实验报告来自电子科技大学中山学院 _ 数字逻辑电路设计课程
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
- 硬件：PC机 一台
数字电路实验教学平台 一台 - 软件：Quartus II 集成开发环境
3. 实验内容
(1) 熟悉Quartus II 集成开发环境,建立工程文件；
(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Quartus II 集成开发环境里的使用方法；
(2) 复习课本第一章的逻辑代数基础；
(3) 学习基本逻辑门的工作原理。
5. 基础知识
(1) 基本逻辑门或逻辑的调用
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）
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”。
(2) 发光二极管
发光二极管简称LED(Light Emitting Diode)，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，具有单向导电性。图1.1是两种不同封装类型的LED。
贴片LED
直插LED
下图是一种常见的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。
LED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，如图所示，为不同位数的拨码开关产品，下图1为9位拨码开关，对应了9个键；下图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。
9位拨码开关
4位拨码开关
如图所示，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。
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。
LED管控制电路
功能底板七段数码管、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_CS | LED0 | LED1 | LED2 | LED3 | LED4 | LED5 | LED6 | LED7 | Buzz（vcc） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 162 | 163 | 164 | 165 | 168 | 169 | 170 | 171 | 173 | 176 |
拨码开关对应的FPGA控制管脚表1.2所示：
表1.2 拨码开关对应控制管脚
| SW1 | SW2 | SW3 | SW4 | SW5 | SW6 | SW7 | SW8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 188 | 191 | 129 | 130 | 131 | 132 | 24 | 23 |
7.实验步骤
(1) 启动Quartus II，利用建立工程向导建立一个工程文件。
(2) 利用本课所学习的器件，在Quartus II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。
实验一 逻辑门功能测试与功能变换实验报告
实验笔记
- DISP_CS 使能LED灯
- 给0时，LED灯亮。
- 拨码开关拨下为1，拨上为0。
- xor(异或门) nor (同或门)
基础实验
1.设计逻辑电路来验证与门、或门、与非门、非门、异或门等基础逻辑门。
2.分析实验现象，根据实验结果填写下列表中内容。
验证与门、或门、与非门功能
| 输 入（拨码） | 输 出（与门） | 输 出（或门） | 输 出（与非门） |
|---|---|---|---|
| 0 0 | 0(亮) | 0(亮) | 1(灭) |
| 0 1 | 0(亮) | 1(灭) | 1(灭) |
| 1 0 | 0(亮) | 1(灭) | 1(灭) |
| 1 1 | 1(灭) | 1(灭) | 0(亮) |
验证非门功能
| 输 入 | A | 0 | 1 |
|---|---|---|---|
| 输 出 | Q | 1(灭) | 0(亮) |
验证异或门功能
| 输入 | A | 0 | 0 | 1 | 1 |
|---|---|---|---|---|---|
| 输入 | B | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 输出 | Q | 0(亮) | 1(灭) | 1(灭) | 0(亮) |
提高实验
-
请设计课本P21页1-19的“运动员动作合格”判别电路。
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