实验一TTL逻辑门功能测试及应用(新版).doc

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：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）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。 (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1.2 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。 (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，SW1SW8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。图1.5 LED管控制电路图1.6 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_CSLED0LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7162163164165168169170171173 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SW1SW2SW3SW4SW5SW6SW7SW818819112913013113224237.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。 (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、异或门等基础逻辑门。请给出实验电路，并给出你的电路设计的原理。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