数字电路与逻辑设计实验A-朱治国新

数字电路与逻辑设计实验A教师朱治国课程内容及要求课程内容●采用74系列数字集成器件完成电路的设计、搭建、调试●采用FPGA硬件平台完成综合性数字系统的设计及调试课程要求●基本要求+提高要求●课堂练习+开放实验课程目标●掌握数字相关仪器仪表的使用●掌握传统数字电路设计方法及调试方法●掌握现代（EDA）数字电路设计方法及调试方法●能够进行电路故障的诊断、定位及解决●具备数据分析及报告撰写能力课程成绩构成及开放时间●平时成绩20%●基于74系列器件实验考试40%●基于FPGA器件的综合项目设计40%课程成绩构成开放时间综合实验大楼B205-206星期一（10.16）星期二（10.17）星期三（10.18）星期四（10.19）星期五（10.20）上午（8:30-11:30）蔡红军杜佳佳王恩普黄沛昱石鑫下午（2:00-5:00）罗一静李学全唐伶俐杨龙麟高岚晚上（6:30-9:00）刘双临张希应俊备注：标注时间段值班老师可完成数字电路实验答疑学习资源实验中心网站202.202.43.251实验一逻辑门参数测试实验目的实验内容及要求1.熟练掌握可编程直流电源DP832、台式万用表DM3058、数字实验平台的使用2.熟练掌握面包板结构及使用3.熟练掌握数字器件的识别4.熟练掌握导线的制作及连线规范1.测试数字实验平台的输入、输出2.测试7400任一与非门逻辑及电平主要知识点1.可编程直流电源DP8323通道输出：通道130V/3A通道230V/3A通道35V/3A数字电路需要多大的电压呢？通道选择与输出开关！！！主要知识点2.台式万用表DM3058测量直流电压测量连通性测试发光二极管注：通过按下Utility键，→system→配置→前开关→打开，打开前电源键功能。主要知识点3.数字实验平台逻辑电平指示区电源电路搭建区逻辑电平输出区如何点亮一盏发光二极管呢？主要知识点4.集成数字器件SN74HC00N绿色：芯片生产厂商，SN代表TI（HD代表日立公司）橙色：器件等级，74代表民用系列（54代表军用系列）蓝色：器件类型，HC代表高速CMOS（LS代表低功耗肖特基）红色：器件逻辑功能，00代表4个两输入与非门（10代表3个三输入与非门）黑色：封装，N代表DIP如何判断不同的引脚呢？主要知识点4.数字集成器件INPUTOUTPUTABFLogicVoltage(V)LogicVoltageLogicVoltage（V）00011011悬空悬空课后练习预设计1.TTL器件及CMOS器件高低逻辑电平的判断方法2.利用与非门设计一个四舍五入电路实验二组合逻辑电路的设计实验目的实验内容及要求1.熟练掌握组合逻辑设计大方法2.熟练掌握组合逻辑电路故障诊断、定位、解决的办法1.用与非门设计一个四舍五入电路，记录相关数据2.用与非门设计一个三人表决器，记录相关数据主要知识点INPUTOUTPUTABCDF00000001001000110100010101100111100010010000011111ABCD00011110000111100000011111XXXXXXFABDBC需要什么样的器件实现呢？能否使用与非门实现呢？FABCBD主要知识点FABCBD如何实现A~？AAA1A如何实现两个信号B的连接？结果及故障排查方法课后练习预设计1.预习74151数选器的功能，用74151实现F=ABC+ABD+ACD+BCD2.掌握示波器和函数信号发生器的使用，利用函数信号发生器产生1KHzTTL信号，低电平0V、高电平5V，用示波器观察稳定波形1.按照顺序依次检查0~9的二进制组合，LED灯的亮灭是否正确2.如有某个状态灯的亮灭不正确，如：0010（4）灯应该灭，但实际结果灯亮，则保持改状态，使用一根导线，依次从输出到输入检查每个与非门的逻辑是否正确。实验三数据选择器及其应用实验目的实验内容及要求1.熟练掌握数据选择器的逻辑功能及测试方法2.熟练掌握数据选择器的应用3.掌握功能表的阅读方法1.使用74151,采用降维图法，实现逻辑函数F=ABC+ABD+BCD+ACD2.使用74151实现逻辑函数F=BCD+BC+AD主要知识点ABCD000111100001111011111F=ABC+ABD+BCD+ACD+ABCD该逻辑表达式是什么功能呢？D1D00D00CAB0001111001D5D7D3D1D4D6D2D0A00001111001A2A18-inputdataselector7415100000000000D0=D1=D2=D4=0D3=D5=D6=DD7=1ABC与A2A1A0的关系有顺序要求吗？主要知识点D0=D1=D2=D4=0D3=D5=D6=DD7=1A=A2B=A1C=A0请同学们自行降C完成该逻辑表达式电路！1234567816151413121110974151+5VABCD结果及故障排查方法课后练习预设计1.预习7474触发器的功能，完成二进制设计2.利用7400完成RS触发器的设计1.按照顺序依次检查ABCD的16种组合，LED灯的亮灭是否正确（即是否任意三个拨码开关为逻辑1，则灯亮）2.如所有状态均不亮，则检查电源是否正常。3.如有某个状态灯的亮灭不正确，如：ABCD为0111时灯应该亮，但实际结果灯灭，则保持该状态，使用一根导线检测。ABC为011，则A2A1A0为011，即输出为D3，则检测D3是否为逻辑1。实验四集成触发器及其应用（2学时）实验目的实验内容及要求1.熟练掌握函数信号发生器和示波器的使用2.掌握设计RS触发器的方法，能够进行状态测试3.掌握D触发器的逻辑功能和测试方法4.利用触发器设计简单时序逻辑电路并验证1.利用与非门设计RS锁存器，并测试状态2.D触发器功能测试—设计二进制计数器，观察稳定的输入输出波形，并记录实验结果主要知识点1.RS锁存器RSnQ1n+Q101001011111000010101010要求：完成该表及电路的绘制！！主要知识点2.函数信号发生器DG1000Z背景灯亮，打开输出背景灯灭，关闭输出调节高低电平主要知识点3.示波器MSO1000Z模拟通道输入端4通道补偿信号输入端及接地端，用于功能检查垂直控制模拟通道设置键，点亮为打开该通道垂直位移设置垂直档位设置4个通道复用一组垂直控制按键，请先按键选中该通道，再设置。波形自动显示主要知识点3.示波器MSO1000Z模拟通道输入端4通道补偿信号输入端及接地端，用于功能检查水平控制水平位移设置水平档位设置主要知识点3.示波器MSO1000Z模拟通道输入端4通道补偿信号输入端及接地端，用于功能检查触发控制选择触发源调节触发电平运行控制主要知识点4.设计二进制计数器，观察输入输出波形要求：观察稳定的CLK和Q的波形，并绘制波形，说明二者间的关系！1234567141312111097474+5V8脉冲信号CLKQ如何调节二者波形稳定？结果及故障排查方法课后练习预设计1.利用7474设计异步四进制计数器1.首先观察LED灯的状态是否为二进制计数器2.同时连接示波器两个通道，同时观察CLK和Q的波形，调节波形稳定，观察二者间的关系。实验四集成触发器及其应用（2学时）实验目的实验内容及要求1.熟练掌握函数信号发生器和示波器的使用2.利用触发器设计时序逻辑电路并验证3.掌握时序逻辑电路的故障排查方法1.利用7474设计一个异步四进制计数器，观察LED灯计数结果，观察输入、输出波形，记录实验结果。2.利用7474设计一个同步四进制计数器，观察LED灯计数结果，观察输入、输出波形，记录实验结果。0101Qn2Qn10101Qn2Qn1CLKQ1Q2主要知识点1.异步四进制计数器S0S1S2S3PSNSQn2Qn1Qn+12Qn+1100010110101111000001101100CLK1=CLKCLK2=Q1PSNSQn2Qn1Qn+12Qn+1100X1011010X11100110010XXn1n11=QQn1n22=QQ=D1=D27474是上升沿触发，如何实现下降沿触发Q2呢？要求：请同学们自行完成电路的绘制！！结果及故障排查方法课后练习预设计1.预习74390的功能2.利用74390设计模24计数器1.首先观察LED灯的状态是否为四进制计数器。2.如果灯的亮灭状态不正确，如：两个灯都不亮或两个灯的闪烁一致，可检查以下几个方面：①电源是否连接正确；②异步控制端是否为逻辑1；③信号源输出是否打开；④信号源时钟脉冲信号是否调节为高电平5V、低电平0V；⑤电路是否搭建正确。3.同时连接示波器三个通道，同时观察CLK、Q2、Q1的波形，调节波形稳定，观察三者间的关系。4.波形稳定请调节触发源和触发电平。实验五计数器及其应用实验目的实验内容及要求1.熟练掌握利用集成计数器芯片完成任意模值计数器设计的方法2.掌握时序逻辑电路的故障排查方法1.利用74390设计一个模24的计数器，观察LED灯的计数结果。2.采用其他设计方法设计模24计数器，如：5*5/3*8/4*6。主要知识点1.74390M2M5CPAQAQBQCQDCPBCPAQA01CPBQD000QCQB001010011100主要知识点1.74390序号00000100012001030011401005010160110701118100091001nBQnCQnDQnAQ8421BCD码M=1074390CPACPBQAQBQCQDCLK主要知识点1.743905421BCD码序号00000100012001030011401005100061001710108101191100nBQnCQnDQnAQM=1074390CPACPBQAQBQCQDCLK主要知识点2.模12计数器设计2QD2QC2QA2QB1QD1QC1QB1QA00000000000100100011010001010110011110001001000000000000000000000000000000000000000000010001000100010010暂态12=21DDABRRQQ没有与门，如何实现呢？16151413121110912345678743901615141312111012345677400+5VCLK1QA1QB1QC1QD2QA方法一：①级联模10010*10=100②计数0~11,12时清零方法二：①级联模2010*2=20②计数0~11,12时清零方法三：模6*模2（模3*模4）特别注意计数序列要求：请同学们自行完成模24电路的设计与绘制！！RD0000000000010结果及故障排查方法课后练习预设计1.预习74194的功能2.利用74194设计一个具有自启动功能的4位右移的环形计数器1.观察LED灯的状态是否为模24计数器（0~23）。2.如果灯的亮灭状态不正确，如：计数状态不正确（多或者少状态），可检查以下几个方面：①电源是否连接正确，特别是00芯片；②级联信号连接是否正确；③清零信号连接是否正确；④信号源时钟脉冲信号是否调节为高电平5V、低电平0V；⑤电路是否搭建正确。实验六移位寄存器及其应用实验目的实验内容及要求1.熟练掌握移位寄存器的基本原理和功能2.掌握设计具有自启动功能的环形计数器的方法3.能够使用示波器观察输入输出波形1.利用74194设计一个具有自启动功能的4位右移环形计数器（0111→1011→1101→1110→0111），观察LED灯的计数状态，观察输出波形。2.利用74194设计一个具有自启动功能的4位左移环形计数器（0011←1001←1100←0110←0011），观察LED灯的计数状态，观察输出波形。主要知识点1.四位右移环形计数器0111→1011→1101→1110Q0Q1Q2Q31110SR=？0001111000011110Q0Q1Q2Q3SR11101111000001100011100101XXXXXXXXXX012RSQQQ012=QQQ无关项是作1还是作0？一共有多少个偏离态？要求：请同学们自行完成