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数字逻辑实验指导新书910
数字逻辑设计及实验
冼进曹汇坚池品优编
华南理工大学计算机学院
二OO七年五月
目录
目录I
第一章概说1
第二章实验设备简介2
2.1TDS--4型实验系统2
2.1.1TDS-4数字系统综合实验平台2
2.1.2TDS-4实验平台的性能特点3
2.1.3TDS-4实验平台的组成4
2.2MODELMF500万用表的使用说明9
2.2.1MF500万用表使用方法9
2.2.2MF500万用表使用的注意事项10
2.3示波器的基本原理和使用10
2.3.1示波器的工作原理11
2.3.2示波器的使用11
2.4可编辑数字波形发生器的组成和使用方法13
2.5图形液晶显示器17
第三章实验注意事项及故障排除20
3.1数字电路实验基本知识20
3.2实验注意事项21
3.3数字电路测试及故障查找、排除21
3.3.1数字电路测试21
3.3.2数字电路的故障查找和排除22
第四章实验报告23
第五章实验内容25
实验一熟悉TDS-4型数字综合实验平台25
实验二门电路特性验证26
实验三译码器和数码显示实验29
实验四数据选择器实验31
实验五全加器/全减器实验32
实验六组合逻辑的设计33
实验七组合逻辑标准构件的应用34
实验八触发器35
实验九简单时序电路37
实验十序列发生器和检测器的设计与实现38
实验十一计数器41
实验十二移位寄存器实验43
实验十三交通指挥灯信号发生器实验44
第六章ispDesignEXPERTSystem参考45
6.1ispDesignEXPERT简介45
6.2ispDesignExpertSystem的原理图输入45
6.2.1启动ispDesignExpertSystem45
6.2.2创建一个新的设计项目45
6.2.3项目命名46
6.2.4选择器件46
6.2.5在设计中增加源文件46
6.2.6原理图输入47
6.2.7添加更多的元件符号和连线47
6.2.8完成你的设计48
6.2.9定义ispLSI器件的属性(Attributes)49
6.2.10保存以完成的设计49
6.3设计的编译与仿真49
6.3.1建立仿真测试向量(SimulationTestVectors)49
6.3.2编译原理图与测试向量50
6.3.3设计的仿真51
6.4ABEL语言和原理图混合输入56
6.4.1启动ispDesignEXPERTSystem57
6.4.2建立顶层的原理图57
6.4.3建立内含ABEL语言的逻辑元件符号57
6.4.4完成原理图58
6.4.5建立ABEL-HDL源文件58
6.4.6编译ABELHDL60
6.4.7仿真60
6.5把设计适配到Lattice器件中62
6.6层次化操作方法62
6.7ispDesignEXPERT系统中VHDL和Verilog语言的设计方法63
6.7.1VHDL设计输入的操作步骤63
6.7.2Verilog设计输入的操作步骤67
6.8在系统编程的操作方法67
6.9ModelSim的使用方法69
6.10ispDesignEXPERTSystem上机实习题75
6.11ispDesignEXPERTSystem文件后缀及其含义77
第七章附录78
附录一常用数字集成电路引脚图78
附录二国产半导体集成电路型号命名法82
附录三数字集成电路的使用规则83
第一章概说
《数字逻辑设计与实验》是配合《数字逻辑》课程使用的一本实验指导书,它是《数字逻辑》课程的重要组成部分。
《数字逻辑》主要讲述布尔代数和状态理论的基本概念,应用这些基本理论解决逻辑函数的化简和转换,以及逻辑函数的实现方法。
课程的重点是介绍逻辑设计的常规方法,随着越来越复杂的集成电路的日益发展,还介绍目前流行可编程ISP器件,在系统可编程逻辑ISP技术突破了PLD器件必须首先编程,然后再安装到印制电路板的限制。
ISP器件能够先安装后编程,在系统中对设计进行修改和升级,ISP降低了对专门编程器的需求,使用者不需要专门的编程器,这使得对PLD器件编程变得比较容易了,这些技术对数字系统设计带来重大变化,也为学生提供更多的学习中、大规模集成电路的机会。
通过实验,可以提高学生运用逻辑设计的基本理论解决实际问题的设计能力,训练学生对现象的分析及出现故障的排除方法,进一步提高学生动手设计能力。
根据实际情况和课时按排,教师可以选取其中一些实验内容来给学生完成。
考虑到充分发挥学生的学习主动性,每一个实验题目只提出了设计要求,设计中必要的知识或方法给予提示,而不提供具体、完整的实验电路图和接线图。
实验前,学生应根据指定的题目完成各项要求,方可允许进行实验,实验完毕,学生要写出实验报告,报告不强求统一,培养学生写实验报告的能力。
第二章实验设备简介
2.1TDS--4型实验系统
2.1.1TDS-4数字系统综合实验平台
TDS-4型实验平台结构如下图所示:
2.1.2TDS-4实验平台的性能特点
TDS-4型数字系统综合实验平台是一个多功能综合实验平台。
具有以下的性能特点:
1.创新性
采用新型可编辑数字波形发生器,解决了同类产品信号单一,无法满足用户需求的问题。
同时设置了数字信号显示仪,可以同时测试多路波形并进行逻辑分析。
2.可扩展性
设计了多项可编程器件实验板(ALTERA公司的EPM7128)(LATTICE公司的ISP1032)(XILINX公司的XC9572),符合当代数字系统设计的新潮流。
一机多用,可做数字电路、可编程器件、单片机等多种类型实验。
3.可靠性
采用自锁紧插座及配套导线,接触可靠,使用方便。
4.多样性
✧可编辑数字波形发生器。
带有图形液晶显示并且可灵活编辑的数字波形发生器,可产生4路BCD码波形;格雷码波形。
也可由用户根据需要,在一定范围内编写波形,选择频率并输出,以满足实验所需。
✧固定频率时钟源,可输出12M;6M;3M;2M;1M;500K;100K共7种频率的方波。
✧2路单脉冲信号源。
每路产生一个单脉冲。
✧逻辑笔测试。
当输入端接高电平时红灯亮;接低电平时绿灯亮。
5.多种显示方式
✧图形液晶可显示波形、数字、汉字。
适合综合大型设计实验。
✧6个数码管配有译码电路,用于单元实验或综合实验。
✧3组红、绿、黄共12个LED指示灯可供如彩灯、交通灯等实验用。
6.多种输入方式
✧12个逻辑电平开关,它产生“0”、“1”电平,供逻辑电平输入用。
✧4х4键盘矩阵可供大型综合实验使用,也可供单片机实验使用。
7.附加功能比较齐全
✧设有蜂鸣器,可做报警或电子琴输出用。
✧设有4.7K电位器和10K电位器2个,供调整电压或做负载电阻用。
8.内容新颖
数字逻辑与数字电路实验教程内容新颖,经多年教学实践能满足各方面、各层次的使用需求。
2.1.3TDS-4实验平台的组成
数字系统综合实验平台由平台面板,内部电路及扩展模块组成。
平台面板图见图1,它由上、中、下三部分构成。
图1平台面板图
1.面板上部
由电源区、数字信号显示仪专用插座区、LED指示灯区、数码管区、图形液晶区、可编辑数字波形发生器去组成。
(1)电源区
由电源电路板,指示灯组成,电源电路板置于平台下方,电源开关接通后,交流220V经过它转换成直流+5V,指示灯亮,供实验平台使用.。
见图2:
图2 电源区
(2)数字信号显示仪专用区:
内置一台数字信号显示仪,8路测试插孔,通过专用电缆将J2插座与计算机串口相连,可进行测试。
图3 数字信号显示仪专用区
(3)LED指示灯区:
由红、绿、黄三色发光二极管组成,每4个一种颜色共12个。
可显示逻辑电平的高低,输入插孔接高电平时发光二极管亮为逻辑电平“H”,输入插孔接低电平时发光二极管灭为逻辑电平“L”。
图4 LED指示灯区
(4)数码管区:
由3组6个共阳极数码管、专用插孔、驱动电路组成。
每个数码管由一片BCD七段译码器/驱动器74LS47驱动。
只需在各数码管的4个输入插孔输入BCD码,数码管就显示出相应数字。
DCBA4个插孔由高到低。
图5 数码管区
(5)可编辑数字波形发生器区:
该区包括图形液晶,调光电位器,连接插座,四个控制按钮,四路输出插孔CK0,CK1,CK2,CK3和内置的单片机及控制电路组成,提供给使用者多种选择。
图6 可编辑数字波形区
(6)小喇叭电路
向“in”插孔输入不同频率的数字信号,通过驱动三极管的基极控制喇叭按希望的频率鸣叫,可做报警或电子琴输出用。
图7 小喇叭电路
2.面板中部
面板中部是实验区
(1)通用插座区
包括2个DIP40,2个DIP24,3个DIP20,3个DIP16,2个DIP14的圆孔插座。
图8 通用插座区
(2)可编程CPLD器件专用区:
适用ATF1508;EPM7128。
图9 可编程CPLD器件专用区
3.面板下部
由键盘区、单脉冲区、逻辑电平区,可调时钟区及电位器区构成。
(1)键盘区:
键盘4*4键盘,引出了4根行线X1到X4,四根列线Y1到Y4。
在每一条行线与列线的交叉点接有一个按键,16个按键的编号为K0~KF(即K0~K15),当某一个按键闭合时,与该键相连的行线与列线接通。
图10 键盘区
图11键盘示意图
(2)单脉冲区:
单脉冲信号是数字电路实验中需用的时钟信号,由P1,P2两路组成每按一次按钮,对应插孔就产生一个单脉冲。
图12 单脉冲区
(3)逻辑电平区
由K0~K11共12个拨码开关组成。
提供逻辑电平,向上为逻辑电平“H”,向下为逻辑电平“L”。
图13 逻辑电平区
(4)固定频率时钟源区:
可输出12M;6M;3M;2M;1M;500K;100K共7种频率的方波。
图14 固定频率时钟源区
(5)电位器区:
有两个电位器,一个10K,一个4.7K。
两个电位器的三端分别接到相应的孔上,供使用。
图15 电位器区
2.2MODELMF500万用表的使用说明
MF500型万用表是一种高灵敏度、多量限的携带式整流仪表。
该仪表共有二十四个测量量限,能分别测量交、直流电压,直流电流,电阻和音频电平,适宜于无线电、电讯及电工事业单位作一般测量之用。
2.2.1MF500万用表使用方法
1.使用之前须调整调零器“S3”,使指针准确地批示有标度尺的零位上。
2.直流电压测量:
将测试杆短杆分别插在插口“K1”和“K2”内,转换开关旋钮“S1”至“V~”位置上,开关旋钮“S2”至所欲测量直流电压的相应量限位置上,再将测量试杆长杆跨接在被测电路两端,当不能预计被测直流电压大约数值时,可将开关旋钮旋在最大量限的位置上,然后根据指示值之大约数值,再选择适当的量限位置,使指针得到最大的偏转度。
测量直流电压时,当指针向相反方向偏转,只需将测试杆的“+”、“-”极互换即可。
读数见“~”刻度。
3.交流电压测量:
将开关旋钮“S1”旋至“V~”位置上,开关旋钮“S2”旋至所欲测量交流电压值相应的量限位置上,测量方法与直流电压测量相似。
50V及50V以上各量限的指示值见“~”刻度,10V量限见“10V~”专用刻度。
4.
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- 数字 逻辑 实验 指导 新书 910
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