实验一ttl逻辑门功能测试及应用(新版)

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1、电子科技大学中山学院学生实验报告系别:机电工程学院专业:自动化课程名称:数字逻辑设计及应用实验班级:姓名:学号:组别:实验名称:实验一TTL逻辑门功能测试及应用实验时间:成绩:教师签名:批改时间:1.实验目的(1)熟练掌握QuartusII下数字逻辑电路的设计流程与设计方法;(2)加深对常用逻辑门逻辑功能的认识,并培养利用基本逻辑门进行功能变换扩展的能力。2.实验设备(1)硬件:PC机一台数字电路实验教学平台一台(2)软件:QuartusII集成开发环境3.实验内容(1)熟悉QuartusII集成开发环境,建立工

2、程文件;(2)编写逻辑门功能测试与功能变换逻辑(与运算、或运算、非运算和复合逻辑运算)。4.实验预习要求(1)仔细阅读附件一,了解QuartusII集成开发环境里的使用方法;(2)复习课本第三章的逻辑代数基础;(3)学习基本逻辑门的工作原理。5.基础知识(1)基本逻辑门及逻辑的调用基本逻辑门如7408(与门)、7432(或门)、7404(非门)、7400(与非门)都可以在电子供应市场上获得,QuartusII集成开发环境也可调用类似的逻辑器件,而习惯的调用方式如:andN(N输入的与门,如2输入的与门为and2)

3、orN(N输入的或门,如2输入的或门为or2)nandN(N输入的与非门,如2输入的与非门为nand2)xor(异或门)not(非门)wire(导线)QuartusII下高电平可以通过调用器件VCC获得,对应逻辑电平“1”,低电平可以通过调用器件GND获得,对应逻辑电平“0”。7/7(2)发光二极管发光二极管简称LED(LightEmittingDiode),是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能,是一个微小的“电灯泡”,发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,是由半导体材料里的电子移动而使它发光,具有

4、单向导电性。图1.1是两种不同封装类型的LED。(1)贴片LED(2)直插LED图1.1不同封装类型的LED图1.2是一种常见的LED控制电路连接方法,LED正极通过限流电阻R1接电源,负极接控制端管脚PIN_n,当PIN_n为低电平时,LED发光;为高电平时,LED截止,不发光。图1.2LED控制电路(3)拨码开关拨码开关作为需要手动操作的一种微型开关,如图1.3所示,为不同位数的拨码开关产品,图1.3(1)为9位拨码开关,对应了9个键;图1.3(2)为4位拨码开关,对应了4个键,拨码开关的每一个键对应的背面上

5、下各有两个引脚,所有的键是独立的,相互没有关联。在工作时候,拨码开关的键拨至ON一侧,该键对应的两个引脚接通,反之则断开。7/7(1)9位拨码开关(2)4位拨码开关图1.3不同位数的拨码开关产品如图1.4所示,为8位拨码开关的一种电路连接方法,SW1~SW8分别与FPGA的8条管脚相连接,同时通过上拉电阻与电源相连接。当拨码开关一个键n拨至ON一侧,则SWn与地相接,SWn读出低电平;反之,SWn通过上拉电阻的作用,SWn读出高电平。图1.4拨码开关控制电路6.实验原理在数字电路实验教学平台使用了8条FPGA的引

6、脚,用以控制LED管的亮暗,同时用电源控制电路来统一管理8个LED管的电源。下面以单个LED的控制电路为例来说明LED的控制方法,如图1.5所示LED管控制电路,PIN_n对应FPGA的n号管脚,DISP_CS为电源控制管脚。当DISP_CS输出低电平时PMOS管导通,此时PIN_n控制LED管有效,此时实验平台功能底板七段数码管、矩阵LED被禁用,如图1.5所示。当PIN_n为低电平时,LED管导通,发光;当PIN_n为高电平的时候,LED管截止,不发光。7/7图1.5LED管控制电路图1.6功能底板七段数码管

7、、矩阵LED片选控制在数字电路实验教学平台各个LED管对应的FPGA控制管脚如表1.1所示:表1.1各LED管对应的FPGA控制管脚DISP_CSLED0LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7162163164165168169170171173拨码开关对应的FPGA控制管脚表1.2所示:7/7表1.2拨码开关对应控制管脚SW1SW2SW3SW4SW5SW6SW7SW818819112913013113224237.实验步骤(1)启动QuartusII,利用建立工程向导建立一个工程文件。(2)利

8、用本课所学习的器件,在QuartusII软件上完成原理图的设计。(3)用LED的亮暗来验证各逻辑门的功能,设计逻辑电路,通过下载线下载逻辑到FPGA核心板上。(4)填写实验报告(可以在背面填写或者另添纸填写)。(5)实验1、2是基础实验,在完成基本实验的基础上可以任意发挥,设计自己的实验,视情况给予加分鼓励。基础实验1.设计逻辑电路来验证与门、或门、与非门、非门、异或门等

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