以为 零。 PLD/FPGA开发软件可以自动计算两个相关输入的建立和保持时间（如图2） 图1 建立时间和保持时间关系图 注：在考虑建立保持时间时，应该考虑时钟树向后偏斜的情况，在考虑建立时间时应该考虑时钟树向前偏斜的情况。在进行后仿真时，最大延迟用来检查建立时间，最小延时用来检查保持时间。 建立时间的约束和时钟周期有关，当系统在高频时钟下无法工作时，降低时钟频率就可以使系统完成工作。保持时间是一个和时钟周期无关的参数，如果设计不合理，使得布局布线工具无法布出高质量的时钟树，那么无论如何调整时钟频率也无法达到要求，只有对所设计系统作较大改动才有可能正常工作，导致设计效率大大降低。因此合理的设计系统的时序是提高设计质量的关键。在可编程器件中，时钟树的偏斜几乎可以不考虑，因此保持时间通常都是满足的。 1.2 FPGA中的竞争和冒险现象 信号在FPGA器件内部通过连线和逻辑单元时，都有一定的延时。延时的大小与连线的长短和逻辑单元的数目有关，同时还受器件的制造工艺、工作电压、温度等条件的影响。信号的高低电平转换也需要一定的过渡时间。由于存在这两方面因素，多路信号的电平值发生变化时，在信号变化的瞬间，组合逻辑的输出有先后顺序，并不是同时变化,往往会出
数字逻辑课程设计 ——流水灯的设计 1问题概述： 设计一个可以循环移动的流水灯，灯总数为8盏，具体要求如下： 1、5亮，其余灭，右移三次后全灭 4、8亮，其余灭，左移三次后全灭 4、5亮，其余灭，各向两边移三次后全灭 1、8亮，其余灭，各向中间移三次后全灭 所要求的彩灯电路在某电路板上完成，该电路板能够提供48MHz标准时钟信号，附带有8个共阳的LED管可作为彩灯使用。 2问题分析 本装置可以看作一个具有20个状态的无输入、8个输出的Moore型时钟同步状态机，每一个状态对应依次出现的每一种亮灯情况，用5位状态编码表示。这里构造一个模20的计数器来循环产生这20种状态。同时对于输入的48MHz的标准时钟信号，需要将其转化为1HZ的信号，此处同样用计数器来实现分频功能。8个输出分别控制LED的发光情况。这里使用5-32的译码器实现输出函数的构造。电路框图如下： 这里使用一个5位的状态编码Q4Q3Q2Q1Q0，表示20个状态。8位的输出函数F7F6F5F4F3F2F1F0分别表示由左至右每一个灯的通断情况。由于本题中LED灯采用共阳极连接方式，所以当Fn为低电平时，对应的LED灯发光。 本电路状态图如下：
本电路的转移/输出表如下： 现针对每一部分设计具体电路 3设计方案 3.11/48MHz分频电路 对于48MHz的信号，一秒钟内有4.8*10^7个周期，而所需1Hz信号，每秒只有一个周期。使输入信号每经过2.4*10^7个周期，输出信号翻转一次方向，便可获得所需的1Hz信号。可以构造一个模4.8*10^7的计数器用于计数，并使计数器输出的最高位在一秒之内恰好变化一次，且占空比为50%，故采用7片74x163进行级联。计数范围为：0110100100011100101000000000-1001011011100011010111111111。这样恰好可以保证最高