南通大学计算机科学与技术学院计算机数字逻辑设计 实验报告书 实验名组合逻辑电路数据选择器实验 班级_____计嵌151_______________ 姓名_____张耀_____________________ 指导教师顾晖 日期 2016-11-03
目录 实验一组合逻辑电路数据选择器实验 (1) 1.实验目的 (1) 2.实验用器件和仪表 (1) 3.实验内容 (1) 4.电路原理图 (1) 5.实验过程及数据记录 (2) 6.实验数据分析与小结 (9) 7.实验心得体会 (9)
实验三组合逻辑电路数据选择器实验 1 实验目的 1. 熟悉集成数据选择器的逻辑功能及测试方法。 2. 学会用集成数据选择器进行逻辑设计。 2 实验用器件和仪表 1、8 选 1 数据选择器 74HC251 1 片 3 实验内容 1、基本组合逻辑电路的搭建与测量 2、数据选择器的使用 3、利用两个 74HC251 芯片（或 74HC151 芯片）和其他辅助元件，设计搭建 16 路选 1 的电路。 4 电路原理图 1、基本组合逻辑电路的搭建与测量 2、数据选择器的使用
3、利用两个 74HC251 芯片（或 74HC151 芯片）和其他辅助元件，设计搭建 16 路选 1 的 电路。 5 实验过程及数据记录 1、基本组合逻辑电路的搭建与测量 用 2 片 74LS00 组成图 3.1 所示逻辑电路。为便于接线和检查，在图中要注明芯片编号及各引脚对应的编号。
图 3.1 组合逻辑电路 （2）先按图 3.1 写出 Y1、Y2 的逻辑表达式并化简。 Y1==A·B ·A =A + A·B=A + B Y2=B·C ·B·A = A · B+ B ·C （3）图中 A、B、C 接逻辑开关，Y1，Y2 接发光管或逻辑终端电平显示。（4）改变 A、B、C 输入的状态，观测并填表写出 Y1，Y2 的输出状态。 表 3.1 组合电路记录
广东海洋大学学生实验报告书（学生用表） 实验名称 课程名称 课程号 学院(系) 专业 班级 学生姓名 学号 实验地点 实验日期 实验3：触发器逻辑功能测试及应用 一、实验目的 1、掌握集成触发器的逻辑功能及使用方法 2、熟悉触发器之间相互转换的方法 二、实验内容及步骤 1、测试双JK 触发器74LS112逻辑功能。 在输入信号为双端的情况下，JK 触发器是功能完善、使用灵活和通用性较强的一种触发器。本实验采用74LS112双JK 触发器，是下降边沿触发的边沿触发器。JK 触发器的状态方程为Q * ＝J Q ＋K Q （1）JK 触发器74LS112逻辑电路引脚图如下： 图1 （2）测试复位、置位功能，将测试结果填入表1。 表1 （3）触发功能测试，按表2要求测试JK 触发器逻辑功能。 表2 GDOU-B-11-112
（4） 根据图 2逻辑图将JK 触发器分别连接成T 触发器和T ′触发器，并通过做实验进行验证。 注释：T 触发器的逻辑功能：当T ＝0时，时钟脉冲作用后，其状态保持不变；当T ＝1时，时钟脉冲作用后，触发器状态翻转。如果将T 触发器的T 端置“1”，即得T'触发器。在T'触发器的CP 端每来一个CP 脉冲信号，触发器的状态就翻转一次，故称之为反转触发器，广泛用于计数电路中。 图2 2、测试双D 触发器74LS74的逻辑功能 在输入信号为单端的情况下，D 触发器用起来最为方便，其状态方程为 Q * ＝D ，其输出状态的更新发生在CP 脉冲的上升沿，故又称为上升沿触发的边沿触发器，触发器的状态只取决于时钟到来前D 端的状态，D 触发器的应用很广，可用作数字信号的寄存，移位寄存，分频和波形发生等。 （1）D 触发器74LS74逻辑电路引脚图3所示。
实验五时序逻辑电路(计数器和寄存器)-实验报告 一、实验目的 1．掌握同步计数器设计方法与测试方法。 2．掌握常用中规模集成计数器的逻辑功能和使用方法。 二、实验设备 设备：THHD-2型数字电子计数实验箱、示波器、信号源 器件：74LS163、74LS00、74LS20等。 三、实验原理和实验电路 1．计数器 计数器不仅可用来计数，也可用于分频、定时和数字运算。在实际工程应用中，一般很少使用小规模的触发器组成计数器，而是直接选用中规模集成计数器。 2．(1) 四位二进制（十六进制）计数器74LS161（74LS163） 74LSl61是同步置数、异步清零的4位二进制加法计数器，其功能表见表5.1。 74LSl63是同步置数、同步清零的4位二进制加法计数器。除清零为同步外，其他功能与74LSl61相同。二者的外部引脚图也相同，如图5.1所示。 表5.1 74LSl61（74LS163）的功能表 清零预置使能时钟预置数据输入输出 工作模式R D LD EP ET CP A B C D Q A Q B Q C Q D 0 ××××（）××××0 0 0 0 异步清零 1 0 ××D A D B D C D D D A D B D C D D同步置数 1 1 0 ××××××保持数据保持 1 1 ×0 ×××××保持数据保持 1 1 1 1 ××××计数加1计数3．集成计数器的应用——实现任意M进制计数器 一般情况任意M进制计数器的结构分为3类，第一类是由触发器构成的简单计数器。第二类是由集成二进制计数器构成计数器。第三类是由移位寄存器构成的移位寄存型计数器。第一类，可利用时序逻辑电路的设计方法步骤进行设计。第二类，当计数器的模M较小时用一片集成计数器即可以实现，当M较大时，可通过多片计数器级联实现。两种实现方法：反馈置数法和反馈清零法。第三类,是由移位寄存器构成的移位寄存型计数器。 4．实验电路： 十进制计数器 同步清零法 同步置数法
实验3 时序逻辑电路设计（1） 实验内容与步骤： 1.设计一个4路扭环计时器电路。 要求：计数器的状态每隔1S变换一次；利用LED1-LED4（低电平驱动）显示计数器。 实验步骤 1）新建工程文件夹； 2）启动Quartus II； 3）选择File->New Project Wizard，建立新工程； 4）要求：工程名与顶层实体名为johnson，器件选择“Cyclone”中的EP1C6Q240C8 5）File->New->Verilog HDL File建立Verilog设计文件； module johnson(clk,led); input clk；//输入时钟信号 output [3:0] led；//输出计数器计数状态，对应于开发板中的LED1-LED4，低电平点亮reg [3:0] led 6）选择Processing->Start->Start Analysis&Elaboration对源程序进行语法分析；6）选择Processing->Start->Start Analysis&Synthesis进行电路综合； 7）选择Tools->Netlist Viewers->RTL Viewer，查看综合后得到的电路； 8）选择Assignments->Pins进行器件引脚分配； 序号信号引脚编号 1 led[0](对应于开发板LED1) 50 2 led1[1](对应于开发板LED2) 53 3 led2[2](对应于开发板LED3) 54 4 led3[3](对应于开发板LED4) 55 5 clk(48MHZ时钟信号输入) 28 9）选择Assignments->Device，选择“Device and Pin Options”按钮，在打开的“Device and Pin Options”对话框中，选择“Unused Pins”选项卡，从中选择“As input tri-stated”选项。10）选择Processing->Start->Start Fitter进行器件适配； 11）选择Processing->Start->Start Assembler生成下载文件； 12）连接好实验箱中的跳线，并将实验箱与计算机相连，并打开实验箱电源； 13）选择Tools->Porgrammer选项，将设计文件下载到FPGA中，并观察实验结果。
实验二组合逻辑电路的设计 一、实验目的 1.掌握组合逻辑电路的设计方法及功能测试方法。 2.熟悉组合电路的特点。 二、实验仪器及材料 a) TDS-4数电实验箱、双踪示波器、数字万用表。 b) 参考元件：74LS86、74LS00。 三、预习要求及思考题 1．预习要求： 1）所用中规模集成组件的功能、外部引线排列及使用方法。 2) 组合逻辑电路的功能特点和结构特点. 3) 中规模集成组件一般分析及设计方法. 4）用multisim软件对实验进行仿真并分析实验是否成功。 2.思考题 在进行组合逻辑电路设计时，什么是最佳设计方案 四、实验原理 1．本实验所用到的集成电路的引脚功能图见附录 2.用集成电路进行组合逻辑电路设计的一般步骤是： 1）根据设计要求，定义输入逻辑变量和输出逻辑变量，然后列出真值表； 2）利用卡络图或公式法得出最简逻辑表达式，并根据设计要求所指定的门电路或选定的门电路，将最简逻辑表达式变换为与所指定门电路相应的形式； 3）画出逻辑图； 4）用逻辑门或组件构成实际电路，最后测试验证其逻辑功能。 五、实验内容 1．用四2输入异或门（74LS86）和四2输入与非门（74LS00）设计一个一位全加器。 1）列出真值表,如下表2-1。其中A i、B i、C i分别为一个加数、另一个加数、低位向本位的进位；S i、C i+1分别为本位和、本位向高位的进位。 A i B i C i S i C i+1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 10 1 1 1 00 1 1 1 1 1 1 2）由表2-1全加器真值表写出函数表达式。
湘潭大学实验报告 课程名称数学逻辑与数字电路实验名称时序电路实验——计数器和移位寄存器_ 页数 6 专业计算机科学与技术班级_ 二班_ 学号2014551442 姓名肖尧实验日期_ 2016/5/14_ 一、实验目的 1.验证同步十六位计数器的功能。 2.设计一个8位双向移位寄存器，理解移位寄存器的工作原理，掌握串入/并出端口控制的描述方法。 3.进一步熟悉Quartus II的Verilog HDL文本设计流程，掌握组合电路的设计仿真和硬件测试。 4.初步掌握Quartus II基于LPM宏模块的设计流程与方法，并由此引出基于LPM模块的许多其他实用数学系统的自动设计技术。 二、实验要求 1.用Quartus II的Verilog HDL进行计数器的设计与仿真 2.用LPM宏模块设计计数器。 3.用Quartus II的Verilog HDL进行8位双向移位寄存器设计 4.在实验系统上进行硬件测试，验证这两个设计的功能。 5.写出实验报告。 三、实验原理 计数器能记忆脉冲的个数，主要用于定时、分频、产生节拍脉冲及进行数字运算等。加法计数器每输入一个CP脉冲，加法计数器的计数值加1.十六进制计数即从0000一直计数到1111；当计数到1111时，若再来一个CP脉冲，则回到0000，同时产生进位1。 同步十六进制计数器设计采用if-else语句对计数器的输出分别进行赋值，能实现对输入脉冲的计数，并具有使能和异步清零功能。 移位寄存器不仅具有存储代码的功能，而且在移位脉冲作用下，还有左移、右移等功能。设计一个8位二进制双向移位寄存器，能实现数据保持、右移、左移、并行置入和并行输出等功能。移位寄存器有三种输入方式：8位并行输入、1位左移串行输入、1位右移串行输入；有一种输出方式：8位并行输出。双向移位寄存器工作过程如下： （1）当1位数据从左移串行输入端输入时，首先进入内部寄存器最高位，并在并行输出口最高位输出，后由同步时钟的上升沿触发向左移位。 （2）当1位数据从右移串行输入端输入时，首先进入内部寄存器最低位，并在并行输出口最低位输出，后由同步时钟的上升沿触发向右移位。 四、实验内容 1.利用Quartus II完成计数器、8位双向移位寄存器的文本编辑输入和仿真测试，给出仿真波形。 2. 用LPM宏模块设计计数器 3.给他们进行引脚锁定，然后硬件下载测试。 五、实验环境与设备 Quartus II以及进行硬件测试的实验箱。 六、实验代码设计（含符号说明）
实验三组合逻辑电路的设计（一） 一、实验目的 1．掌握用SSI器件设计组合逻辑电路的方法； 2．熟悉各种常用MSI组合逻辑电路的功能与使用方法； 3．掌握多片MSI组合逻辑电路的级联、功能扩展； 4．学会使用MSI逻辑器件设计组合电路； 5．培养查找和排除数字电路常见故障的初步能力。 二、实验器件 1．74LS00 四二输入与非门74LS20 双四输入与非门 2．74LS138 三线—八线译码器74LS139 双二线—四线译码器 三、实验原理 组合逻辑电路是最常见的逻辑电路，其特点是在任何时刻电路的输出信号仅取决于该时刻的输入信号，而与信号作用前电路原来所处的状态无关。组合逻辑电路的设计，就是如何根据逻辑功能的要求及器件资源情况，设计出实现该功能的最佳电路。 在采用小规模器件（SSI）进行设计时，通常将函数化简成最简与—或表达式，使其包含的乘积项最少，且每个乘积项所包含的因子数也最少。最后根据所采用的器件的类型进行适当的函数表达式变换，如变换成与非—与非表达式﹑或非—或非表达式﹑与或非表达式及异或表达式等。 在数字系统中，常用的中规模集成器件(MSI)产品有编码器﹑译码器﹑全加器﹑数据选择/分配器﹑数值比较器等。用这些功能器件实现组合逻辑函数，基本采用逻辑函数对比方法。因为每一种中规模集成器件都具有某种确定的逻辑功能，都可以写出其输出和输入关系的逻辑函数表达式。在进行设计时，可以将要实现的逻辑函数表达式进行变换，尽可能变换成与某些中规模集成器件的逻辑函数表达式类似的形式。 下来我们介绍一下使用中小规模器件设计组合逻辑电路的一般方法。 四、组合电路设计原则及其步骤 组合电路的设计是由给定的的逻辑功能要求，设计出实现该功能的逻辑电路，设计过程大致按下列步骤进行： （1）分析设计要求，把用文字描述的形式的设计要求抽象成输入、输出变量的逻辑关系；（2）根据分析出的逻辑关系，通过真值表或其他方式列出逻辑函数表达式； （3）根据题目提供给你的芯片，将逻辑函数化简到所需要的函数式； （4）画出逻辑电路图或电路原理图； 对于MSI组合逻辑电路的设计是以所用MSI个数最少、品种最少，同时MSI间的连线也最少作为最基本的原则。 下面使用中小规模器件我们各举一个例子： 例：用与非门设计三位多数表决器。 步骤：（1）根据真值表写出逻辑表达式： F = AB + BC + AC = AB BC AC （2）画出逻辑图，如图3—1所示
时序逻辑电路实验报告 一、实验目的 1. 加深理解时序逻辑电路的工作原理。 2. 掌握时序逻辑电路的设计方法。 3. 掌握时序逻辑电路的功能测试方法。 二、实验环境 1、PC机 2、Multisim软件工具 三、实验任务及要求 1、设计要求： 要求设计一个计数器完成1→3→5→7→9→0→2→4→6→8→1→…的循环计数（设初值为1），并用一个数码管显示计数值（时钟脉冲频率为约1Hz）。 2、实验内容： （1）按要求完成上述电路的功能。 （2）验证其功能是否正确。 四、实验设计说明（简述所用器件的逻辑功能，详细说明电路的设计思路和过程） 首先根据题目要求（即要完成1到9的奇数循环然后再0到8的偶数循环）画出真值表，如下图。画出真值表后，根据真值表画出各次态对应的卡诺图，如下图。然后通过化简卡诺图，得到对应的次态的状态方 程；
然后开始选择想要用于实现的该电路的器件，由于老师上课时所用的例题是用jk触发器完成的，我觉得蛮不错的，也就选择了同款的jk触发器；选好器件之后，根据状态方程列出jk触发器的驱动方程。然后根据驱动方程连接好线路图，为了连接方便，我也在纸上预先画好了连接图，以方便照着连接。接下来的工作就是在multisim上根据画好的草图连接器件了，然后再接上需要的显示电路，即可完成。
五、实验电路（画出完整的逻辑电路图和器件接线图）
六、总结调试过程所遇到的问题及解决方法，实验体会 1、设计过程中遇到过哪些问题？是如何解决的？ 在设计过程中最大的问题还是忘记设计的步骤吧，因为老师是提前将实验内容已经例题讲解给我们听的，而我开始实验与上课的时间相隔了不短的时间，导致上课记下来的设计步骤忘得七七八八，不过好在是在腾讯课堂上得网课，有回放，看着回放跟着老师的思路走一遍后，问题也就迎刃而解了，后面的设计也就是将思路步骤走一遍而已，没再遇到什么困难。 2、通过此次时序逻辑电路实验，你对时序逻辑电路的设计是否有更清楚的认识？若没有，请分析原因；若有，请说明在哪些方面更加清楚。 通过这次时序逻辑电路实验，我最大的感触就是实验设计的思路与步骤一定要清晰，思路与步骤的清晰与否真的是造成实验设计是否困难的最重要的因素。清晰的话，做起实验来如同顺水推舟，毫不费力，不清晰的话则如入泥潭，寸步难行。
实验三组合逻辑电路(常用门电路、译码器和数据选择器) 一、实验目的 1．掌握组合逻辑电路的设计方法 2．了解组合逻辑电路的冒险现象与消除方法 3．熟悉常用门电路逻辑器件的使用方法 4．熟悉用门电路、74LS138和74LS151进行综合性设计的方法 二、实验原理及实验资料 （一）组合电路的一般设计方法 1．设计步骤 根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最简单逻辑电路，这就是设计组合逻辑电路时要完成的工作。组合逻辑电路的一般设计步骤如图3.1所示。 图3.1 组合逻辑电路的一般设计步骤 设计组合逻辑电路时，通常先将实际问题进行逻辑抽象，然后根据具体的设计任务要求列出真值表，再根据器件的类型将函数式进行化简或变换，最后画出逻辑电路图。 2. 组合电路的竞争与冒险（旧实验指导书P17～20） （二）常用组合逻辑器件 1．四二输入与非门74LS00 74LS00为双列直插14脚塑料封装，外部引脚排列和内部逻辑结构如图3.2所示。它共有四个独立的二输入“与非”门，每个门的构造和逻辑功能相同。 图3.2 74LS00引脚排列及内部逻辑结构 2．二四输入与非门74LS20
74LS20为双列直插14脚塑料封装，外部引脚排列和内部逻辑结构如图3.3所示。它共有两个独立的四输入“与非”门，每个门的构造和逻辑功能相同。 图3.3 74LS20引脚排列及内部逻辑结构 3．四二输入异或门74LS86 74LS86为双列直插14脚塑料封装，外部引脚排列和内部逻辑结构如图3.4所示。它共有四个独立的二输入“异或”门，每个门的构造和逻辑功能相同。 图3.4 74LS86引脚排列及内部逻辑结构 3．3线－8线译码器74LS138 74LS138是集成3线－8线译码器，其功能表见表3.1。它的输出表达式为 i A B i Y G G G m 122（i ＝0，1，…7；m i 是最小项），与基本门电路配合使用，它能够实现任何三变量的逻辑函数。74LS138为双列直插16脚塑料封装，外部引脚排列如图3.5所示。
实验三时序逻辑电路 学习目标： 1、掌握时序逻辑电路的一般设计过程 2、掌握时序逻辑电路的时延分析方法，了解时序电路对时钟信号相关参数的基本要求 3、掌握时序逻辑电路的基本调试方法 4、熟练使用示波器和逻辑分析仪观察波形图 实验内容： 1、广告流水灯（第 9 周课内验收）用触发器、组合函数器件和门电路设计一个广告流水灯，该流水灯由 8 个 LED 组成，工作时始终为 1 暗 7 亮，且这一个暗灯循环右移。 (1) 写出设计过程，画出设计的逻辑电路图，按图搭接电路 (2) 将单脉冲加到系统时钟端，静态验证实验电路 (3) 将 TTL 连续脉冲信号加到系统时钟端，用示波器观察并记录时钟脉冲 CP、触发器的输出端 Q2、Q1、 Q0 和 8 个 LED 上的波形。 2、序列发生器（第 10 周课内实物验收计数器方案）分别用 MSI 计数器和移位寄存器设计一个具有自启动功能的 01011 序列信号发生器 (1) 写出设计过程，画出电路逻辑图 (2) 搭接电路，并用单脉冲静态验证实验结果 (3) 加入 TTL 连续脉冲，用示波器观察观察并记录时钟脉冲 CLK、序列输出端的波形。 3、4 位并行输入-串行输出曼切斯特编码电路（第10周课内验收，基础要求占70%，扩展要求占30%） 在电信与数据存储中, 曼彻斯特编码（Manchester coding），又称自同步码、相位编码（phase encoding，PE），它能够用信号的变化来保持发送设备和接收设备之间的同步，在以太网中，被物理层使用来编码一个同步位流的时钟和数据。曼彻斯特编码用电压的变化来分辨 0 和 1，从高电平到低电平的跳变代表 0，而从低电平到高电平的跳变代表 1。信号的保持不会超过一个比特位的时间间隔。即使是 0 或 1 的序列，信号也将在每个时间间隔的中间发生跳变。这种跳变将允许接收设备的时钟与发送设备的时钟保持一致，图 3.1 为曼切斯特编码的例子。 设计一个电路，它能自动加载 4 位并行数据，并将这4位数据逐个串行输出（高位在前），每个串行输出位都被编码成曼切斯特码，当 4 位数据全部传输完成后，重新加载新数据，继续传输，如图 3.2 所示。
实验三时序逻辑电路的VHDL设计 一、实验目的与要求 1、目的 （1）熟悉VHDL语言的编程方法 （2）学会利用VHDL语言设计实现时序逻辑功能器件的逻辑功能。 （3）总结体会VHDL语言的编程技巧方法 2、要求 （1）调试程序要记录调试过程中出现的问题及解决办法； （2）给出每个问题的算法或画出流程图； （3）编写程序要规范、正确，上机调试过程和结果要有记录，并注意调试程序集成环境的掌握及应用，不断积累编程及调试经验； （4）做完实验后给出本实验的实验报告。 二、实验设备、环境 PII以上计算机，装有QuartusII软件 三、方法与步骤 （一）教师简单回顾所需知识并演示较一个简单功能的实现过程。 1、简单回顾组合逻辑电路的特点及常用逻辑功能器件的功能 2、回顾QuartusII的VHDL操作步骤 3、以JKFF为例，重点演示该时序逻辑单元的VHDL设计过程。 （1）JKFF的参考VHDL源程序 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY JK_FF IS PORT(J,K:IN STD_LOGIC; CLK:IN STD_LOGIC; Q:OUT STD_LOGIC); END JK_FF; ARCHITECTURE A OF JK_FF IS SIGNAL QTMP:STD_LOGIC; SIGNAL J_K:STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 1); BEGIN J_K<=J&K; PROCESS(CLK,J_K) BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN CASE J_K IS WHEN "00"=>NULL;
实验一 组合逻辑电路的设计 一、实验目的： 1、 掌握组合逻辑电路的设计方法。 2、 掌握组合逻辑电路的静态测试方法。 3、 加深FPGA 设计的过程，并比较原理图输入和文本输入的优劣。 4、 理解“毛刺”产生的原因及如何消除其影响。 5、 理解组合逻辑电路的特点。 二、实验的硬件要求： 1、 EDA/SOPC 实验箱。 2、 计算机。 三、实验原理 1、组合逻辑电路的定义 数字逻辑电路可分为两类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路中不包含记忆单元（触发器、锁存器等），主要由逻辑门电路构成，电路在任何时刻的输出只和当前时刻的输入有关，而与以前的输入无关。时序电路则是指包含了记忆单元的逻辑电路，其输出不仅跟当前电路的输入有关，还和输入信号作用前电路的状态有关。 通常组合逻辑电路可以用图1.1所示结构来描述。其中，X0、X1、…、Xn 为输入信号， L0、L1、…、Lm 为输出信号。输入和输出之间的逻辑函数关系可用式1.1表示： 2、组合逻辑电路的设计方法 组合逻辑电路的设计任务是根据给定的逻辑功能，求出可实现该逻辑功能的最合理组 合电路。理解组合逻辑电路的设计概念应该分两个层次：（1）设计的电路在功能上是完整的，能够满足所有设计要求；（2）考虑到成本和设计复杂度，设计的电路应该是最简单的，设计最优化是设计人员必须努力达到的目标。 在设计组合逻辑电路时，首先需要对实际问题进行逻辑抽象，列出真值表，建立起逻辑模型；然后利用代数法或卡诺图法简化逻辑函数，找到最简或最合理的函数表达式；根据简化的逻辑函数画出逻辑图，并验证电路的功能完整性。设计过程中还应该考虑到一些实际的工程问题，如被选门电路的驱动能力、扇出系数是否足够，信号传递延时是否合乎要求等。组合电路的基本设计步骤可用图1.2来表示。 3、组合逻辑电路的特点及设计时的注意事项 ①组合逻辑电路的输出具有立即性，即输入发生变化时，输出立即变化。（实际电路中 图 1.1 组合逻辑电路框图 L0=F0(X0,X1,···Xn) · · · Lm=F0(X0,X1,···Xn) （1.1） 图 1.2 组合电路设计步骤示意图图
实验五时序逻辑电路（计数器和寄存器）-实验报告一、实验目的 1掌握同步计数器设计方法与测试方法。 2 ?掌握常用中规模集成计数器的逻辑功能和使用方法。 二、实验设备 设备：THHD-2型数字电子计数实验箱、示波器、信号源 器件：74LS163、74LS00、74LS20 等。 三、实验原理和实验电路 1计数器 计数器不仅可用来计数，也可用于分频、定时和数字运算。在实际工程应用中，一般很少使用小规模的触发器组成计数器，而是直接选用中规模集成计数器。 2. （1）四位二进制（十六进制）计数器74LS161 （74LS163） 74LS161是同步置数、异步清零的4位二进制加法计数器，其功能表见表。 74LS163是同步置数、同步清零的4位二进制加法计数器。除清零为同步外，其他功能与74LS161相同。二者的外部引脚图也相同，如图所示。 3.集成计数器的应用一一实现任意M进制计数器
Eft CR IK rh th Ih ET 7-I1A C1M /( 制扭环计数 同步清零法器 同步置数法 般情况任意M 进制计数器的结构分为 3类，第一类是由触发器构成的简单计数器。 第 二类是 由集成二进制计数器构成计数器。第三类是由移位寄存器构成的移位寄存型计数器。 第一类，可利用时序逻辑电路的设计方法步骤进行设计。 第二类，当计数器的模 M 较小时用 一片集成计数器即可以实现，当 M 较大时，可通过多片计数器级联实现。两种实现方法：反 馈置数法和反馈清零法。第三类，是由移位寄存器构成的移位寄存型计数器。 4?实验电路： 十进制计数器 1
图74LS161 (74LS163)外部引脚图 四、实验内容及步骤 1 .集成计数器实验 （1）按电路原理图使用中规模集成计数器74LS163和与非门74LS00,连接成一个同步置数或同步清零十进制计数器，并将输出连接至数码管或发光二极管。然后使用单次脉冲作为触发输入，观察数码管或发光二极管的变化，记录得到电路计数过程和状态的转换规律。 （2）根据电路图，首先用D触发器74LS7474构成一个不能自启的六进制扭环形计数器，同样将输出连接至数码管或发光二极管。然后使用单次脉冲作为触发输入，观察数码管或发光二 极管的变化，记录得到电路计数过程和状态的转换规律。注意观察电路是否能自启，若不能自启，则将电路置位有效状态。接下来再用D触发器74LS7474构成一个能自启的六进制扭环 形计数器，重复上述操作。 2?分频实验 依据实验原理图用74LS163及74LS00组成一个具有方波输出的六分频电路。选择适当时钟输入方式及频率（CP接连续波脉冲），用双踪示波器观察并记录时钟与分频输出信号的时序波形。 五、实验结果及数据分析 1 .集成计数实验同步清零和同步置数的十进制加一计数器状态转换过程分别如下所示: 0000 ： 0001 ： 0010 ： 0011 ； 0100 爲00*卄庇爲爲卄yh 六进制扭环形计数器的状态转换过程如下:
电子信息工程刘晓旭 2011117147 实验一组合逻辑电路设计（含门电路功能测试） 一．实验目的 1掌握常用门电路的逻辑功能。 2掌握用小规模集成电路设计组合逻辑电路的方法。 3掌握组合逻辑电路的功能测试方法。 二．实验设备与器材 数字电路实验箱一个 双踪示波器一部 稳压电源一部 数字多用表一个 74LS20 二4 输入与非门一片 74LS00 四2 输入与非门一片 74LS10 三3 输入与非门一片 三 .实验任务 1对74LS00,74LS20逻辑门进行功能测试。静态测试列出真值表，动态测试画出波形图，并说明测试的门电路功能是否正常。 2分析测试1.7中各个电路逻辑功能并根据测试结果写出它们的逻辑表达式。 3设计控制楼梯电灯的开关控制器。设楼上，楼下各装一个开关，要求两个开关均可以控制楼梯电灯。 4某公司设计一个邮件优先级区分器。该公司收到有A,B,C，三类邮件，A,类的优先级最高，B类次之，C类最低。邮件到达时，其对应的指示灯亮起，提醒工作人员及时处理。当不同类的邮件同时到达时，对优先级最高的邮件先做处理，其对应的指示灯亮，优先级低的暂不理会。按组合逻辑电路的一般设计步骤设计电路完成此功能，输入输
实验一： （1）74LS00的静态逻辑功能测试 实验器材：直流电压源，电阻，发光二极管，74LS00，与非门，开关，三极管 实验目的：静态逻辑功能测试用来检查门电路的真值表，确认门电路的逻辑功能正确与否 实验过程：将74LS00中的一个与非门的输入端A,B分别作为输入逻辑变量，加高低电平，观测输出电平是否符合真值表描述功能。 电路如图1： 图1 真值表1.1： 实验问题：与非门的引脚要连接正确，注意接地线及直流电源 实验结果：由二极管的发光情况可判断出74LS00 实现二输入与非门的功能 （2）71LS00的动态逻辑功能测试 实验器材：函数发生器，示波器，74LS00，与非门，开关，直流电压源 实验目的：测试74LS00与非门的逻辑功能 实验内容：动态测试适合用于数字系统中逻辑功能的检查，测试时，电路输入串行数
数字电路实验报告
实验一 组合逻辑电路分析 一．试验用集成电路引脚图 74LS00集成电路74LS20集成电路 四2输入与非门双4输入与非门 二．实验内容 1.实验一 X1 2.5 V A B C D U1A 74LS00N U2A U3A 74LS00N 逻辑指示灯：灯亮表示“1”，灯灭表示“0” ABCD按逻辑开关，“1”表示高电平，“0”表示低电平 自拟表格并记录: A B C D Y A B C D Y 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2.实验二 密码锁的开锁条件是：拨对密码，钥匙插入锁眼将电源接通，当两个条件同时满足时，
开锁信号为“1”，将锁打开。否则，报警信号为“1”，则接通警铃。试分析密码锁的密码ABCD是什么？ A Ｂ Ｃ D ABCD接逻辑电平开关。 最简表达式为：X1=AB’C’D 密码为：1001 三.实验体会： 1.分析组合逻辑电路时，可以通过逻辑表达式，电路图和真值表之间的相互转换来到达实验所要求的目的。 2.这次试验比较简单，熟悉了一些简单的组合逻辑电路和芯片，和使用仿真软件来设计和构造逻辑电路来求解。 实验二组合逻辑实验（一）半加器和全加器 一．实验目的 1.熟悉用门电路设计组合电路的原理和方法步骤 二．预习内容 1.复习用门电路设计组合逻辑电路的原理和方法步骤。 2.复习二进制数的运算。 3.用“与非门”设计半加器的逻辑图。 4.完成用“异或门”、“与或非”门、“与非”门设计全加器的逻辑图。 5.完成用“异或”门设计的3变量判奇电路的原理图。
实验三组合逻辑电路
实验三 组合逻辑电路 一、实验目的 1. 通过简单的组合逻辑电路设计与调试，掌握采用小规模（SSI ）集成电路设计组合逻辑电路的方法。 2. 用实验验证所设计电路的逻辑功能。 3. 熟悉、掌握各种逻辑门的应用。 二、实验原理 组合逻辑电路是最常见的逻辑电路之一，可以用一些常用的门电路来组合成具有其他功能的门电路。组合逻辑电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，而与电路过去的状态无关。在电路结构上的特点是只包含门电路，而没有存储（记忆）单元。在使用中、小规模集成电路来设计组合电路时，一般步骤如图3-1所示： 1. 进行逻辑抽象，首先根据设计任务的要求建立输入、输出变量，列出其真 设计要求 真值表 逻辑抽象逻辑表达式 卡诺图 最简逻辑表达式 逻辑电路图 代数法化减 卡诺图法化减
值表。 2. 用卡诺图或代数法化简，求出最简逻辑表达式。 3. 根据简化后的逻辑表达式，画出逻辑电路图。 若已知逻辑电路，欲分析组合电路的逻辑功能，则分析步骤为： 1. 由逻辑电路图写出各输出端的逻辑表达式。 2. 由逻辑表达式列出真值表。 3. 根据真值表进行分析，从而确定电路功能。 组合电路的设计过程是在理想情况下进行的， 即假设一切器件均没有延迟效应。图3-1 组合逻辑电路设计流程图 三、实验仪器及器件 1. EL-ELL-Ⅳ型数字电路实验系统 2. 集成电路芯片：74LS00 1
2 74LS04 74LS86等 四、实验内容及步骤 1. 测试用异或门和与非门组成的半加器的逻辑功能 如果不考虑来自低位的进位而能够实现将两个1位二进制数相加的电路，称为半加器，半加器的符号如图3-2所示。 半加器的逻辑表达式为： AB CO B A B A B A S =⊕=+= 根据半加器的逻辑表达式可知，半加和S 是输入A 、B 的异或，而进位CO 则为输入A 、B 相与，故半加器可用一个集成异或门和二个与非门组成，电路如图3-3所示。 &=1 1 CO S ΣCO A B S CO 图3-2 半加器符号 图3-3 异或门和与非门组成的半加器逻辑电路 在实验仪上用74LS00及74LS86按图3-3 接线，当输入端A 、B 为表3-1所列状态时，测
实验三 VHDL 时序逻辑电路设计 一、实验目的 1．熟悉用VHDL语言设计时序逻辑电路的方法 2．熟悉用Quartus文本输入法进行电路设计 二、实验所用仪器元件及用途 1．计算机：装有Quartus软件，为VHDL语言提供操作场所。 2．直流稳压电源：通过USB接口实现，为实验开发板提供稳定电源。 3．数字系统与逻辑设计实验开发板：使试验结果下载到开发板上，实现整个实验的最终结果。 三、实验内容 1．用VHDL语言设计实现一个8421码十进制计数器。 （1）实验内容及要求：在Quartus平台上设计程序和仿真题目要求，并下载到实验板上验证试验结果。 （2）试验结果：VHDL代码和仿真结果。 2．用VHDL语言设计实现一个分频系数为8，分频输出信号占空比为50%的分频器。 （1）实验内容及要求：在Quartus平台上设计程序和仿真题目要求。 （2）试验结果：VHDL代码和仿真结果。 3．用VHDL语言设计实现一个控制8个发光二极管亮灭的电路。 （1）实验内容及要求：在Quartus平台上设计程序和仿真题目要求，并下载到实验板上验证试验结果。 a.单点移动模式：一个点在8个发光二极管上来回的亮 b.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 c.通过拨码开关或按键控制两种模式的转换 （2）试验结果：VHDL代码和仿真结果。 四、实验设计思路及过程 1.8421码十进制计数器状态转移表 左图为8421码十进制 计数器的状态转移表，abcd 为初状态，ABCD为下一状 态，每当有“1”出现时， 相应的管脚就亮灯，从而从 0000到1001的灯依次出 现。 VHDL代码如下： LIBRARY IEEE;
实验三一．实验目的 1.掌握全加器的工作原理与逻辑功能。 2.掌握全加器的应用。 二．实验设备及器材 数字电路实验箱稳压电源 74LS00 CD4008B 三．实验原理 全加器是中规模组合逻辑器件，它实现二进制数码的加法运算。 表1 全加器真值表 CD4008B为四位加法器，其逻辑符号如图2，A3、A2、A1、A0和B3、B2、B1、B0为两个四位二进制数，CI为进位输入端，CO为进位输出端。 图2
全加器主要用于数值运算，i位全加器可以实现两个i位二进制数的加法运算。另外，全加器也可以实现组合逻辑函数，如用全加器实现四位二进制数向BCD 码的转换。 四．实验内容 1.按照全加器真值表，利用逻辑电平产生电路及逻辑电平指示电路验证CD4008B的逻辑功能，画出测试电路图。 A3、A2、A1、A0和B3、B2、B1、B0为两个四位二进制数：加数和被加数，CIN为进位输入，S3、S2、S1、S0为输出的和，CON为进位输出端。 2.连接 B/BCD码转换电路，验证其实验结果是否与真值表一致。 二进制码转换为BCD码时，9以前即0000—1001，二进制数B和BCD码二者相等。但九以后，即1010—1111，需要给B加6（0110）才能和BCD码在数值上相等。因此利用四位全加器实现转换时，以四位二进制数作为被加数，而加数在四位二进制数为0000—1001时为0000，为1001—1111时为0110，这样就可实现
B/BCD 的转换。 图3 B/BCD码转换电路 验证得其实验结果与真值表一致 3.设计电路，完成1位十进制数的相加运算，使实现7+9=,6+4=,和3+2=，并用数码管显示电路。 可得图四真值表： 加数二进制 码被加数二进 制数码 二进制的和十进制的和进位 0010 0011 0101 5 0 0100 0110 1010 10 0 0111 1001 0000 16 1 图四真值表 实验结果：数码管显示电路图如下
实验二 时序逻辑电路的设计 一、实验目的： 1、 掌握时序逻辑电路的分析方法。 2、 掌握VHDL 设计常用时序逻辑电路的方法。 3、 掌握时序逻辑电路的测试方法。 4、 掌握层次电路设计方法。 5、 理解时序逻辑电路的特点。 二、实验的硬件要求： 1、 EDA/SOPC 实验箱。 2、 计算机。 三、实验原理 1、时序逻辑电路的定义 数字逻辑电路可分为两类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路中不包含记忆单元（触发器、锁存器等），主要由逻辑门电路构成，电路在任何时刻的输出只和当前时刻的输入有关，而与以前的输入无关。时序电路则是指包含了记忆单元的逻辑电路，其输出不仅跟当前电路的输入有关，还和输入信号作用前电路的状态有关。 2、同步时序逻辑电路的设计方法 同步时序逻辑电路的设计是分析的逆过程,其任务是根据实际逻辑问题的要求，设计出能实现给定逻辑功能的电路。同步时序电路的设计过程： （1）根据给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表。 ①明确电路的输入条件和相应的输出要求，分别确定输入变量和输出变量的数目和符号； ②找出所有可能的状态和状态转换之间的关系； ③根据原始状态图建立原始状态表； （2）状态化简---求出最简状态图。 合并等价状态，消去多余状态的过程称为状态化简。 等价状态：在相同的输入下有相同的输出，并转换到同一个次态去的两个状态称为等价状态。 （3）状态编码（状态分配）。 给每个状态赋以二进制代码的过程。 根据状态数确定触发器的个数，n n M 221-≤∠（M 为状态数；n 为触发器的个数）。 （4）选择触发器的类型。 （5）求出电路的激励方程和输出方程。 （6）画出逻辑图并检查自启动能力。 3、时序逻辑电路的特点及设计时的注意事项 ①时序逻辑电路与组合逻辑电路相比，输出会延时一个时钟周期。 ②时序逻辑电路一般容易消除“毛刺”。 ③用VHDL 描述时序逻辑电路时，一般只需将时钟信号和异步控制（如异步复位）信号作为敏感信号。
数字电路与逻辑设计综合实验 实验报告 课题名称：数字钟 班级：08211102班 学号：070062 班内序号：33 姓名：何慧芳
一．设计课题的任务要求 1.实验目的 1．熟练掌握VHDL 语言和QuartusII 软件的使用； 2．理解状态机的工作原理和设计方法； 3．掌握利用EDA 工具进行自顶向下的电子系统设计方法； 2.实验任务 A．基本任务：设计制作一个能显示时、分、秒的时钟 1. 可手动校对时间，能分别进行时和分的校正； 2. 12 小时（有上、下午显示）、24 小时计时制可选； B．提高要求： 1. 整点报时功能； 2. 闹铃功能，当计时到预定时间时，蜂鸣器发出闹铃信号，闹铃时间为5 秒，可 提前终止闹铃； 3. 自拟其它功能。 3.实验器材 1．计算机； 2．示波器； 3．直流稳压电源； 4．万用表； 5．EDA 开发板及相应元器件。 二．系统设计（设计思路、总体框图、分块设计） 1.设计思路 数字钟是一个将“时”、“分”、“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23 时59 分59 秒；或者计时周期为12 小时并配有上下午指示，显示满刻度为12 时59 分59 秒；另外还应有校时功能和报时功能。 电路由晶体振荡器、时钟计数器、译码驱动电路和数字显示电路以及时间调整电路组成。其中，时钟计数器、译码驱动电路及时间调整电路由CPLD 设计完成，晶体振荡器负责给CPLD 提供所需的高频时钟脉冲信号。
1、晶体振荡器 晶体振荡器的作用是产生时间标准信号。数字钟的精度，主要取决于时间标准信号的频率及其稳定度。因此，一般采用石英晶体振荡器经过分频得到这一信号。也可采用由门电路或555 定时器构成的多谐振荡器作为时间标准信号源。 2、计数器 有了时间标准“秒”信号后，就可以根据60 秒为1 分、60 分为1 小时、24 小时为1 天的计数周期，分别组成两个六十进制（秒、分）、一个二十四进制（时）的计数器。将这些计数器适当地连接，就可以构成秒、分、时的计数，实现计时的功能。 3、译码和数码显示电路 译码和数码显示电路是将数字钟和计时状态直观清晰地反映出来，被人们的视觉器官所接受。显示器件选用LED 七段数码管。在译码显示电路输出的驱动下，显示出清晰、直观的数字符号。 4、校时电路 实际的数字钟表电路由于秒信号的精确性不可能做到完全（绝对）准确无误，加之电路中其它原因，数字钟总会产生走时误差的现象。因此，电路中就应该有校准时间功能的电路。 2.模块划分 采用自顶向下的设计方法，通过对数字钟实现功能的分析，决定将各个功能由一个个模块实现，核心模块就是秒计时器、分计时器和小时计时器。其他的功能主要围绕在计时器的周边添加，这样系统设计简单明了，并且功能容易扩展。 将模块分为： 分频模块：div50m，div500 计时模块：second，minute，hour 整点报时和闹铃模块：speaker，alarm，beep 译码和数码显示：seltime，display 3.总体框图 (1).设计的时钟的系统结构图（对外接口图）