数字电路实验四(1)
北京科技大学数电实验四 Quartus II集成计数器及移位寄存器应用
北京科技大学实验报告学院：高等工程师学院专业：自动化（卓越计划）班级：自E181姓名：杨威学号：41818074 实验日期：2020 年5月26日一、实验名称：集成计数器及其应用1、实验内容与要求（1）用74161和必要逻辑门设计一个带进位输出的10进制计数器，采用同步置数方法设计；（2）用两个74161和必要的逻辑门设计一个带进位输出的60进制秒计数器；2、实验相关知识与原理（1）74161是常用的同步集成计数器，4位2进制，同步预置，异步清零。
引脚图功能表其中X。
3、10进制计数器（1）实验设计1）确定输入/输出变量输入变量：时钟信号CLK、复位信号CLRN；输出变量：计数输出QD、QC、QB、QA，进位输出RCO，显示译码输出OA、OB、OC、OD、OE、OF、OG2）计数范围：0000-10013）预置数值：00004）置数控制端LDN：计数到1001时输出低电平5）进位输出RCO：计数到1001时输出高电平画出如下状态转换表：CP QDQCQBQA0 00001 00012 00103 00114 01005 01016 01107 01117 10009 100110 0000（2）原理图截图仿真波形如下功能验证表格CLRN QD QC QB QA RCO0 0 0 0 0 01 0 0 0 1 01 0 0 1 0 01 0 0 1 1 01 0 1 0 0 01 0 1 0 1 01 0 1 1 0 01 0 1 1 1 01 1 0 0 0 01 1 0 0 1 11 0 0 0 0 04、60进制秒计数器（1）实验设计1）确定输入/输出变量输入变量：时钟信号CLK、复位信号CLRN；输出变量：计数十位输出QD2、QC2、QB2、QA2和计数个位输出QD1、QC1、QB1、QA1，进位输出RCO2）计数范围：0000 0000-0101 10013）预置数值：0000 00004）置数控制端LDN1（个位）：计数到0101 1001时输出低电平5）清零端CLRN2（十位）：计数到0110时输出低电平6）ENT：个位计数到1001时输出高电平7）进位输出RCO：计数到1001时输出高电平画出如下状态转换表CP QD2QC2QB2QA2QD1QC1QB1QA1CPQD2QC2QB2QA2QD1QC1QB1QA1CPQD2QC2QB2QA2QD1QC1QB1QA10 0000 0000 20 0010 0000 40 0100 00001 0000 0001 21 0010 0001 41 0100 00012 0000 0010 22 0010 0010 42 0100 00103 0000 0011 23 0010 0011 43 0100 00114 0000 0100 24 0010 0100 44 0100 01005 0000 0101 25 0010 0101 45 0100 01016 0000 0110 26 0010 0110 46 0100 01107 0000 0111 27 0010 0111 47 0100 01118 0000 1000 28 0010 1000 48 0100 10009 0000 1001 29 0010 1001 49 0100 100110 0001 0000 30 0011 0000 50 0101 000011 0001 0001 31 0011 0001 51 0101 000112 0001 0010 32 0011 0010 52 0101 001013 0001 0011 33 0011 0011 53 0101 001114 0001 0100 34 0011 0100 54 0101 010015 0001 0101 35 0011 0101 55 0101 010116 0001 0110 36 0011 0110 56 0101 011017 0001 0111 37 0011 0111 57 0101 011118 0001 1000 38 0011 1000 58 0101 100019 0001 1001 39 0011 1001 59 0101 100160 0000 0000 （2）设计原理图截图（3）实验仿真仿真波形：仿真结果表：5、实验思考题：（1）总结任意模计数器的设计方法。
数字电路实验
实验一基本门电路（验证型）一、实验目的（1）熟悉常用门电路的逻辑功能；（2）学会利用门电路构成简单的逻辑电路。
二、实验器材数字电路实验箱 1台；74LS00、74LS02、74LS86各一块三、实验内容及步骤1、TTL与非门逻辑功能测试（1）将四2输入与非门74LS00插入数字电路实验箱面板的IC插座上，任选其中一与非门。
输入端分别输入不同的逻辑电平（由逻辑开关控制），输出端接至LED“电平显示”输入端。
观察LED亮灭，并记录对应的逻辑状态。
按图1－1接线，检查无误方可通电。
图1－1表1－1 74LS00逻辑功能表2、TTL或非门、异或门逻辑功能测试分别选取四2输入或非门74LS02、四2输入异或门74LS86中的任一门电路，测试其逻辑功能，功能表自拟。
3、若要实现Y=A′, 74LS00、74LS02、74LS86将如何连接，分别画出其实验连线图，并验证其逻辑功能。
4、用四2输入与非门74LS00实现与或门Y=AB+CD的功能。
画出实验连线图，并验证其逻辑功能。
四、思考题1.TTL与非门输入端悬空相当于输入什么电平？2.如何处理各种门电路的多余输入端？附：集成电路引出端功能图实验二组合逻辑电路（设计型）一、实验目的熟悉简单组合电路的设计和分析过程。
二、实验器材数字电路实验箱 1台，74LS00 三块，74LS02、74LS04、74LS08各一块三、实验内容及步骤1、设计一个能比较一位二进制A与 B大小的比较电路，用X1、X2、X3分别表示三种状态：A>B时，X1=1;A<B时X2=1;A=B时X3＝1。
(用74LS04、74LS08和74LS02实现）要求：（1）列出真值表；（2）写出函数逻辑表达式；（3) 画出逻辑电路图，并画出实验连线图；（4）验证电路设计的正确性。
2、测量组合电路的逻辑关系：（1）图3-2电路用3块74LS00组成。
按逻辑图接好实验电路，输入端A、B、C 分别接“逻辑电平”，输出端D、J接LED“电平显示”；图3-2 表3－2（2）按表3－2要求，将测得的输出状态和LED显示分别填入表内；（3）根据测得的逻辑电路真值表，写出电路的逻辑函数式，判断该电路的功能。
东南大学数字电路实验报告(四)
数字逻辑电路实验简易数字钟日期：2013年12月6日地点：104姓名：学号：审阅教师：得分：一、实验目的（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QuartusⅡ5.0的使用二、实验原理特点外引线排列图•用于快速计数的内部超前进位•用于n 位级联的进位输出•同步可编程序•有置数控制线•二极管箝位输入•直接清零•同步计数典型参数：f 工作频率=32MHzPd=93mW说明：这种同步可预置十进计数器是由四个D 型触发器和若干个门电路构成，内部有超前进位，具有计数、置数、禁止、直接（异步）清零等功能。
对所有触发器同时加上时钟，使得当计数使能输入和内部门发出指令时输出变化彼此协调一致而实现同步工作。
这种工作方式消除了非同步（脉冲时钟）计数器中常有的输出计数尖峰。
缓冲时钟输入将在时钟输入上升沿触发四个触发器。
这种计数器是可全编程的，即输出可预置到任何电平。
当预置是同步时，在置数输入上将建立一低电平，禁止计数，并在下一个时钟之后不管使能输入是何电平，输出都与建立数据一致。
清除是异步的（直接清零），不管时钟输入、置数输入、使能输入为何电平，清除输入端的低电平把所有四个触发器的输出直接置为低电平。
超前进位电路无须另加门，即可级联出n 位同步应用的计数器。
它是借助于两个计数使能输入和一个动态进位输出来实现的。
两个计数使能输入（ENP 和ENT）计数时必须是高电平，且输入ENT 必须正反馈，以便使能动态进位输出。
因而被使能的动态进位输出将产生一个高电平输出脉冲，其宽度近似等于QA 输出高电平。
此高电平溢出进位脉冲可用来使能其后的各个串联级。
使能ENP 和ENT 输入的跳变不受时钟输入的影响。
电路有全独立的时钟电路。
改变工作模式的控制输入（使能ENP、ENT 或清零）纵使发生变化，直到时钟发生为止，都没有什么影响。
计数器的功能（不管使能、不使能、置数或计数）完全由稳态建立时间和保持时间所要求的条件来决定。
数电实验报告
一、实验名称1. 实验一QuartusⅡ原理图输入法设计与实现2. 实验二用VHDL设计与实现组合逻辑电路（一）3. 实验三用VHDL设计与实现时序逻辑电路（二）4.实验四用VHDL设计与实现时序逻辑电路（三）(数码管动态扫描控制器)二、实验任务要求1.实验一:○1用逻辑门设计实现一个半加器，仿真验证其功能，并生成新的半加器图形模块单元；○2用上面生成的半加器模块和逻辑门设计实现一个全加器，仿真验证其功能，并下载到实验板测试，要求用拨码开关设定输入信号，发光二极管显示输出信号；○3用3线-8线译码器（74LS138）和逻辑门设计实现函数F=CBA+CBA+CBA+CBA，仿真验证其功能，并下载到实验班测试。
要求用拨码开关设定输入信号，发光二极管显示输出信号；2.实验二：○1用VHDL语言设计实现一个4位二进制奇校验器，输入奇数个…1‟时，输出为…1‟，否则输出为…0‟，仿真验证其功能，并下载到实验板测试。
要求用拨码开关设定输入信号，发光二极管显示输出信号；○2用VHDL语言设计实现一个8421码转换为余3码的代码转换器，仿真验证其功能，并下载到实验板测试。
要求用拨码开关设定输入信号，发光二极管显示输出信号；○3用VHDL语言设计实现一个共阴极7段数码管译码器，仿真验证其功能，并下载到实验班测试。
要求用拨码开关设定输入信号，发光二极管显示输出信号；3.实验三：○1用VHDL语言设计实现一个分频系数为12，分频输出信号占空比为50%的分频器。
要求在Quartus Ⅱ平台上设计程序并仿真验证设计；○2用VHDL语言设计实现一个带异步复位的8421码十进制计数器，仿真验证其功能，并下载到实验板测试。
要求用拨码开关设定输入信号，发光二极管显示输出信号；○3将分频器、8421十进制计数器、数码管译码器3个电路进行连接并下载测试。
4.实验四：○1用VHDL语言设计并实现六个数码管串行扫描电路，要求同时显示0、1、2、3、4、5这6个不同的数字图形到6个数码管上，仿真验证其功能，并下载到实验板测试；（必做）○2用VHDL语言设计并实现六个数码管循环左滚动，时钟点亮6个数码管，坐出右进，状态为：012345→123450→234501→345012→450123→501234→012345；（选做）○3用VHDL语言设计并实现六个数码管向左滚动，用全灭的数码管填充右边，直至全部变灭，然后再一次从右边一个一个地点亮。
数字电路实验报告-4选1数据选择器及其应用
电学实验报告模板实验原理数据选择器的功能类似一个单刀多掷开关,如图1所示。
数据选择器在地址码的控制下，从多路数据输入中选择其中一个并将其送到一个公共的输出端。
图1 数据选择器示意图1. 4选1数据选择器图2 4选1数据选择器及其逻辑图2所示为4选1数据选择器及其逻辑。
该电路有4路输入数据和为地址输入。
为使能控制端，当时，数据选择器正常工作；当时，数据选择器的输出被锁定在“0”，不能选择。
由图2（b）可以得到该数据选择器的逻辑函数式为(1)2. 用4选1数据选择器扩展成8选1数据选择器8选1数据选择器有8路数据输入，3位地址输入。
如果用4选1数据选择器实现8选1，需要2片4选1数据选择器，如图所示。
其中,是通过4选1数据选择器的使能控制端接入的。
由图5并根据式（1），可以得到显然实现了8选1的逻辑功能。
图5 用4选1数据选择器扩展成8选1数据选择器实验仪器实验内容及步骤1. 测试和验证74HC153的逻辑功能（1）集成电路芯片74HC153引脚图74HC153是双4选1数据选择器，芯片内部包含两个独立的、完全相同的4选1数据选择器。
图7-5所示为引脚图。
每一个4选1数据选择器都设置了一个使能控制端。
两个4选1数据选择器共享地址输入端。
图6 74HC151引脚图（2）测试和验证74HC153的逻辑功能按图7连接电路。
实验数据记录在表7-1。
验证74HC153的逻辑功能。
图7 测试74HC151的逻辑功能实验电路表1（3）用一片74HC153扩展成8选1数据选择器图8 74HC153扩展成8选1数据选择器实验电路按图8连接电路。
实验数据记录在表2。
验证电路的逻辑功能。
表2实验结果及分析1.实验结果2.分析该实验结果表明74HC153元件实现了4选1的数据选择功能74HC153与74LS00两个4选1数据选择器拓展实现了8选1的逻辑功能实验结论1.74HC153具有4选1逻辑功能，能够实现数据选择，其有4路输入数据D0、D1、D2、D3，A0、A1为地址输入，为使能控制端，当时，数据选择器正常工作；当时，数据选择器的输出被锁定在“0”，不能选择。
数电实验四 译码器及其应用
实验四译码器及其应用一、实验目的1.掌握中规模集成译码器的逻辑功能和使用方法。
2.掌握组合译码器的应用。
3.熟悉掌握集成译码器的扩展方法。
二、实验设备1.数字电路试验箱2.数字万用表3.74LS138、74LS20三、实验原理译码器是一个多输入多输出的组合电路，它的作用是将输入的具有特定含义的二进制代码翻译成输出信号的不同组合，实验电路的逻辑控制功能。
译码器在数字系统中应用广泛，可用于代码转换、终端数字的显示、数据的分配、存储器寻址和组合控制信号等。
本实验主要讨论3—8线变量译码器74LS38，它有三根输入线，可以输入三位二进制数码，共有八种状态组合，即可译出8个输出信号。
下图分别为管脚图和功能图。
该集成芯片共有16个引脚，其中8脚应接地线，16脚接+5V电源，脚,,为二进制编码输入端（为高位，为低位）；—为译码器输出端（为高位，为低位），,,为信号输入允许端，也称使能端。
,为低电平有效，为高电平有效。
只有信号输入允许端有效时输入的信号才有效，才能实现译码。
74LS138的功能表如下表所示。
74LS138引脚图 74LS138逻辑符号74LS138功能表四、实验内容1.测试74LS138的逻辑功能；2.设计电路，用74LS138，74LS20实现函数:Y=*+*+ABC3.用两片74LS138构成一个4—16线译码器。
四、实验过程1.设计电路，实现函数Y=*+*+ABC （1）列出的真值表（2）函数的实现Y = +++ = （3）逻辑电路设计AB5v2.用两片74LS138构成一个4—16线译码器逻辑电路设计如下：。
数字电路实验
数字电路实验实验⼀：数字实验箱的基本操作⼀、实验⽬的1、熟悉数字电路实验箱的结构、基本功能和使⽤⽅法。
2、理解数字电路及数字信号的特点。
3、掌握数字电路的基本搭建⽅法4、熟悉数字电路实验的操作要求和规范。
⼆、实验设备与仪器数字电路实验箱、数字式万⽤表。
三、实验原理1、七段显⽰译码器——CC4511引脚图如图1-1⽰。
V DD f g a b c d e图1-1 七段显⽰译码器——CC4511第8脚为负极，16脚为电源正极，A、B、C、D为BCD码输⼊端，a、b、c、d、e、f、g、h 为译码输出端，输出１有效，⽤于驱动共阴极LED数码管2、七段数码显⽰器（共阴极）结构图如下图所⽰。
四、实验内容及⽅法1、熟悉数字实验箱的组成和各部分的基本作⽤。
2、将实验箱中的四组拨码开关的输出A i、B i、C i、D i分别接⾄CC4511的对应输⼊⼝，接上+5V电源，然后按功能表的要求揿动四个数码的增减键和操作三个开关，观测盘上的四位数与LED数码管显⽰的对应数字是否⼀致，以及译码显⽰是否正常，记⼊表4.10。
五、实验思考题1．拨码开关的输出A i、B i、C i、D i的优先级别是怎么排列的，⽽CC4511的对应输⼊⼝A、B、C、D的优先级别⼜是怎么样的。
六、总结实验⼆、组合逻辑电路的设计与测试（1）（利⽤⼩规模集成芯⽚）⼀、实验⽬的1、掌握组合逻辑电路的分析和设计⽅法。
2、学习并掌握⼩规模芯⽚（SSI）的基本测试⽅法及实现各种组合逻辑电路的⽅法。
3、学习⽤仪器检测故障，排除故障。
⼆、实验设备与仪器数字电路实验箱、数字式万⽤表、74LS00⼀⽚（四2输⼊与⾮门）、74LS20（⼆4输⼊与⾮门）两⽚。
三、实验原理1．分析逻辑电路的⽅法：根据逻辑电路图---写出逻辑表达式---化简逻辑表达式（公式法、卡诺图法）---画出逻辑真值表---分析得出逻辑电路解决的实际问题（逻辑功能）。
2．设计组合电路的⼀般步骤如图2-1所⽰。
数字电路实验指导书
数字电路实验指导书江汉大学计科系计算机硬件教研室目录一实验的一般程序二实验台介绍三实验一逻辑门功能验证及应用电路实验四实验二组合电路功能验证及应用电路实验五实验三触发器功能验证及应用电路实验六实验四时序电路功能验证及应用电路实验七实验五串行加法器的设计八实验六汽车尾灯控制器的设计九实验七数字马表的设计十实验八数字密码锁电路的设计一．实验的一般程序数字电路是计算机专业的基础课之一，它的实践性较强。
通过实验，旨在巩固，加深和开拓课堂教学的内容，使学生加深理解数字系统（计算机系统是最常见的数字系统之一）基本组件的逻辑组成及其工作原理，掌握各基本组件的设计和调试方法，提高实践能力，逐步培养学生独立分析和解决问题的能力。
实验的一般程序可分为准备阶段，布线阶段，调试阶段以及实验完毕后书写实验报告等。
1准备阶段实验前做好充分的准备是必须的和有益的，每个实验者在实验前必须对实验目的，要求，内容，及其相关理论知识认真了解，做到心中有数，完成预习报告，预习报告是实验操作的依据。
预习报告没有固定的书写格式，只要实验者看懂就可以了。
一般要尽可能写得简洁，思路清楚，重点突出，一目了然。
其内容主要是画出实验所用的逻辑电路图和布线图，并附以简要的文字说明或注释，记录数据所用的表格，以及主要的注意事项。
2．布线阶段在布线前，必须校准集成电路组件两排引脚的距离，使之与实验台的插孔距相吻合，将集成电路组件插入时，用力要轻，均匀，开始不要插得太紧，待确定集成电路组件的引脚和插孔位置一致后，再用力将其插牢。
这样可避免集成电路组件引脚弯曲或折断。
布线最好有顺序地进行，不要随意接线，以免漏接。
布线时应首先将电源地线以及实验过程中始终不改变电平的输入端接好，然后接信号流向顺序依次布线。
布线时可考虑用不同颜色导线以区别不同信号，这样便于观察与察错。
布线用的导线不宜太长，且应尽量避免导线相互重叠，跨越集成电路组件的上空以及无规则的交错连接在空中搭成网状等现象。
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逻辑式及变换
化简式为: F=ABC+ABD+ACD+BCD
F A( BC BD) C ( AD BD) A BC BD C AD BD A BC BD C AD BD A BC BD合逻辑电路设计
一、所用器件
74ls00 4-2输入与非门3片。 7483 四位二进制全加器一片。
二、实验内容
1.用4-2输入与非门7400设计一个无弃权表决 器,在四人或三人表决为1时通过,否则不通过。要求 按组合电路设计要求写出真值表、卡诺图、逻揖函 数表达式、逻辑电路图和接线图；并用实验方法验 证设计结果。 要求：(1)用≤9个2输入与非门实现最简设计; (2)（略）设计对称性好,无竞争冒险的四人表决 电路。 2.用7483构成一个四位二进制全加器，实现 7+6+0=？ 8+9+1=？它所能进行运算的最大数是多 少？
使用八个2输入与非门的设计
消除竞争冒险的对称电路
7483引脚图
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7483逻辑框图
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7483真值表
7483逻辑图
。
返回
74ls00 四二输入与非门
引脚图与封装图
返回
真值表
A 0 0 0 B 0 0 0 C 0 0 1
四人表决电路设计
D 0 1 0 F 0 0 0
卡诺图
AB CD 00 01 11 10
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0
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