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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;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY count12 ISPORT(clk,clear:IN STD_LOGIC;q :OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END count12;ARCHITECTURE a OF count12 ISSIGNAL q_temp:ATD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(clk)BEGINIF(clk'event and clk='1') THENIF clear='0' THENq_temp<="0000";ELSIF q_temp="1011"THENq_temp<="0000";ELSEq_temp<=q_temp+1;END IF;END IF;END PROCESS;q<=q_temp;END a;2.分频系数为8，输出占空比为50%的分频器的设计左图为八分频器（占空比50%）的状态转移图，其中abc为原状态，ABC为下一状态。
实验名称：数字电路基础实验实验目的：1. 熟悉数字电路的基本原理和基本分析方法。
2. 掌握数字电路实验设备的使用方法。
3. 培养动手实践能力和分析问题、解决问题的能力。
实验时间：2023年X月X日实验地点：实验室XX室实验仪器：1. 数字电路实验箱2. 万用表3. 双踪示波器4. 数字信号发生器5. 短路线实验内容：一、实验一：基本逻辑门电路实验1. 实验目的- 熟悉与门、或门、非门的基本原理和特性。
- 学习逻辑门电路的测试方法。
2. 实验步骤- 连接实验箱，设置输入端。
- 使用万用表测量输出端电压。
- 记录不同输入组合下的输出结果。
- 分析实验结果，验证逻辑门电路的特性。
3. 实验结果与分析- 实验结果与理论预期一致，验证了与门、或门、非门的基本原理。
- 通过实验，加深了对逻辑门电路特性的理解。
二、实验二：组合逻辑电路实验1. 实验目的- 理解组合逻辑电路的设计方法。
- 学习使用逻辑门电路实现组合逻辑电路。
2. 实验步骤- 根据设计要求，绘制组合逻辑电路图。
- 连接实验箱，设置输入端。
- 测量输出端电压。
- 记录不同输入组合下的输出结果。
- 分析实验结果，验证组合逻辑电路的功能。
3. 实验结果与分析- 实验结果符合设计要求，验证了组合逻辑电路的功能。
- 通过实验，掌握了组合逻辑电路的设计方法。
三、实验三：时序逻辑电路实验1. 实验目的- 理解时序逻辑电路的基本原理和特性。
- 学习使用触发器实现时序逻辑电路。
2. 实验步骤- 根据设计要求，绘制时序逻辑电路图。
- 连接实验箱，设置输入端和时钟信号。
- 使用示波器观察输出波形。
- 记录不同输入组合和时钟信号下的输出结果。
- 分析实验结果，验证时序逻辑电路的功能。
3. 实验结果与分析- 实验结果符合设计要求，验证了时序逻辑电路的功能。
- 通过实验，加深了对时序逻辑电路特性的理解。
四、实验四：数字电路仿真实验1. 实验目的- 学习使用数字电路仿真软件进行电路设计。
电子设计中的时序逻辑设计时序逻辑设计是电子设计中非常重要的一个部分，它主要涉及到在数字电路中对信号的时序进行控制和调整，以确保电路能够按照预定的顺序正确地工作。
在电子设备中，时序逻辑设计直接影响着整个系统的性能、稳定性和功耗等方面。
首先，时序逻辑设计需要考虑时钟信号的控制。
时钟信号是数字系统中非常关键的一个信号，它提供了同步的时序参考，确保各个部分能够同时工作。
在时序逻辑设计中，需要合理地设置时钟信号的频率、相位和占空比等参数，以保证整个系统的稳定性和可靠性。
其次，时序逻辑设计还涉及到时钟域的概念。
数字系统中的不同部分可能工作在不同的时钟频率下，这就涉及到时钟域之间的数据传输和同步。
在时序逻辑设计中，需要考虑时钟域之间的同步问题，采取合适的方法来确保数据的正确传输和处理。
此外，时序逻辑设计还需要考虑信号的延迟和时序约束。
在数字系统中，信号的传输会存在一定的延迟，这可能会导致时序不一致的问题。
因此，在时序逻辑设计中，需要对信号的延迟进行分析和优化，以满足系统的时序约束要求，确保数据的正确性和稳定性。
在实际的时序逻辑设计中，通常会采用时序分析工具来辅助设计。
时序分析工具可以帮助设计工程师对时序逻辑进行建模和仿真，提前发现潜在的时序问题，并进行相应的优化。
通过时序分析工具，可以有效地提高设计的可靠性和稳定性。
总的来说，时序逻辑设计在电子设计中具有非常重要的地位，它直接影响着数字系统的性能和稳定性。
设计工程师需要充分理解时序逻辑设计的原理和方法，合理地设计时钟信号控制、时钟域同步和信号延迟等，以确保系统能够按照预期的时序要求正确地工作。
通过良好的时序逻辑设计，可以提高数字系统的性能和可靠性，满足不同应用领域的需求。
数字电路与系统设计实验报告学院：班级：姓名：实验一基本逻辑门电路实验一、实验目的1、掌握TTL与非门、与或非门和异或门输入与输出之间的逻辑关系。
2、熟悉TTL中、小规模集成电路的外型、管脚和使用方法。
二、实验设备1、二输入四与非门74LS00 1片2、二输入四或非门74LS02 1片3、二输入四异或门74LS86 1片三、实验内容1、测试二输入四与非门74LS00一个与非门的输入和输出之间的逻辑关系。
2、测试二输入四或非门74LS02一个或非门的输入和输出之间的逻辑关系。
3、测试二输入四异或门74LS86一个异或门的输入和输出之间的逻辑关系。
四、实验方法1、将器件的引脚７与实验台的“地（GND）”连接，将器件的引脚１４与实验台的十5Ｖ连接。
2、用实验台的电平开关输出作为被测器件的输入。
拨动开关，则改变器件的输入电平。
3、将被测器件的输出引脚与实验台上的电平指示灯(LED)连接。
指示灯亮表示输出低电平（逻辑为０），指示灯灭表示输出高电平（逻辑为1）。
五、实验过程1、测试74LS00逻辑关系（1）接线图（图中Ｋ1、Ｋ2接电平开关输出端，LED0是电平指示灯）（2）真值表2、测试74LS02逻辑关系（1）接线图（2）真值表3、测试74LS86逻辑关系接线图（1）接线图（2）真值表六、实验结论与体会实验是要求实践能力的。
在做实验的整个过程中，我们首先要学会独立思考，出现问题按照老师所给的步骤逐步检查，一般会检查处问题所在。
实在检查不出来，可以请老师和同学帮忙。
实验二逻辑门控制电路实验一、实验目的1、掌握基本逻辑门的功能及验证方法。
2、掌握逻辑门多余输入端的处理方法。
3、学习分析基本的逻辑门电路的工作原理。
二、实验设备1、基于CPLD的数字电路实验系统。
2、计算机。
三、实验内容1、用与非门和异或门安装给定的电路。
2、检验它的真值表，说明其功能。
四、实验方法按电路图在Quartus II上搭建电路，编译，下载到实验板上进行验证。
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。
2.设计一个4路流水灯电路。
要求：（1）全亮与全灭各两次；
（2）偶数个灯与奇数个灯轮流亮两次；
（3）4个灯逐个亮1次（每次一个灯亮）
（4）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。
module ledflow(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。
程序代码可参见课程程序代码文件夹中“流水灯.zip.”中的程序代码。
3.选做：设计一个90S路倒计时电路，用数码管显示倒计时的状态。
程序代码可参见课程程序代码文件夹中“24秒倒计时.zip.”中的程序代码。
