数字电路实验

另外，如果两片计数器要级联，应注意到信号上 升沿起作用还是下降沿起作用。
数字电路实验 十二进制加法计数器原理框图：
CP
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可选连续脉冲信号：
实验箱为用户使用FPGA芯片EPF10K10LC84-4 提供了配置EPROM插座。随机提供的EPC1441 已预先写入了产生分组可选连续脉冲信号的应用 程序。每当系统上电时，配置的EPROM便向 EPF10K10 芯片装入该应用程序，并启动运行。 由EPF10K10芯片提供的两组共8种频率的连续 脉冲信号可由插座P4引出。
提示：设两个数分别为 M A1 A0 N B1B0，然后利
用卡诺图进行比较，分别得出M>N，M=N， M<N三种情况的逻辑表达式，记录波形，用门电 路实现。
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实验2： 设计一个四人无弃权表决电路（多数赞成则提案 通过）。要求观察波形，用门电路实现。 有能力的同学可以下载到实验箱上观察。用拨码 开关控制输入，用一盏红灯表示表决结果。
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二、设计项目的编译 主要完成器件的选择及适配，逻辑的综合及器 件的装入，以及延时信息的提取。其目的是检 查逻辑设计输入是否有错，并生成可以进行仿 真、定时分析及下载到可编程器件的相关文件， 如*.cnf *.rpt *.snf *.pof *.sof等
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三、逻辑分配 设计人员根据硬件设备的结构为项目做器件资 源的分配，把逻辑分配给器件引脚和逻辑单元， 也就是把输入、输出节点（Nodes)分配给器件 的引脚。
I/O 引脚 18
21
20 12 17 16 15
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下图为红黄绿信号线及上下左右组选线与各组彩 灯实际位置关系的示意图：
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由于采用共阴极、扫描方式（信号高电平有效， 组选线低电平有效），所以只用 7个管脚就可以 控制 12个彩灯了。譬如说确定是实际箱子上左侧 的上数第二个彩灯，然后从下侧的左图中找到这 个灯的标号Y2，然后从右侧图中找到这个Y2的信 号线和组选线的搭配，即YELLOW和L2。方法必 须是信号线为高，组选线为低。在这个例子里是： YELLOW输入为高，L2输入为低。这会让发光二 极管两侧形成电压差从而点亮它。注：记住 YELLOW和L2都是输入端，在MAX+PLUSII中 都是“input”。
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在设计过程中，要特别注意触发器对CP脉冲与控 制输入信号之间相互配合的要求。一般来说，边 沿触发器要求控制输入端信号超前CP脉冲的触发 边沿一段时间建立，并在触发器边沿到达后继续 保持一段时间。各种边沿触发器对建立和保持时 间上有所差别。主从触发器则要求控制输入信号 在CP=1其间不应发生变化，否则将可能导致触 发器错误输出。
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MAX+PLUSⅡ的设计过程分为以下六步： 一、逻辑设计输入：
逻辑输入可以采用图形输入、文本输入、和波 形输入等方式。其中图形输入法直观、易于学 习掌握、便于电路调整，但效率低。文本输入 法则设计灵活、功能性强，易于实现复杂的逻 辑设计。波形输入法最适合于实现简单的时序 和重复的函数。
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数字显示器的数据线和数位线经专用跳线插座与 主芯片EPM7128S 的引脚互连，详情如下：
数据线
a
b
c
d
e
f gh
EPM7128S 11 10
9
8
6
5 4 81
I/O 引脚
数位线 LED0 LED1 LED2 LE3D LED4 LED5
EPM7128S 80 79 77 76 75 74 I/O 引脚
插座P4的引脚 频率
1 1Hz
2 10Hz
3 100Hz
4 1000Hz
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数字显示器：
本实验箱提供的数字显示器由6位LED数码管组成 分别为EPM7128S和EPF10K10所共享。数字显 示器采用共阴极扫描式驱动方案（数据线高电平 有效，而数位线低电平有效）。它的数据线和数 位线与6位LED数码管的显示段和数位控制线间的 实际对应关系如下图：
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彩灯显示电路：
实验箱的彩灯显示电路由四组红、黄、绿发光二 极管组成，硬件采取共阴极扫描式驱动方案（数 据线高电平有效，而数位线低电平有效）。彩灯 电路的红黄绿信号线及上下左右组选线与主芯片 EPM7128S 的引脚关系如下：
彩灯电路
红黄绿信号线
组选线
EPM7128S RED YELLOW GREEN L1 L2 L3 L4
第二讲：组合逻辑电路设计 第三讲：计数器的设计及应用 第四讲：中规模集成电路的综合应用
数字电路实验
第一讲：熟悉PLD实验教学系统的使用和集成门电 路的逻辑变换及应用
Altera公司的MAX+PLUSⅡ开发系统是一个完 全集成化、易学易用的可编程逻辑设计环境。 它具有原理图输入、文本输入、波形输入等多 种输入方式，利用它所配备的编辑、编译、仿 真、综合、芯片编程等功能，可以完成数字电 路从设计、检查、模拟到下载的全过程，是 EDA设计中不可缺少的一种有用工具。 MAX+PLUSⅡ所提供的灵活性和高效性是无可 比拟的。
SW11
31
SW12 SW13 SW14 SW15 SW16 SW17 SW18
30 29 28 27 25 24 23
没有26
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彩灯显示电路：
实验箱的彩灯显示电路由四组红、黄、绿发光二 极管组成，硬件采取共阴极扫描式驱动方案（数 据线高电平有效，而数位线低电平有效）。彩灯 电路的红黄绿信号线及上下左右组选线与主芯片 EPM7128S 的引脚关系如下：
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本实验箱是由ALTERA公司的可编程器件MAX 7000S系列中的EPM7128SLC84-15和FLEX 10K系列中的EPF10K10LC84-4以及丰富的可供 选择的外围接口器件组成。采用20MHz的石英晶 体振荡器作为系统主钟源，支持采用JTAG链的下 载方式对板内的和跨板的可编程器件进行系统编 程和配置。它也支持对可编程器件 EPF10K10LC84-4的EPROM配置。这一学期的 实验课主要是应用EPM7128SLC84-15。
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对于实验3应注意到译码器7448只能识别0-9， 对于10和10以上的数直接用7448会出现乱码。 对于这样的数，我们应该用一个判别电路判断出 来，再人为的加上6（0110），这样我们就可以 把10及其以上的数的个位提取出来。
如：1100（12）+0110（6）=10010，如果 我们只看后四位的话，0010（2）这样12的个位 就被我们提取出来了，可以输入到7448上了。
注：其中clock_pulse为扫描脉冲，与74160 的计数脉冲不同。最简单的区别方式为： clock_pulse的频率高，而计数脉冲频率较低。
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第四讲：中规模集成电路的综合应用
A、实现一个可用两位数码管显示到99的四位并 行累加器电路。用4个拨码开关输入（输入的数不 能大于9）。设置一个按键，每次按按键的时候进 行相加。
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例：如何用74160和7448控制单个数码管来显示 10进制？
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例：如何驱动2个数码管？（图中略去两个74160 和7448的输出端）
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74244为8三态门器件，这里通过对个位和十位 的分时显示使得7448中得到的数字在同一时刻只 是十位或个位其中的一个。而且通过对LED4、 LED5的同时控制，使得个位或十位在同一时刻也 被送往右数第一个或右数第二个数码管，这样我 们就在两个数码管上得到了交替显示的数字。那 么当clock_pluse的频率增高后（每秒大于50赫 兹），我们就发觉两个数码管好象同时显示且毫 不干扰，这种原理就像我们所熟悉的电影胶片， 当速度大于每秒24帧的时候，我们从电影屏幕上 就看到了连续的图像。
数字电路实验 范例：只要求Y1、Y3、Y4亮，其余的灯均不亮。
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第三讲：计数器的设计及应用
实验1：
验证D、JK触发器的逻辑功能，并填以下两表，并 记录波形
Qn1
D
CP
Q Qn 0
n
1
0
0→1
1→0
1
0→1
1→0
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J
K
0
0
0
1
1
0
1
1
CP
0→1 1→0 0→1 1→0 0→1 1→0 0→1 1→0
下图为CPLD可编程器件教学实验箱硬件布局图
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EPM712有带上拉电阻的8位拨码开关SW1， 拨到上方为低电平，拨到下方为高电平。SW1的 输出与可编程器件EPM7128S的I/O引脚固连。 具体关系如下：
拨码开关 SW1的码位
EPM7128S 的I/O引脚
表达式3需要下载到实验箱上，输入端A、B、C 用拨码开关控制，F输出用红灯显示。
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第二讲：组合逻辑电路设计 实验1： 设计一个四输入三输出端电路。对两个两位无符 号的二进制数进行比较，根据第一个数是否大于、 等于、小于第二个数，使相应的三个输出中的一 个输出为“1”。通常称这种电路为比较电路。 输入用拨码开关控制，三个输出分别用不同颜色 的灯显示，3盏灯中只要求亮一盏。
Qn 1
Qn 0
Qn 1
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实验2： 用JK触发器设计一个七进制计数器，要求写出设 计过程，并记录波形。 实验3： 用计数器74160或74161设计一个七十七进制加 法计数器，同步异步均可。要求下载到实验箱上 观察结果，所用频率为1Hz，用数码管显示。
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对于实验1、2应注意到触发器是构成时序电路的 基本逻辑单元。它具有两个稳定状态，即“0”状 态和“1”状态。只有在触发信号作用下，才能从 原来的稳定状态转变为新的稳定状态。因此触发 器是一种具有记忆功能的电路，可以作为二进制 存储单元使用。