数字电子技术与接口技术试验教程(宁改娣)1-4章 (2)
《数字电子技术》详细目录
《数字电子技术》目录第1章数制与编码1.1 数字电路基础知识1.1.1 模拟信号与数字信号1.1.2 数字电路的特点1.2 数制1.2.1 十进制数1.2.2 二进制数1.2.3 八进制数1.2.4 十六进制数1.3 数制转换1.3.1 二进制数与八进制数的相互转换1.3.2 二进制数与十六进制数的相互转换1.3.3 十进制数与任意进制数的相互转换1.4 二进制编码1.4.1 加权二进制码1.4.2 不加权的二进制码1.4.3 字母数字码1.4.4 补码1.5 带符号二进制数的加减运算1.5.1 加法运算1.5.2 减法运算第2章逻辑门2.1 基本逻辑门2.1.1 与门2.1.2 或门2.1.3 非门2.2 复合逻辑门2.2.1 与非门2.2.2 或非门2.2.3 异或门2.2.4 同或门2.3 其它逻辑门2.3.1 集电极开路逻辑门2.3.2 集电极开路逻辑门的应用2.3.3 三态逻辑门2.4 集成电路逻辑门2.4.1 概述2.4.2 TTL集成电路逻辑门2.4.3 CMOS集成电路逻辑门2.4.4 集成逻辑门的性能参数2.4.5 TTL与CMOS集成电路的接口*第3章逻辑代数基础3.1 概述3.1.1 逻辑函数的基本概念3.1.2 逻辑函数的表示方法3.2 逻辑代数的运算规则3.2.1 逻辑代数的基本定律3.2.2 逻辑代数的基本公式3.2.3 摩根定理3.2.4 逻辑代数的规则3.3 逻辑函数的代数化简法3.3.1 并项化简法3.3.2 吸收化简法3.3.3 配项化简法3.3.4 消去冗余项法3.4 逻辑函数的标准形式3.4.1 最小项与最大项3.4.2 标准与或表达式3.4.3 标准或与表达式3.4.4 两种标准形式的相互转换3.4.5 逻辑函数表达式与真值表的相互转换3.5 逻辑函数的卡诺图化简法3.5.1 卡诺图3.5.2 与或表达式的卡诺图表示3.5.3 与或表达式的卡诺图化简3.5.4 或与表达式的卡诺图化简3.5.5 含无关项逻辑函数的卡诺图化简3.5.6 多输出逻辑函数的化简*第4章组合逻辑电路4.1 组合逻辑电路的分析4.1.1 组合逻辑电路的定义4.1.2 组合逻辑电路的分析步骤4.1.3 组合逻辑电路的分析举例4.2 组合逻辑电路的设计4.2.1 组合逻辑电路的一般设计步骤4.2.2 组合逻辑电路的设计举例4.3 编码器4.3.1 编码器的概念4.3.2 二进制编码器4.3.3 二－十进制编码器4.3.4 编码器应用举例4.4 译码器4.4.1 译码器的概念4.4.2 二进制译码器4.4.3 二－十进制译码器4.4.4 用译码器实现逻辑函数4.4.5 显示译码器4.4.6 译码器应用举例4.5 数据选择器与数据分配器4.5.1 数据选择器4.5.2 用数据选择器实现逻辑函数4.5.3 数据分配器4.5.4 数据选择器应用举例4.6 加法器4.6.1 半加器4.6.2 全加器4.6.3 多位加法器4.6.4 加法器应用举例4.6.5 加法器构成减法运算电路* 4.7 比较器4.7.1 1位数值比较器4.7.2 集成数值比较器4.7.3 集成数值比较器应用举例4.8 码组转换电路4.8.1 BCD码之间的相互转换4.8.2 BCD码与二进制码之间的相互转换4.8.3 格雷码与二进制码之间的相互转换4.9 组合逻辑电路的竞争与冒险4.9.1 冒险现象的识别4.9.2 消除冒险现象的方法第5章触发器5.1 RS触发器5.1.1 基本RS触发器5.1.2 钟控RS触发器5.1.3 RS触发器应用举例5.2 D触发器5.2.1 电平触发D触发器5.2.2 边沿D触发器5.3 JK触发器5.3.1 主从JK触发器5.3.2 边沿JK触发器5.4 不同类型触发器的相互转换5.4.1 概述5.4.2 D触发器转换为JK、T和T＇触发器5.4.3 JK触发器转换为D触发器第6章寄存器与计数器6.1 寄存器与移位寄存器6.1.1 寄存器6.1.2 移位寄存器6.1.3 移位寄存器应用举例6.2 异步N进制计数器6.2.1 异步n位二进制计数器6.2.2 异步非二进制计数器6.3 同步N进制计数器6.3.1 同步n位二进制计数器6.3.2 同步非二进制计数器6.4 集成计数器6.4.1 集成同步二进制计数器6.4.2 集成同步非二进制计数器6.4.3 集成异步二进制计数器6.4.4 集成异步非二进制计数器6.4.5 集成计数器的扩展6.4.6 集成计数器应用举例第7章时序逻辑电路的分析与设计7.1 概述7.1.1 时序逻辑电路的定义7.1.2 时序逻辑电路的结构7.1.3 时序逻辑电路的分类7.2 时序逻辑电路的分析7.2.1时序逻辑电路的分析步骤7.2.2 同步时序逻辑电路分析举例7.2.3 异步时序逻辑电路分析举例7.3 同步时序逻辑电路的设计7.3.1 同步时序逻辑电路的基本设计步骤7.3.2 同步时序逻辑电路设计举例第8章存储器与可编程器件8.1 存储器概述8.1.1 存储器的分类8.1.2 存储器的相关概念8.1.3 存储器的性能指标8.2 RAM8.2.1 RAM分类与结构8.2.2 SRAM8.2.3 DRAM8.3 ROM8.3.1 ROM分类与结构8.3.2 掩膜ROM8.3.3 可编程ROM8.3.4 可编程ROM的应用8.4 快闪存储器（Flash Memory）8.4.1 快闪存储器的电路结构8.4.2 闪存与其它存储器的比较8.5 存储器的扩展8.5.1 存储器的位扩展法8.5.2 存储器的字扩展法8.6 可编程阵列逻辑8.6.1 PAL的电路结构8.6.2 PAL器件举例8.6.3 PAL器件的应用8.7 通用阵列逻辑8.7.1 GAL的性能特点8.7.2 GAL的电路结构8.7.3 OLMC8.7.4 GAL器件的编程与开发8.8 CPLD、FPGA和在系统编程技术8.8.1 数字可编程器件的发展概况8.8.2数字可编程器件的编程语言8.8.3数字可编程器件的应用实例第9章D/A转换器和A/D转换器9.1 概述9.2 D/A转换器9.2.1 D/A转换器的电路结构9.2.2 二进制权电阻网络D/A转换器9.2.3 倒T型电阻网络D/A转换器9.2.4 D/A转换器的主要技术参数9.2.5 集成D/A转换器及应用举例9.3 A/D转换器9.3.1 A/D转换的一般步骤9.3.2 A/D转换器的种类9.3.3 A/D转换器的主要技术参数9.3.4 集成A/D转换器及应用举例第10章脉冲波形的产生与整形电路10.1 概述10.2 多谐振荡器10.2.1 门电路构成的多谐振荡器10.2.2 采用石英晶体的多谐振荡器10.3 单稳态触发器10.3.1 门电路构成的单稳态触发器10.3.2 集成单稳态触发器10.3.3 单稳态触发器的应用10.4 施密特触发器10.4.1 概述10.4.2 施密特触发器的应用10.5 555定时器及其应用10.5.1 电路组成及工作原理10.5.2 555定时器构成施密特触发器10.5.3 555定时器构成单稳态触发器10.5.4 555定时器构成多谐振荡器第11章数字集成电路简介11.1 TTL门电路11.1.1 TTL与非门电路11.1.2 TTL或非门电路11.1.3 TTL与或非门电路11.1.4 集电极开路门电路与三态门电路11.1.5 肖特基TTL与非门电路11.2 CMOS门电路11.2.1 概述11.2.2 CMOS非门电路11.2.3 CMOS与非门电路11.2.4 CMOS或非门电路11.2.5 CMOS门电路的构成规则11.3 数字集成电路的使用。
数字电子技术础实验指导书(第四版本)答案
数字电子技术基础实验指导书(第四版本)答案实验一：二进制和十进制数转换实验目的通过本实验，学生应能够掌握以下内容：•理解二进制和十进制数的定义；•掌握二进制和十进制数之间的相互转换方法；•了解计算机中数字的表示方式。
实验器材•D型正相触发器74LS74；•全加器IC 74LS83N；•BCD码转十进制码芯片74LS85N；•多路数据选择器74LS139；•Logisim仿真软件。
实验原理在本实验中，我们将学习如何将二进制数转换为十进制数，以及如何将十进制数转换为二进制数。
二进制数转换为十进制数二进制数是一种由0和1组成的数制。
要将二进制数转换为十进制数，我们将按照以下步骤进行：1.从二进制数的最低位开始，将每个位上的数字乘以2的幂，幂的值从0开始，并以1递增。
2.计算结果得到的数值将二进制数转换为十进制数。
例如，将二进制数1101转换为十进制数的过程如下：(1 × 2^3) + (1 × 2^2) + (0 × 2^1) + (1 × 2^0)= 13十进制数转换为二进制数十进制数是一种由0到9组成的数制。
要将十进制数转换为二进制数，我们将按照以下步骤进行：1.将十进制数除以2，得到商和余数。
2.将商除以2，得到新的商和余数，重复此步骤，直到商为0。
3.将每个余数按从下到上的顺序排列，得到二进制数的表示。
例如，将十进制数13转换为二进制数的过程如下：13 ÷ 2 = 6 余 16 ÷ 2 = 3 余 03 ÷ 2 = 1 余 11 ÷2 = 0 余 1余数从下到上排列为1101，即为二进制数13的表示。
实验步骤1.将电路搭建如图所示：实验电路图实验电路图2.打开Logisim仿真软件，导入上述电路图。
3.分别输入二进制数和十进制数，并进行转换。
4.验证转换结果的正确性。
实验结果分析我们使用Logisim仿真软件进行实验，输入了二进制数1101和十进制数13，进行转换。
数字电子技术与接口技术试验教程(宁改娣)1-4章 (4)
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第4章 基于HDL的组合逻辑电路实验 现代数字电路实验的很多内容都无需在实验室完成，借助
各种仿真器，完全可以在自己的计算机上进行电路设计和验证。 Digilent的Basys2是一个非常适合大学生的实验系统，一旦拥 有，就如同拥有了一个自己的“口袋实验室”。
本章所有例程均使用FPGA开发板Nexys3或Basys2上的8个 SW和4个BTN按键开关作为输入，8个LED和4个七段数码管作为 输出。Digilent网站都有不同开发板的约束文件可下载，读者 完全可以根据第1章对开发板的介绍和不同实验的需要编写约 束文件(即FPGA的引脚分配)。
文本方式的硬件描述语言两种。借助EDA工具使用原理图设计 电路的优点是，设计者能通过数字电路课程中学到的电路知识 迅速入门，可设计多层次的直观的数字系统，再不必学习诸如 编程技术、硬件描述语言等新知识。但采用原理图方法就无法 设计非常复杂的数字系统。文本方式是用语言多层次地描述系 统硬件，容易修改，不依赖特定硬件环境，可移植性好，通用 性好，方便设计复杂数字系统。本书实例中，VHDL和Verilog HDL两种硬件描述语言都可能用到。
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第4章 基于HDL的组合逻辑电路实验 4.1 逻 辑 门 实 验
逻辑门是数字电路最基本的单元，掌握用HDL实现其逻辑 功能是必要的。
数字电子技术实验报告
数字电子技术实验报告
一、实验目的：
1． 掌握TTL 逻辑门电路的主要参数意义
2． 掌握TTL 逻辑门电路主要参数以及测量方法
3． 通过与非门实现与门、或门、异或门。
二、实验设备;
1． 数字电路实验箱
2． 74LS00
3． 函数发生器、示波器
三、实验原理;
1． 实验室所用电路板中配备有与非门，可以通过各种逻辑运算，从而利用与非门实现
与门、或门、异或门等逻辑门电路。
2． Y=A ·B=1••B A ,从公式可以看出，可以将AB 与1接入与非门的两个输入端（输入1的端口悬空即可）。
3． B A B A Y •=+=，从公式可以看出可以将A 和1接入一个非门（2步骤中已经
实现非门），从而得到A ，同理可以得到B ，然后将A 和B 接入与非门的两个输入端，就可得到Y 。
4． Y=A B ⊗=))((B A B A ++=))((B A AB =))((B A AB 。
5． 取信号A 为方波，峰峰值是5V ，偏移量为2.5V ，频率为1000Hz ，B 取为逻辑开关。
四、实验结果图
2． 或门
B
A
& 1 &
3．
当B=0时，Y=A B ⊗=A 当B=1时，Y=A B ⊗=A
B 1 & A & 1
&
A
1
B
1
& B & & A &
&。
数字电子技术与接口技术试验教程(宁改娣)5-8章 (1)
第5章 基于HDL的时序逻辑电路实验 assign #5 f1 = ~ (f4 & f2 & ~set); //#5表
示与门加5个单位时间的传输延时 assign #5 f2 = ~(f1 & f5 & ~clr); assign #5 f3 = ~(f6 & f4 & ~set); assign #5 f4 = ~(f3 & clk & ~clr); assign #5 f5 = ~(f4 & clk & f6 & ~set); assign #5 f6 = ~(f5 & D & ~clr); assign q = f1; assign notq = f2;
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第5章 基于HDL的时序逻辑电路实验 cntval
<="00000000000000000000000000"; else cntval <= cntval + 1; end if;
end if; end process; clkout <= cntval(25); end Behavioral;
第5章 基于HDL的时序逻辑电路实验 第5章 基于HDL的时序逻辑电路实验 5.1 边沿D触发器实验 5.2 计数器实验 5.3 寄存器和移位寄存器实验 5.4 串行序列检测器设计
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第5章 基于HDL的时序逻辑电路实验 数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电
路任何时刻输出信号的逻辑状态仅取决于该时刻输入信号的逻 辑状态，电路中不包含记忆性电路或器件。时序逻辑电路的输 出状态不仅与该时刻的输入有关，而且还与电路历史状态有关。 时序逻辑电路的基本单元是触发器，具有记忆输入信息的功能。
数字电子技术基础实验指导书
数字电子技术基础实验指导书数字电子技术是现代电子技术领域中的一块重要分支，其研究涉及数字电路、逻辑电路、计算机组成原理、数字信号处理等多个方面。
随着数码电子科技的快速发展，数字电子技术的应用场景也越来越广泛，如计算机、通信、网络、娱乐等领域。
因此，在数字电子技术的学习过程中，实验是不可或缺的一环，可以帮助学生更全面地理解数字电子技术的原理和应用。
数字电子技术基础实验指导书是一本针对数字电子技术实验教学的配套教材，主要目的是为学生提供实验过程中的基本操作和实验原理，帮助学生掌握数字电子技术的相关知识和技能。
本指导书基于数字电子技术的基本理论，涵盖了数字电路设计、数字逻辑电路设计、计算机组成原理、数字信号处理等方面的实验内容。
数字电子技术基础实验指导书的内容分为两个部分，第一个部分是实验原理和实验操作，第二个部分是实验报告。
在第一个部分，学生能够找到实验的基本原理，理解不同数字电路的工作原理和作用，掌握数字电路的组成和设计方法，以及学会使用数字电路仿真软件和实验设备进行实验。
每个实验都包括实验目的、实验原理、实验操作、实验分析等部分，让学生在实验过程中更好地理解和掌握相关知识。
实验报告作为第二个部分，对于学生来说是非常重要的。
一方面，它帮助学生总结归纳实验过程中遇到的问题以及解决方法，另一方面，也帮助学生理解和证实实验原理。
实验报告包括实验目的、实验内容、实验结果分析以及实验心得等部分，还要求学生对实验过程中发现的问题进行分析和解决方案的探讨。
数字电子技术基础实验指导书的使用方法包括理论讲解、创新思维和实验操作三个环节。
在理论讲解环节，教师讲解每个实验的基本理论和概念，让学生有足够的理论准备。
在创新思维环节，教师可以提供一些拓展的实验题目，让学生在实验中发现问题、思考解决方法，培养其创新意识。
实验操作环节考验学生的实际操作能力，让学生在实践中掌握数字电子技术的基本原理和应用技能。
总之，数字电子技术基础实验指导书是数字电子技术教学中不可或缺的一部分。
数字电子技术实验1-4
第三部分：数字电子技术实验实验一晶体管开关特性限幅器与箝位器一、实验目的1、观察晶体管的开关特性，熟悉外电路参数对晶体管开关特性的影响。
2、掌握现现限幅器的基本工作原理。
3、掌握箝位器的基本工作原理。
二、实验原理1、二极管的开关过程是结电容充、放电和存贮电荷建立与消散的过程。
二级管的开启和关断不可能在瞬间完成。
如图3-1-1所示，当加在二级管上的电压突然由正向偏置变为反向偏置时，二级管的截止过程存在反向恢复时间t R=t S+t F,其中t S称为存贮时间，t F称为下降时间。
t S和t F值的大小取决于二级管的结构，同时也与外电路的参数有关。
二级管正向电流越大，t S值越大；所加截止偏压越大，t S值越小。
由于t R的存在，限制了开关速度的提高，所以应合理地选择电路元件参数以减小二极管的开关时间，限制了开关速度的提高，所以应合理地选择电路元件参数以减小二极管的开关时间，提高开关速度。
图3-1-1二级管开关特性图3-1-2晶体管开关特性1、晶体管的开关过程主要与晶体管内部存贮电荷（主要是基区存贮电荷）的建立和消散过程有关，因此晶体管从截止到饱和与从饱和到截止状态的转换都需要时间。
晶体管的开关特性如图3-1-2所示，其中开启时间t on=t d（延迟时间）＋t r（上升时间）；关闭时间t off=t s （存贮时间）＋t f（下降时间）。
与二级管的开关参数一样，这些差数也主要取决于晶体管的内部结构，同时与外电路的参数有关。
例如，加大基极正向驱动电流可以减小t r，但同时加深了晶体管的饱和程度，t c也随之增加；而若加大反向驱动电流，t s和t f都将减小，但截止程度也相应加深，对减小t d不利。
开关时间的存在使晶体管开关速度受到限制，为了减小开关时间，应选择合适的负载电阻R c，减小输出电容C o，此外，在基极串联电阻上并联一个加速电容，或在集电极接入限幅二极管D，都可以使输出波形的边沿得到明显的改善。
数字电子技术实验指导书
数字电⼦技术实验指导书数字电⼦技术实验指导书（韶关学院⾃动化专业⽤）⾃动化系2014年1⽉10⽇实验室：信⼯405数字电⼦技术实验必读本实验指导书是根据本科教学⼤纲安排的，共计14学时。
第⼀个实验为基础性实验，第⼆和第七个实验为设计性实验，其余为综合性实验。
本实验采取⼀⼈⼀组，实验以班级为单位统⼀安排。
1．学⽣在每次实验前应认真预习，⽤⾃⼰的语⾔简要的写明实验⽬的、实验原理，编写预习报告，了解实验内容、仪器性能、使⽤⽅法以及注意事项等，同时画好必要的记录表格，以备实验时作原始记录。
教师要检查学⽣的预习情况，未预习者不得进⾏实验。
2．学⽣上实验课不得迟到，对迟到者，教师可酌情停⽌其实验。
3．⾮本次实验⽤的仪器设备，未经⽼师许可不得任意动⽤。
4．实验时应听从教师指导。
实验线路应简洁合理，线路接好后应反复检查，确认⽆误时才接通电源。
5．数据记录记录实验的原始数据，实验期间当场提交。
拒绝抄袭。
6．实验结束时，不要⽴即拆线，应先对实验记录进⾏仔细查阅，看看有⽆遗漏和错误，再提请指导教师查阅同意，然后才能拆线。
7．实验结束后，须将导线、仪器设备等整理好，恢复原位，并将原始数据填⼊正式表格中，经指导教师签名后，才能离开实验室。
⽬录实验1 TTL基本逻辑门功能测试实验2 组合逻辑电路的设计实验3 译码器及其应⽤实验4 数码管显⽰电路及应⽤实验5 数据选择器及其应⽤实验6 同步时序逻辑电路分析实验7 计数器及其应⽤实验1 TTL基本逻辑门功能测试⼀、实验⽬的1、熟悉数字电路试验箱各部分电路的基本功能和使⽤⽅法2、熟悉TTL集成逻辑门电路实验芯⽚的外形和引脚排列3、掌握实验芯⽚门电路的逻辑功能⼆、实验设备及材料数字逻辑电路实验箱，集成芯⽚74LS00（四2输⼊与⾮门）、74LS04（六反相器）、74LS08(四2输⼊与门)、74LS10（三3输⼊与⾮门）、74LS20（⼆4输⼊与⾮门）和导线若⼲。
三、实验原理1、数字电路基本逻辑单元的⼯作原理数字电路⼯作过程是数字信号，⽽数字信号是⼀种在时间和数量上不连续的信号。
数字电子技术与接口技术试验教程(宁改娣)5-8章 (2)
//七
第6章 数字钟和频率计设计
'hC: a_to_g = 7'b0110001;
'hD: a_to_g = 7'b1000010;
'hE: a_to_g = 7'b0110000;
'hF: a_to_g = 7'b0111000;
default: a_to_g = 7'b0000001; //
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output reg [6:0] a_to_g,
output reg [3:0] an
);
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第6章 数字钟和频率计设计
//中间变量定义
reg [1:0] s;
reg [3:0] digit;
reg [16:0] clkdiv; //(1FFFF)*20ns=2.6ms
//设一足够长的计
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第6章 数字钟和频率计设计 //初始化 initial begin Second_L=5; Second_H=5; Minute_L=8; Minute_H=5; LED3_num=Second_L; LED2_num=Second_H; LED1_num=Minute_L; LED0_num=Minute_H; end
endcase
end
//主时钟计数: 50 MHz时钟，周期20 ns，计数到1FFFFh
时长2621420 ns，约2.6 ms
always @ (posedge clk)
begin
clkdiv <= clkdiv + 1;
end
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第6章 数字钟和频率计设计
// 时钟程序：计数到50000000为1s，计秒得分 always @ (posedge clk or posedge clr) begin if (clr == 1) begin q1 <= 0; LED0_num=0; LED1_num=0; LED2_num=0; LED3_num=0; Second_L<=0; Second_H<=0; Minute_L<=0; Mi1n0ute_H<=0;
数字电子技术部分章节习题与参考答案
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（2）输出高电平，因此是拉电流负载，保证输出为2.7V时的最大电流值为0.4mA。
数字电子技术础实验指导书(第四版本)答案
数字电子技术基础实验指导书(第四版本)答案注：以下为数字电子技术基础实验指导书(第四版本)的答案部分，仅供参考。
实验一：数字逻辑门基础实验实验目的：通过本实验，学生能够掌握数字逻辑门电路的基本概念和实验操作技能。
同时，能够熟悉数字逻辑门的真值表、逻辑符号和逻辑运算。
实验要求：1.构建数字逻辑门电路的真值表。
2.使用逻辑门芯片构建数字逻辑电路。
3.测试电路的功能和逻辑正确性，并验证真值表的准确性。
实验步骤：1. 构建真值表A B AND OR NOT A XOR0000100101111001011111002. 搭建电路使用与门（AND），或门（OR），非门（NOT）和异或门（XOR）芯片进行电路搭建。
3. 验证电路功能使用开关模拟输入信号，通过LED灯模拟输出信号。
或使用数字逻辑分析仪验证电路的正确性。
实验结果分析与总结：通过本实验，我掌握了数字逻辑门电路的基本概念和操作技能。
尤其是熟悉了真值表的构建和逻辑电路的搭建方法。
在测试电路功能时，我通过使用开关和LED灯模拟输入和输出信号，验证了电路的正确性。
此外，我还学会了使用数字逻辑分析仪来验证电路的功能和准确性。
实验二：计数器电路设计实验实验目的：通过本实验，学生能够熟悉计数器电路的设计和实验操作技巧。
并能够了解计数器的工作原理和应用。
实验要求：1.设计并搭建二进制计数器电路。
2.使用开关模拟时钟信号输入，并使用LED灯显示计数结果。
3.观察计数器的计数过程并记录实验数据。
实验步骤：1. 设计计数器电路根据设计要求，设计二进制计数器电路的逻辑图。
2. 搭建电路根据设计电路的逻辑图，使用数字逻辑门芯片搭建计数器电路。
3. 测试电路功能使用开关模拟时钟信号输入，观察LED灯显示的计数过程。
实验结果分析与总结：通过本实验，我掌握了计数器电路的设计和实验操作技巧。
通过搭建二进制计数器电路，我成功实现了使用开关模拟输入时钟信号，并通过LED灯显示计数结果。
数字电子技术与接口技术试验教程(宁改娣)5-8章 (4)
第8章 VGA接口实验 8.1 VGA显示器工作原理和时序
VGA接口是显卡上应用最为广泛的接口类型，绝大多数的 显卡都带有此种接口。普通的VGA显示器，其引出线共含5个信 号，分别是水平同步信号(Horizontal Sync，HS，也叫行同步 信号)，垂直同步信号(Vertical Sync，VS，也叫场同步信号)， 还有三基色的红色(Red)，绿色(Green)和蓝色(Blue)，简写为 HS、VS、R、G和B，这些信号为模拟信号，电压范围为0 V～ 0.7 V。CRT显示器因为设计制造上的原因，只能接收模拟信号 输入。目前大多数计算机与外部显示设备之间都是通过模拟 VGA接口连接，计算机内部以数字方式生成的显示图像信息， 被显卡中的数字/模拟
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第8章 VGA接口实验 S3C2410A的LCD控制器输出的是RGB数字信号。因此若用一
些DAC芯片把RGB数字信号转换为模拟信号，即可实现VGA接口 的RGB信号输入，这类视频专用DAC芯片较多，例如ADI公司的 ADV7120和CHRONTEL公司的CH7004C。
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第8章 VGA接口实验 8.1.2 VGA控制器工作时序 使用VGA显示器要严格遵循“VGA工业标准”，即640 Hz × 480 Hz × 60 Hz模式，否则会损坏VGA显示器。VGA工业标 准要求的频率如下： (1) 时钟频率(Clock frequency)：25.175 MHz(像素输出 的频率)； (2) 行频(Line frequency)：31469 Hz； (3) 场频(Field frequency )：60±1 Hz(每秒图像刷新 频率)。
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第8章 VGA接口实验
图8-4 FPGA与VGA接口信号连接 19
第8章 VGA接口实验 VGA控制器电路原理如图8-5所示。通过两个计数器产生水
数字电子技术-实验2
实验2 组合逻辑电路设计一、实验目的与要求1.掌握加法器、译码器、编码器、数据选择器的逻辑功能和应用方法。
2.熟悉利用中、小规模集成电路的设计方法。
二、实验仪器及器件：主要使用电子元器件：74148 优先编码器7447 七段显示的译码器74LS138 3线8线译码器74LS151 8选1数据选择器74LS153 4选1数据选择器74LS85 4位数值比较器CC4585 CMOS4位比较器七段数码显示器三、实验内容任务1：CC4585比较器应用在Multisim7中仿照图1连接电路。
分析4位全比较器的逻辑功能，将分析结果记入自己设计的测试表格中。
使用器件CMOS CC4585，注意用CMOS的电源。
图1 4位比较器CC4585的基本应用仿真电路实验报告要求：1、自己设计测试表格，填写测试结果。
任务2：3线－8线译码器应用1）74LS138译码器的逻辑功能学习仿照图3连接实验电路。
依照图2所示74LS138功能表，用发光二极管检测电路的逻辑功能。
图2 74LS138功能表图3 74LS138功能分析电路此部分不需要写实验报告。
2）74LS138译码器的应用用74LS138译码器实现逻辑函数B C A B Z +=。
自拟实验方案，记录实验结果。
要求列出设计真值表，先使用Multisim7画出仿真电路，再搭建实际电路。
实验报告要求：1、 写出函数的最小项表达式。
2、 画出逻辑电路图。
任务3 74LS151 8选1数据选择器的应用1）74LS151译码器功能学习仿照图连接实验电路。
依照图所示74LS151功能表，用发光二极管检测电路的逻辑功能。
此部分不需要写实验报告。
2）74LS151译码器的应用用74LS151译码器实现逻辑函数B C A B Z +=。
自拟实验方案，记录实验结果。
要求列出设计真值表，先使用Multisim7画出仿真电路，再搭建实际电路。
实验报告要求：3、 写出函数的最小项表达式。
4、 画出逻辑电路图。
数字电子技术基础实验2
实验四集成触发器实验时间:实验时数: 2学时实验目的:掌握触发器的性质, 及触发器逻辑功能, 触发方式；掌握触发器电路的测试方法；了解不同逻辑功能的触发器相互转换的方法。
实验器材:1. 数字实验箱2. 74LS00 二输入端四与非门2片CC4027 双上升沿J-K触发器1片实验原理:1. 基本RS触发器原理图：实验难点:灵活运用不同逻辑功能的触发器进行相互转换。
2. CC4027 （双上升沿J-K触发器）引脚图：3. 触发器的转换实验内容:1. 用74LS00芯片中的两个双输入与非门构成一个基本RS触发器, 在基本触发器R、S输入端加入不同的逻辑电平, 记录其输出Q、Q’状况, 验证其逻辑功能。
2．验证JK触发器的逻辑功能, 自制表格记录数据, 并分析JK端加入不同的逻辑电平时的逻辑功能。
CP端加单脉冲。
3．将JK触发器转换成T触发器和D触发器, 画出连线图, 以表格记录数据, 验证其逻辑功能。
实验重点:各种触发器的逻辑功能及使用方法。
实验五计数、译码、显示电路实验时间:实验时数: 4学时实验目的:熟悉常用中规模计数器的逻辑功能；掌握常用时序电路分析、设计及测试方法；掌握计数、译码、显示电路的工作原理及其应用；训练独立进行试验的技能。
实验器材:1. 数字实验箱2. 74LS00 二输入端四与非门2片74LS90 异步二—五—十进制计数器1片CC4027 双上升沿J-K触发器2片74LS48 显示译码器2片共阴极七段显示器2片实验原理:1. 74LS90（异步二—五—十进制计数器）引脚图：构成任意进制计数器原理图:2. 74LS290、74LS247及546R构成的计数、译码、显示实验如图:实验内容:1. 用JK触发器构成异步二进制计数器, 画出电路连接图, 测试逻辑功能, 并自制表格进行记录。
其中CP端选用手动单脉冲。
2．用74LS290构成8421 BCD码的十进制计数器, 输出经74LS247 BCD—七段译码器/驱动器驱动546R七段显示器, 用秒脉冲源信号作计数脉冲, 观察显示器的变化, 验证8421 BCD计数器的计数功能。
4《数字电子技术基础实验》阶段完成的任务
4《数字电子技术基础实验》阶段完成的任务-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN阶段完成的任务：一、TTL门电路的逻辑功能测试及其应用（第一章和第三章）1、与非门74LS00的逻辑功能测试实验电路：拷贝Multisim电路原理图-输入采用开关、实际搭接电路的图片输出采用发光探针实验结果：（word编辑）输入端输出端A B发光探针状态（亮/灭）万用表显示(V)逻辑状态000110112、非门74LS04和异或门74LS86的逻辑功能测试实验电路：（要求同上）实验结果：输入端输出端A发光探针状态（亮/灭）万用表显示(V)逻辑状态01输入端输出端A B发光探针状态（亮/灭）万用表显示(V)逻辑状态0010113、楼道顶灯控制电路的设计楼道中的一个电灯L，由A、B、C三个开关控制，要求任何一个开关都能控制该灯的亮和灭，试用与非门设计一个控制该灯的逻辑控制电路。
要求写出逻辑抽象，列出真值表，写出逻辑表达式，画出电路图，写出与非-与非表达式，画出与非逻辑电路图。
Multisim 仿真时采用逻辑转换器，拷贝Multisim与非-与非电路原理图、逻辑转换A B C L00000011010101101001101011001111二、组合逻辑器件的应用（第三章）1、三线-八线译码器74LS138的应用设计一个三路报警电路，当第一路有报警信号时，数码管显示为1；当第二路有报警时，数码管显示2；当第三路有报警时，数码管显示3；当两路或两路以上有报警信号时，数码管显示4；当无报警信号时，数码管显示0。
要求：用74LS138和与非门设计此电路，写出设计过程，画出逻辑电路图，Multisim 仿真时输入采用字信号发生器，拷贝Multisim电路原理图和实际搭接电路的图片，并列表记录仿真结果和实测结果。
2、四选一数据选择器74LS153的应用利用74LS153实现逻辑函数Z ABC ABC ABC ABC=+++，函数的输入变量A、B、C分别接逻辑电平输出开关，输出端Z接发光探针显示。
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2.1 计算机辅助设计软件工具介绍 2.2 FPGA设计流程 2.3 ISE软件使用与FPGA设计实例 2.4* 嵌入式系统开发 2.5 硬件描述语言
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第2章 软件平台介绍 计算机辅助设计软件工具和硬件描述语言是现代数字电子
电路设计所必需的两个部分。由于篇幅所限，本章对这两部分 只做简要介绍。
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第2章 软件平台介绍 表2-1 ISE Design Suite不同版本比较
System Requirements
ISE WebPACK
ISE Simulator (ISim)
PlanAhead Design and Analysis Tool
ChipScope Pro
ChipScope Pro Serial I/O Toolkit
Embedded Development Kit
Software Development Kit
System Generator for DSP
Logic Edition
Embedded Edition
DSP System Edition Edition
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第2章 软件平台介绍 Xilinx ISE Design Suite是面向Virtex-6和Spartan-6
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第2章 软件平台介绍 2.1.1 CAD流程简介 任何一个数字产品的工程设计过程一般包括：技术指标说 明，行为级描述，结构级描述，物理电路设计，测试和认证等。 从抽象的行为描述到更详细的结构描述需要一个设计过程，即 使是一个简单的报警信号灯，也需要考虑采取哪一种电路形式， 比如，是基于微处理器电路、基于离散元器件电路还是基于可 编程器件电路。到底采用哪一种电路形式取决于很多因素，比 如，设计者的技能、成本、功耗等。
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第2章 软件平台介绍 开发环境的4倍，致力于在未来十年加速全面可编程(All Programmable)器件的设计生产力。 Nexys3和Basys2兼容包括免费的WebPack、ISE等在内的所 有Xilinx软件工具。也可以使用Digilent公司发布的最新版的 Adept软件，该软件可以配置Digilent公司开发板上的FPGA、 验证开发板性能、数据传输、与FPGA交换基于寄存器或文件的 数据、扩展虚拟I/O接口、包含公开的APIs/DLLs等。
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第2章 软件平台介绍 ● 通过内核生成器(Core Generator)，16个新型和已改
进的即插即用IP核可提供AXI互连，并改进尺寸和性能。利用 AXI4接口实现即插即用式FPGA设计。
● 帮助Base System Builder新手缩短了Embedded Edition的开发时间，从而加快了尺寸或性能优化的设计开发， 其中包括对双MicroBlaze AXI嵌入式系统的支持。
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第2章 软件平台介绍 Xilinx的官方网站上不仅提供软件下载，还包含一些软件
说明、硬件更新、参考设计、常遇到的问题及解决方法、大量 视频教程等资料可供读者学习。
运行 \Xilinx_ISE_DS_13.4\Xilinx_ISE_DS_13.4_O.87xf.2.0目录 下的xsetup.exe，一直按“Next”按钮，根据需要修改安装路 径。安装过程中会出现图2-2所示的界面，选择“确定”，进 行强制安装WinPcap，才能顺利安装后续的Digilent Plugin。 WinPcap安装完成后会继续ISE安装。
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第2章 软件平台介绍 任何一个电路可以由行为级或结构级描述，但两者有很大
的差别。结构级的原理图描述显示了所有元件和连线，需要花 费很多的设计时间，但设计出的电路可以准确模拟和直接实现； 行为级的HDL描述可以很快完成，但它不含任何电路结构信息， 在电路实现之前必须转换为结构描述。将行为级描述转换为一 个结构描述需要做大量的工作，被称为综合器的一类计算机程 序可以执行这项工作，从而使设计工程师可以专注于其他设计 任务。一些研究表明，综合器产生的结构描述比大多数工程师 设计的电路还要好。
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第2章 软件平台介绍 2.1 计算机辅助设计软件工具介绍 计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)是现代电
子设计必不可少的部分，其迅速发展带动了数字电路设计方法 的进步。CAD是利用计算机和设计软件帮助设计人员进行设计 工作的。在借助CAD的电路设计过程中，可以对不同方案进行 仿真模拟、分析和比较，以决定最优方案，各种设计信息，不 论是数字的、文字的或图形的，都可以被保存并能被快速地检 索。传统数字电路设计人员通常从草图开始设计，对于复杂数 字系统，其工作量之大难以想象，CAD的诞生使数字电子电路 设计进入了一个全新的时代。
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第2章 软件平台介绍 本书中的数字电路设计采用的CAD软件工具为Xilinx公司
的ISE Design Suite，这是在早期的Foundation系列基础上发 展并不断升级换代的一个开发软件。Xilinx ISE是包含设计输 入、仿真、逻辑综合、布局布线与实现、时序分析、功率分析、 下载与配置等几乎所有FPGA开发工具于一体的集成化环境。它 主要由项目导航工具、设计输入工具、逻辑综合工具、设计实 现工具、设计约束图形编辑接口等组成。项目导航工具是基本 窗口界面，用来访问ISE软件系统的各种工具箱。设计输入工 具包括：电路逻辑图输入工具——电路图编辑器，硬件描述语 言输入工具——硬件描述语言编辑器，状态机编辑器，硬件描 述语言测试生成器。
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第2章 软件平台介绍 逻辑综合工具将硬件描述语言代码经过综合优化后，输出EDIF 格式的电路逻辑连接(网表)。设计实现工具用于面向FPGA的设 计实现中的布局布线。设计约束图形编辑接口包含图形化的约 束编辑接口，实现控制逻辑块的位置约束和时间约束。
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第2章 软件平台介绍
图2-1 CAD框Байду номын сангаас 9
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第2章 软件平台介绍 CAD工具是可编程器件设计过程中的一个非常有用的工具。
使用CAD进行简单逻辑设计和复杂逻辑设计的过程是类似的， 如图2-1所示。在设计初始阶段，设计者可以在计算机上使用 不同的设计描述模式，诸如，基于文本的模式(如用HDL进行高 层次行为描述)；基于图形的模式(如用原理图进行结构描述)。 状态图也是常用的一种设计描述方式。
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第2章 软件平台介绍 ISE Design Suite 13.4设计套件可提供对MicroBlaze™
微控制器系统(MCS)的公共访问功能、面向28nm 7系列FPGA的 全新RX裕量分析和调试功能，以及支持面向Artix™-7系列和 Virtex®-7 XT器件的部分可重配置功能。
Xilinx新一代的FPGA，采用28 nm工艺，3D堆叠硅片互联 等技术以实现突破性的容量、带宽和功耗优势，并实现了模数 混合集成。同时，在2012年4月25日Xilinx发布了下一代的开 发工具Vivado，Vivado不仅能加速可编程逻辑和I/O的设计速 度，而且还可提高可编程系统的集成度和实现速度，加快了验 证和调试速度。它突破了可编程系统集成度和实现速度两方面 的重大瓶颈，将设计生产力提高到同类竞争
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第2章 软件平台介绍 Edition版本提供了全套集成式开发环境、软件工具、配置向 导和IP，能够简化设计。Xilinx内核生成器(CORE Generator™)系统包含在所有版本的ISE Design Suite内。高 度优化的IP使得FPGA设计者能够集中精力迅速构建设计，有助 于加快产品的面市步伐。
FPGA系列的综合软件设计平台，在降低功耗与成本方面取得了 突破性进展。使逻辑、嵌入式、数字信号处理、接口技术等系 统设计人员能够更轻松地设计出复杂、高性能的产品。Xilinx ISE Design Suite具有以下主要特点：
● 利用自动时钟门控技术将动态功耗降低30%。 ● 利用第四代部分重配置设计流程降低系统成本。 ● ISE Design Suite 13.2以上版本可以使所有7系列 FPGA产品的设计性能平均提高7%。
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第2章 软件平台介绍 2. 安装USB下载驱动软件Digilent Adept Digilent Adept是Digilent开发板与PC之间的接口软件，
其功能如下： ● 使用户通过PC配置开发板上的FPGA，CPLD等逻辑器件，
FPGA配置文件扩展名为 .bit 或 .mcs，CPLD使用扩展名为 .jed的文件。 ● 使PC与开发板进行数据传送，读写指定的寄存器，扩
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第2章 软件平台介绍 2.1.2 各种软件下载安装和实验准备 1. 安装Xilinx FPGA开发套件——ISE工具 进入主页“技术支持”中下载 ISE_DS13.4(或其他版本，不一定用最新版本)工具，在 Windows XP或者Windows 7系统上安装该软件。如果需要申请 Xilinx ISE工具的license，在该网页可以免费申请，访 问/bbs也可以获得帮助。从网络上也可以下载 到ISE Design Suite 13: Installation and Licensing Guide的pdf文件。
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第2章 软件平台介绍
图2-2 安装中出现的选择界面 20
第2章 软件平台介绍 注意：安装ISE13.4时，由于临时解压文件比较多，C盘需
要有足够空间(不少于8GB)，安装时间也需要1个小时左右， ISE13.4安装后占用18.8GB的空间。Xilinx全部软件都不能安 装在带空格和中文字符的目录中，也就不能安装在“Program Files”目录下。建议所有软件都装在某个盘的根目录下。
展I/O。 ● 自动检测与PC相连的开发板，并对硬件平台进行诊断。
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第2章 软件平台介绍 Digilent Adept工具可以在网页的
Software中下载。安装前先不连接开发板，执行安装文件，安 装好Adept后，按照第3条方式(连接Nexys3或Basys2开发板并 执行Adept)连接开发板并使用Adept软件。不同版本的Adept以 及连接的实验开发板不同，执行Adept后的软件界面也略有不 同。以下介绍的是digilent.adept.system_v2.10.2版本连接 Basys2开发板的情况。Adept安装好后，开始菜单中也有Adept 用户手册(Adept Applliicattiion User’s Manuall.pdf)， 可供大家参考。