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1、数字电路与逻辑设计课程实验,2,2017/12/30,目的：使学生更好地巩固和加深对理论知识的理解，增强学生理论联系实际的能力，提高学生的工程素质，通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和今后工作打下良好的基础。 本实验课是数字电路与逻辑设计专业基础课程的课内实践教学课，重在培养学生数字电路的实践技能。要求学生在教师指导下完成基本实验、综合实验，学会中小型数字系统的工程设计方法，一人一组独立完成实验项目。,一、实验教学目的,3,2017/12/30,（1）掌握数字逻辑实验板等常用仪器的基本原理、功能及其使用方法。,（2）了解常用数字集成电路的主要参数及逻辑功能。,（3）具有使
2、用仪器查找和排除电路故障的能力。,（4）通过实验，进一步掌握数字电路的综合分析与设计方法。,二、实验基本要求,（5）熟悉Multisim、QuartusII等EDA软件的电路设计、仿真、下载方法及操作流程。,（6）熟悉CPLD、FPGA可编程逻辑器件的原理、功能及应用。,一、实验项目（16学时，四次）,1、基于Multisim的交通灯控制电路设计、仿真；,2、采用MSI的数字小系统电路设计、调测；,3、基于Quartus_II的数字电路设计、仿真；,4、基于FPGA的数字电路设计、仿真、下载。,（注意：每个实验项目的具体内容由各次实验课件确定）,5,2017/12/30,实验一：基于Multi
3、sim10的交通灯控制电路设计、仿真,赖祖亮小木虫,熟悉EDA仿真软件Multisim 10的基本 操作方法,1. 实验目的,熟悉MSI组合逻辑电路和时序逻辑路的逻辑功能及使用方法,掌握MSI组合逻辑器件和时序逻辑器件组成数字小系统的设计和测试方法,学会使用Multisim 10设计、仿真和调试数字逻辑电路,2.Multisim10软件主界面简介,6,2017/12/30,菜单栏,仿真开关,工具栏,元器件栏,仪器仪表栏,电路工作区,状态栏,3.实验原理,交通灯控制电路是一种用在道路交叉路口控制红、黄、绿三色交通信号灯按规定的时间顺序交替亮灭的应用电路。按交通规则要求：红灯亮禁止通行，绿灯亮允许
4、通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁止线之外。,交通灯控制电路原理框图,8,2017/12/30,交通灯控制电路设计要求:（1）交通灯控制电路在一个循环周期内要使红、黄、绿三色灯依次点亮24s、4s、20s； （2）如调整时钟周期为4秒，则红、黄、绿三色灯点亮时间内所包含的时钟周期个数依次为6、1、5，即一个循环周期内共12个时钟周期；（3）时间计数的个位和十位分别用两个数码管显示，计数以秒为单位，采用倒计时方式计数；（4）电路设计采用常规74 序列中规模组合逻辑电路和时序逻辑器件实现，要求用扭环形计数器作为定时控制器。,交通灯态序表,9,2017/12/30,部分电路简介:（1）模12
5、扭环形计数器 如图所示，两片74LS194扩展成了8位右移移位寄存器，根据扭环计数器构成规则可知，电路接成了右移模12的计数器。,10,2017/12/30,模12扭环形计数器状态表,东西方向：绿：EWG= 黄：EWY= 红：EWR= 南北方向：绿：NSG= 黄：NSY= 红：NSR=,逻辑表达式（由学生自己填写）,11,2017/12/30,24进制计数器 （注意：该参考电路不是倒计时方式） 下图是用两片74LS160接成二十四进制计数器。计数器从0态开始计数。,两片74LS160接成二十四进制计数器电路图,12,仿真参考电路如下图所示：（注意：计数显示不是倒计时方式）,13,2017/12
6、/30,4. 实验内容与要求 （1）在 Multisim 10界面中设计出交通灯控制器各单元电路，其中脉冲信号发生器（可用Multisim 10中的函数发生器替代）； （2）分别写出南北方向和东西方向红、黄、绿交通灯点亮的逻辑函数表达式； （3）完成交通灯控制电路总体设计，并画出总体电路原理框图； （4）计数显示采用倒计时方式，分频电路不能与参考电路相同； （5）使用Multisim 10软件 ，仿真调试整机电路，并记录结果。 5. 仪器及器件 （1）计算机一台； （2）Multisim 10仿真软件一套； （3）根据电路实现方案不同可分别调用 74LS74(112)、74LS194(164)、74LS190(191)；74LS160(161) 74LS08、74LS04及三色灯和带有译码的数码管等器件。,14,2017/12/30,6. 实验报告 （1） 写出交通灯控制电路各单元电路工作原理； （2） 给出整机原理框图和整机电路分析及调试结果； （3） 画出相应单元的工作波形； （4） 结论和体会。 7.思考题 （1）交通灯控制电路中，基本时钟采用秒脉冲，如何实现黄灯亮灭的控制？ （2）怎样实现交通灯控制电路中的倒计时显示，用什么器件和方法可以实现24(23-00)进制的减法计数。,
