数电实验报告QuartusII原理图输入法设计与实现

数字电路与逻辑设计实验

实验报告

实验名称：   QuartusII原理图输入法设计与实现    

               学    院：                    

班    级：                    

姓    名：                    

学    号：                    

任课老师：                    

实验日期：                    

成    绩：                    

一．实验名称和实验任务要求

实验名称：QuartusII原理图输入法设计与实现

实验目的：熟悉用QuartusII原理图输入法进行电路设计和仿真。

          掌握QuartusII图形模块单元的生成与调用；

          熟悉实验板的使用。

实验任务要求：掌握QuartusII的基础上，利用QuartusII用逻辑门设计实现一个半加器，生成新的半加器图像模块。

              利用已生成的半加器实现全加器，仿真验证其功能，并能下载到实验板上进行测试。

              在一下三个实验内容中任选一个完成实验：用3线—8线译码器（74L138）和逻辑门实现要求的函数；用D触发器设计一个4位可以自启动的环形计数器；用JK触发器设计一个8421码十进制计数器。

二．设计思路和过程

半加器的设计实现过程：半加器的应有两个输入值，两个输出值。A表示加数，B表示被加数，S表示半加和，C表示向高位的进位。

                      由数字电路与逻辑设计理论知识可知：  

选择两个逻辑门：异或门和与门。A,B为异或门和与门的输入，S为异或门的输出，C为与门的输出。

利用QuartusII仿真实现其逻辑功能，并生成新的半加器图形模块单元。

全加器的设计实现过程：全加器可以由两个半加器和一个或门构成。全加器有三个输入值，两个输出值：为加数，为被加数，为低位向高位的进位。

全加器的逻辑表达式为：

利用全加器的逻辑表达式和半加器的逻辑功能，实现全加器。

选作实验：用3线—8线译码器（74L138）和逻辑门设计实现函数

           。

设计实现过程：利用QuartusII选择译码器（74L138）的图形模块单元。

              因为，所以函数F可以通过译码器（74L138）和一个与非门实现。将译码器输出端、、、作为输入端接到与非门即可实现函数。

三．实验原理图

半加器的原理图：

全加器的原理图：

用3线—8线译码器（74L138）和逻辑门设计实现函数：

四．仿真波形图

半加器的仿真波形图：

全加器的仿真波形图：

3线—8线译码器（74L138）和逻辑门设计实现函数的仿真波形图：

五．仿真波形图分析

半加器仿真波形图分析：

      当半加器的2个输入端都输入0时，即A=B=0时，则有输出：半加和S=0，进位端C=0。

      当半加器2个输入端有一个为1时，即A=1,B=0 或A=0,B=1时，则有输出：半加和S=1，进位端C=0。

      当半加器2个输入端都为1时，即A=B=1时，则有输出：半加和S=0，进位端进位C=1。

      值得注意的是，半加器的仿真波形中出现了冒险。

全加器仿真波形图的分析：

      当全加器2个输入端都输入都为0，若低位进位为0，即，,,则输出，。若低位进位为1，即，,,则输出，。

      当全加器2个输入端有一个输入为1，即，或即，，若低位进位为0，即,则输出，。若低位进位为1，即,则输出，。

      当全加器2个输入端都输入都为1，若低位进位为0，即，,,则输出，。若低位进位为1，即，,,则输出，。

3线—8线译码器（74L138）设计实现函数的仿真波形图分析：

     当CBA=000、CBA=010、CBA=100或CBA=111时，由波形图分析可得F=1。

     当CBA=001、CBA=011、CBA=101或CBA=110时，由波形图分析可得F=0。

     综上可知：该设计方法的确实现了函数

六．故障及问题分析

实验过程还算顺利，下面来讨论实验中需要注意的地方。

仿真实验中需要注意的地方：

开始仿真波形时，需注意设定END TIME，否则无法进行仿真。

规定输入端波形的周期，须按照倍数关系来设定，不能随意设定周期，如半加器中，A的周期为4,B的周期为2。

当完成半加器，要开始进行全加器设计时，注意生成半加器图形模块单元。

注意保存文件时，命名的一致性，否则可能导致实验无法进行下去。

将设计好的逻辑电路下载到实验板之前，应设定好引脚。注意实验板上输入端和输出端对应的引脚号。

七．总结和结论

     本次实验最重要的一点是熟练掌握了QuartusII这一软件。在今后的数字电路与逻辑设计学习的道路上，我懂得了如何将理论课上所学的知识运用在实验中并能得到验证，对数字电路与逻辑设计的知识有了更加全面的认识。

      同时，我也明白了这门实验课对于预习的要求是极为重要的。

做好预习工作，不仅可以减少实验课上应无知而浪费的时间，还可以更深入的明白仿真实验所蕴含的原理。

      总的来说，这次实验课对我的帮助真的很大。