《数字逻辑实验指导书.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字逻辑实验指导书.doc（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数字逻辑实验指导书计算机科学与技术学院应用教研室目 录实验的基本步骤3实验的注意事项3实验报告书写要求3实验用到的资源和原理4实验1：基本逻辑门电路功能测试6实验2：译码器及其应用14实验3：触发器18实验4：计数器23实验5 加法器28实验6 移位寄存器及其应用32实验的基本步骤本实验指导书的所有实验基于EDA实验台进行。采用软件为Quartus II 5.0,硬件芯片为ALTERA 的Cyclone 系列FPGA芯片EP1C6Q240C8。使用本EDA实验台进行数字逻辑实验，不需要进行手工接线。实验工作分2步进行：1：在PC机上，基于Quartus II软件进行原理图（逻辑图）的设计，设计
2、完成后，需要经过引脚锁定、编译下载到EDA实验台上的FPGA芯片EP1C6Q240C8中。下载完成后，即在FPGA芯片中形成物理的逻辑电路。此步工作相当于传统实验的基于物理器件的接线操作。2：基于第一步形成的逻辑电路（在FPGA中），进行测试验证。此过程可以用万用表、逻辑笔、示波器等测试FPGA的相应引脚，实现对逻辑电平、波形的测试，从而验证实验的正确性。实验的注意事项1：Quartus II的工程名和顶层实体名字必须为英文，存储路径最好不要含中文和空格。2：Quartus II的设计中所有的命名中，名字不要有空格。3：Quartus II的设计中放置“input”“ouput”引脚符号时，引
3、脚符号的虚线框和原件的虚线框要刚好对上，以保证连接上，虚线框分开和部分重叠都不能正确连接。4：所用到的脉冲/时钟信号必须锁定到29脚，具体原理参考“实验用到的资源和原理”部分。实验报告书写要求书写实验报告，语言要简练，书写端正、作图正规。实验报告一般应包括以下内容;1：实验名称、目的；所用仪器、仪表；实验原理图。2：实验项目（指导书的详细内容不必抄入）；测试记录表；波形图及现象记录。3：实验数据的整理4：实验分析，包括于理论只的比较、现象分析实验用到的资源和原理需要的资源：1：逻辑开关2：发光二极管指示灯3：单脉冲/1M-8M方波时钟数字逻辑实验需要用到的输入为逻辑0、1，由逻辑开关提供，实验
4、台提供了16个逻辑开关，为SD0、SD1SD15,和FPGA的连接关系如下表11。输出的逻辑0、1接到发光二极管，实验台提供了很多发光二极管，具体只列了部分于表11中。表11FPGA引脚逻辑开关FPGA引脚发光二极管200SD041LEDIO41201SD142LEDIO42202SD243LEDIO43203SD344LEDIO44214SD445LEDIO45215SD546LEDIO46216SD647LEDIO47217SD748LEDIO48223SD857LEDIO57224SD958LEDIO58225SD1059LEDIO59226SD1160LEDIO60234SD1261L
5、EDIO61235SD1362LEDIO62236SD1463LEDIO63237SD1564LEDIO6429单脉冲/1M-8M方波83LEDIO83从表中可以看出，SD0连接于200脚，SD1连接于200脚，41脚到83脚分别接有一个发光二极管指示灯。具体原理如下图0所示（只列处了两个逻辑开关和两个发光二极管，其余同理）。通过拨动逻辑开关实现逻辑0、1的输入，输出的逻辑0、1通过发光二极管指示，1亮0灭。时序电路的实验要用到脉冲和1M-8M方波，由29脚的提供，原理如图0所示。当短路子DZ3短接时，DZ4断开时，29脚和单脉冲(按一下出一个高电平的单脉冲)连接，当DZ4短接时，DZ3断开时
6、，29脚接方波，此时频率由DZ5、DZ65、DZ75、DZ85的短接情况决定。DZ5短接时为8M, DZ6短接时为4M,DZ7短接时为2M,DZ8短接时为1M。 图0实验1：基本逻辑门电路功能测试一、实验目的1：测试与非门及与非门组成的其它逻辑门电路的功能。2：熟悉EDA实验系统的使用方法和操作流程。二、实验用的仪器、仪表EDA实验台 万用表 PC机三、实验原理与非门的逻辑功能是：当输入端中有一个或一个以上低电平时，输出端为高电平。只有当输入端全为高电平时，输出端才为低电平（即有“0”得“1”，全“1”出“0”）。 三态输出门是一种特殊的门电路。它与普通的逻辑门电路不同，它的输出状态除了高、低
7、电平两种状态（均为低阻状态）外，还用第三种状态,即高阻态。处于高阻态时，电路与负载之间相当于开路。三态门主要用途之一是实现总线传输。三态输出门符号与功能表如下（此例以高有效的使能器件为例）。四、实验内容1：测试二输入与非门的逻辑功能与非门的输入端接逻辑开关电平，输出端接发光二极管。按表12所示测试与非门，并将测试结果填入表中。 表12输入输出AB对地电位逻辑状态00011 0112：学习用二输入与非门构成其他逻辑电路的方法，并测试。l 与门逻辑功能实现：根据布尔代数的理论，,所以用2个与非门即可实现与门逻辑功能。输入A、B接逻辑开关，输出端接发光二极管。参考表12，设计表格，并将测试结果填入表
8、中。l 或门逻辑功能实现： 根据布尔代数的理论，,所以用3个与非门即可实现或门逻辑功能。输入A、B接逻辑开关，输出端接发光二极管。参考表11，设计表格，并将测试结果填入表中。l 异或门逻辑功能实现： 根据布尔代数的理论，,根跟据此异或逻辑表达式经过变换，逻辑图如下，请自行验证此逻辑图的正确性，同时思考如果直接据逻辑表达式画逻辑图，效果如何，近而体会变换的作用。输入A、B接逻辑开关，输出端接发光二极管。参考表11，设计表格，并将测试结果填入表中。3：测试三态门的逻辑功能三态门输入端、使能端分别接逻辑开关，输出端接发光二极管。将测试结果填入表13中。 表13 输入输出EAF001101 五、实验步
9、骤（1）PC机端的工作1：启动QUARTUS II 5.02: 创建新的Quartus II工程（在创建新工程前，需要创建一个工作目录）打开FileNew Project Wizard菜单，创建工程。 首先出现图1，参考如下图示进行。指定工作目录和工程名。接着点击“Next”按钮，一直到图2二所示，选择参考图示，指定芯片为EP1C6Q240C8。接着，点击“Finish”指定目录此处和上边相同即可指定工程名目录图1图23: 建立顶层模块设计文件（.bdf），选择FileNew,选择Block Diagram/Schematic File，按OK。注意：此文件必须与上一步骤的顶层文件名称相同，S
10、ave时自动出现顶层文件名称，保持不变。在BDF文件设计窗口内的空白处双击, 出现Symbol对话框,如下图3所示，展开“logic”，选nand2即二输入与非门，如图4所示，点击“OK”即可实现二输入与非门的放置。按实验内容要求画出所用的逻辑图（画逻辑图过程中，利用”COPY”即可实现更多nand2门的放置）。其中连线用鼠标左键即可实现。三态门在“buffer”中，名字为”tri”。选中即可实现三态门的放置（注意：原件的放置可以直接输入原件名，如图3、4所示）。最终如图5所示。在此直接输入原件名字即可实现原件选择放置图3在此直接输入原件名字即可实现原件选择放置图4图5在图5中完成了所有需要测
11、试的逻辑图的连接，还需要放置端口（即把此逻辑电路引到对应的FPGA的引脚）。放置过程同上，选“pin”中的“input”和“output”即为对应的输入、输出端口，在所用的逻辑图中输入端放输入端口，输出端放输出端口。结果如图6所示。端口放完后需要改名字，以便后边的实验过程的易于识别。名字都调整好后，保存。图64：进行编译 选择菜单”Processing-Start Compilation”,实现编译。在编译完成后，进行引脚锁定。5：引脚锁定引脚锁定的目的是把逻辑图中的逻辑输入、输出引到对应的FPGA的物理实际引脚上。选择菜单“Assignments-Pins”,出现如图7所示窗口。“To”列为
12、对应的端口，“Location”列为锁定的实际位置，用鼠标单击选定对应的位置，如图7所示，直接输入相应的物理引脚号，如7，就会出现“PIN_200”,回车，即可实现对一个引脚的锁定。在锁定完所有引脚后，保存然后重新编译即可。编译完成后，在当前工作窗口点击鼠标邮件，在弹出的菜单中选择“Show-Show Pin and Location Assignments”显示图8，可以看到对应的引脚锁定关系。因本实验所有输入端均接逻辑开关，输出端均接LED指示灯。如下图，把与门的两个输入andInput1、andInput2分别锁定到200和201脚，而200和201和逻辑开关相连。与门的输出andOut
13、锁定到41脚，而41和LED发光二极管连接，从而形成图9原理图连接关系，从而只需要拨动SD0,SD1即可实现输入端的0、1输入，输出端对应的41脚的指示灯会“1”亮“0”灭。其余的同理。这里的锁定关系仅为参考，可以把输入锁定到16个开关中的任意一个，输出同样选择16个LED中的任一个均可。图7图8图96：编译下载 再次编译本系统，完成后选“Tools-Programmer”，出现图10窗口，在“Hardware Setup”后如果为“No Hardware”，需要点击“Hardware Setup”进行编程线缆的设置，选“ByteBlasterLPT1”即可。当线缆配置好后，”Start”按钮
14、有效，在”Program/Confgure”处选中，按”Start”按钮即实现配置下载。下载完成后，即可进行测试。图10（2）实验箱端的工作本部分工作主要完成对逻辑电路功能的测试，采用对输入逻辑开关的切换，实现不同的“0”“1”输入，从而输出端输出不同的逻辑电平，使指示灯亮或灭。完成实验内容中各个表的填入，完成实验工作。如用二输入与非门实现的与门的两个输入andInput1、andInput2分别锁定到200和201脚，而200和201和逻辑开关SD0,SD1相连。与门的输出andOut锁定到41脚，而41和LED发光二极管连接，从而形成图9原理图连接关系，从而只需要拨动SD0,SD1即可实现输入端的0、1的四种组合输入，输出端对应的41脚的指示灯会“1”亮“0”灭，把结果填入对应的表中即可。实验的电平测试采用万用表，把万用表打到直流电压20V档，黑表笔接试验台右上脚的地（GND），红表笔测输出端的LED指示灯的一个管脚。注意：红表笔测量时不要同时碰到两个及以上管脚，以免短路。 六、实验报告记录、整理实
