數(shù)字邏輯第一次實(shí)驗(yàn)報(bào)告-模板n

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)報(bào)告（1）數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)1一、系列二進(jìn)制加法器設(shè)計(jì)50%二、小型實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)50%總成績評語：（包含：預(yù)習(xí)報(bào)告內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析）教師簽名姓 名： 學(xué) 號： 班 級： CS 指 導(dǎo) 教 師： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2018年 5 月 22 日數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)報(bào)告系列二進(jìn)制加法器設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)報(bào)告一、系列二進(jìn)制加法器設(shè)計(jì)1、實(shí)驗(yàn)名稱系列二進(jìn)制加法器設(shè)計(jì)。2、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊笸瑢W(xué)采用傳統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)方法，對5種二進(jìn)制加法器進(jìn)行設(shè)計(jì)，并利用工具軟件，例如，“l(fā)ogisim”軟件的虛擬仿真功能來檢查電路設(shè)計(jì)是否達(dá)到要求。通過以上實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證3個(gè)訓(xùn)練過程使同

2、學(xué)們掌握傳統(tǒng)邏輯電路的設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試的方法。3、實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備Logisim2.7.1軟件一套。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對已設(shè)計(jì)的5種二進(jìn)制加法器，使用logisim軟件對它們進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)仿真，除邏輯門、觸發(fā)器外，不能直接使用logisim軟件提供的邏輯庫元件，具體內(nèi)容如下。（1）一位二進(jìn)制半加器設(shè)計(jì)一個(gè)一位二進(jìn)制半加器，電路有兩個(gè)輸入A、B，兩個(gè)輸出S和C。輸入A、B分別為被加數(shù)、加數(shù)，輸出S、C為本位和、向高位進(jìn)位。（2）一位二進(jìn)制全加器設(shè)計(jì)一個(gè)一位二進(jìn)制全加器，電路有三個(gè)輸入A、B和Ci，兩個(gè)輸出S和Co。輸入A、B和Ci分別為被加數(shù)、加數(shù)和來自低位的進(jìn)位，輸出S和Co為本位和和向高位的進(jìn)位。（3）

3、串行進(jìn)位的四位二進(jìn)制并行加法器用四個(gè)一位二進(jìn)制全加器串聯(lián)設(shè)計(jì)一個(gè)串行進(jìn)位的四位二進(jìn)制并行加法器，電路有九個(gè)輸入A3、A2、A1、A0、B3、B2、B1、B0和C0，五個(gè)輸出S3、S2、S1、S0和C4。輸入A= A3A2A1A0、B= B3B2B1B0和C0分別為被加數(shù)、加數(shù)和來自低位的進(jìn)位，輸出S= S3S2S1S0和Co為本位和和向高位的進(jìn)位。（4）先行進(jìn)位的四位二進(jìn)制并行加法器利用超前進(jìn)位的思想設(shè)計(jì)一個(gè)先行進(jìn)位的四位二進(jìn)制并行加法器，電路有九個(gè)輸入A3、A2、A1、A0、B3、B2、B1、B0和C0，五個(gè)輸出S3、S2、S1、S0和C4。輸入A= A3A2A1A0、B= B3B2B1B0

4、和C0分別為被加數(shù)、加數(shù)和來自低位的進(jìn)位，輸出S= S3S2S1S0和Co為本位和和向高位的進(jìn)位。（5）將先行進(jìn)位的四位二進(jìn)制并行加法器封裝成一個(gè)組件并驗(yàn)證它的正確性將設(shè)計(jì)好的先行進(jìn)位的四位二進(jìn)制并行加法器進(jìn)行封裝，生成一個(gè)“私有”庫元件并驗(yàn)證它的正確性，以便后續(xù)實(shí)驗(yàn)使用，封裝后的邏輯符號參見圖1-1所示。S3 S2 S1 S0C4 四位二進(jìn)制并行加法器 C0A3 A2 A1 A0 B3 B2 B1 B0圖1-1“私有”的先行進(jìn)位的四位二進(jìn)制并行加法器5、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)（1）一位二進(jìn)制半加器的設(shè)計(jì)方案根據(jù)題意可以列出真值表：表1 半加器真值表由真值表可以寫出化簡后的輸出表達(dá)式：S=AB+AB C

5、=AB其邏輯電路如下圖所示：圖1-2 一位二進(jìn)制半加器（2）一位二進(jìn)制全加器的設(shè)計(jì)方案全加器是一個(gè)能對兩個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)及來自低位的“進(jìn)位”進(jìn)行相加，產(chǎn)生本位“和”及向高位“進(jìn)位”的邏輯電路。由此可知，該電路有3個(gè)輸入變量，2個(gè)輸出函數(shù)。設(shè)被加數(shù)、加數(shù)及來自低位的“進(jìn)位”分別用Ai、Bi及Ci-1表示，相加產(chǎn)生的“和”及“進(jìn)位”用Si和Ci表示。根據(jù)二進(jìn)制加法運(yùn)算法則可列出全加器的真值表，如表2所示。表2 全加器真值表AiBiCi-1SiCi經(jīng)化簡后的輸出函數(shù)表達(dá)式為：Si=AiBiCi-1Ci=AiBiCiAiBi其邏輯電路圖如下圖所示：圖1-3 一位二進(jìn)制全加器（3）串行進(jìn)位的四位二進(jìn)制并行

6、加法器的設(shè)計(jì)方案利用（2）中的邏輯電路實(shí)現(xiàn)串行進(jìn)位的四位二進(jìn)制加法器，其高位的“和”依賴與來自低位的進(jìn)位輸入。邏輯電路如下圖所示：圖1-4串行進(jìn)位的四位二進(jìn)制并行加法器（4）先行進(jìn)位的四位二進(jìn)制并行加法器的設(shè)計(jì)方案定義Gi=AiBi為進(jìn)位產(chǎn)生函數(shù)，定義Pi=AiBi為進(jìn)位傳遞函數(shù)。將Gi和Pi代入全加器的“和”及“進(jìn)位”輸出表達(dá)式，可得到：Si=PiCi-1Ci=PiCi-1+Gi四位二進(jìn)制并行加法器各位的進(jìn)位輸出函數(shù)表達(dá)式分別為：C1=P1C0+G1C2=P2C1+G2=P2P1C0+P2G1+G2C3=P3C2+G3=P3P2P1C0+P3P2G1+P3G2+G3C4=P4C3+G4=P4

7、P3P2P1C0+P4P3P2G1+P4P3G2+P4G3+G4其邏輯電路圖如下圖所示：圖1-5先行進(jìn)位的四位二進(jìn)制并行加法器（5）封裝先行進(jìn)位的四位二進(jìn)制并行加法器電路 對“第4步”完成的電路進(jìn)行封裝，然后對它設(shè)計(jì)的正確性進(jìn)行驗(yàn)證。圖1-6 封裝后的元件驗(yàn)證：（1）當(dāng)輸入A=0001，B=0010，C0 =0時(shí)，輸出應(yīng)為S=0011，C4=0電路圖仿真結(jié)果如下：圖1-7 仿真結(jié)果由圖可知輸出結(jié)果與預(yù)期相符。（2）當(dāng)輸入A=1111，B=1111, C0 =0時(shí)，輸出S=1110，C4=1電路仿真結(jié)果如下圖所示：圖1-8 仿真結(jié)果由圖可知，電路仿真結(jié)果與預(yù)期相符數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)報(bào)告小型實(shí)驗(yàn)室門禁系

8、統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告二、小型實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、實(shí)驗(yàn)名稱小型實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊笸瑢W(xué)采用傳統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)方法，對一個(gè)“設(shè)計(jì)場景”進(jìn)行邏輯電路的設(shè)計(jì)，并利用工具軟件，例如，“l(fā)ogisim”軟件的虛擬仿真來檢查這個(gè)小型實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否達(dá)到要求。通過以上實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證3個(gè)訓(xùn)練過程使同學(xué)們掌握小型電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試方法以及電路模塊封裝的方法。3、實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備Logisim2.7.1軟件一套。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)場景：某小型保密實(shí)驗(yàn)室需要安裝一個(gè)門禁系統(tǒng)，用于監(jiān)測、控制和顯示該實(shí)驗(yàn)室內(nèi)上班人數(shù)，該實(shí)驗(yàn)室只有一個(gè)門，最多只能容納15人。假設(shè)員工進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室都要刷校園卡，并且保

9、證一次刷卡后有且只有一人能進(jìn)出。實(shí)驗(yàn)室空置時(shí)人數(shù)顯示為0，刷卡進(jìn)入時(shí)實(shí)驗(yàn)室人數(shù)加1，刷卡離開時(shí)實(shí)驗(yàn)室人數(shù)減1。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室滿員時(shí)，還有員工在門外刷卡進(jìn)入時(shí)，門禁系統(tǒng)“不”動作，系統(tǒng)報(bào)警提示滿員。使用logisim軟件對小型電路進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)仿真，除邏輯門、觸發(fā)器、7段數(shù)碼顯示管外，不能直接使用logisim提供的邏輯元件庫，具體要求如下。（1）設(shè)計(jì)一個(gè)四位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器電路并進(jìn)行封裝和驗(yàn)證它的正確性用D觸發(fā)器設(shè)計(jì)一個(gè)四位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，并進(jìn)行封裝。該計(jì)數(shù)器有一個(gè)清零端CLR、一個(gè)累加計(jì)數(shù)脈沖端CPU（輸入刷卡進(jìn)入請求）、一個(gè)累減計(jì)數(shù)脈沖端CPD（輸入刷卡離開請求），四個(gè)計(jì)數(shù)輸出端QDQCQBQA

10、記錄當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室人數(shù)。將設(shè)計(jì)好的4位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行封裝，生成一個(gè)“私有”庫元件，以便后續(xù)實(shí)驗(yàn)使用，4位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器邏輯符號參見圖2-1所示。SD SC SB SACPUCLR 四位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器 CPD圖2-1 “私有”的一個(gè)4位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器（2）用實(shí)驗(yàn)1中已封裝的“先行進(jìn)位的四位二進(jìn)制并行加法器”設(shè)計(jì)一個(gè)將實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人數(shù)轉(zhuǎn)換成8421BCD碼的電路用實(shí)驗(yàn)一中已封裝的“先行進(jìn)位的四位二進(jìn)制并行加法器”和適當(dāng)?shù)倪壿嬮T將二進(jìn)制數(shù)表示的實(shí)驗(yàn)室人數(shù)轉(zhuǎn)換成兩位十進(jìn)制數(shù)的8421BCD碼。（3）設(shè)計(jì)7段譯碼器，并采用“7段數(shù)碼顯示管”顯示人數(shù)的電路設(shè)計(jì)一個(gè)7段譯碼器（參考書的7448芯片），將

11、兩位十進(jìn)制數(shù)的8421BCD碼表示的實(shí)驗(yàn)室人數(shù)用“7段數(shù)碼顯示管”顯示出來。該7段譯碼器有四個(gè)輸入A3A2A1A0和七個(gè)輸出abcdefg, A3A2A1A0為8421BCD碼，abcdefg為7段數(shù)碼顯示管對應(yīng)的段。（4）設(shè)計(jì)當(dāng)實(shí)驗(yàn)室滿員時(shí)，門禁“不”動作，系統(tǒng)報(bào)警提示滿員的電路當(dāng)實(shí)驗(yàn)室滿員時(shí)，在累加計(jì)數(shù)脈沖端CPU輸入刷卡進(jìn)入請求，計(jì)數(shù)輸出端數(shù)據(jù)保持不變，門禁“不”動作，系統(tǒng)報(bào)警提示滿員。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室空時(shí)，邏輯上不會有實(shí)驗(yàn)室內(nèi)累減計(jì)數(shù)脈沖端CPD輸入刷卡離開請求。為防止信號干擾，在計(jì)數(shù)輸出為0時(shí)，若CPD端有脈沖，也應(yīng)使計(jì)數(shù)輸出端數(shù)據(jù)保持不變，門禁“不”動作，但不用報(bào)警。（5）設(shè)計(jì)小型實(shí)驗(yàn)室門

12、禁系統(tǒng)電路并進(jìn)行封裝和驗(yàn)證它的正確性設(shè)計(jì)滿足要求的小型實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)電路并進(jìn)行封裝，生成一個(gè)小型實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)芯片，封裝后的小型實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)邏輯符號參見圖2-2所示。十位：7段數(shù)碼顯示管個(gè)位：7段數(shù)碼顯示管a b c d e f g a b c d e f gCPUCLR 封裝后的門禁系統(tǒng)邏輯符號 報(bào)警CPD圖2-2 封裝后的小型實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)5、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)一個(gè)四位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器電路在計(jì)數(shù)器74193的基礎(chǔ)上刪除與本次實(shí)驗(yàn)無關(guān)的輸入輸出變量，將T觸發(fā)器改為D觸發(fā)器，將D觸發(fā)器的Q接到D。圖2-1 一個(gè)四位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器圖2-2 封裝示意圖（2）用實(shí)驗(yàn)一中已封裝的“先行進(jìn)位的四

13、位二進(jìn)制并行加法器”設(shè)計(jì)將實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人數(shù)轉(zhuǎn)換成8421BCD碼的電路用實(shí)驗(yàn)一中已封裝的“先行進(jìn)位的四位二進(jìn)制并行加法器”設(shè)計(jì)將實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人數(shù)轉(zhuǎn)換成8421BCD碼的電路，設(shè)輸入的8421碼為DCBA，輸出的結(jié)果為高位8421的BCD碼A7、A6、A5、A4以及低位的A3、A2、A1、A0。因此只需要設(shè)計(jì)對輸入的4位2進(jìn)制數(shù)值進(jìn)行判斷，若小于10則不變，若大于10，則需要將4位2進(jìn)制輸入與10的補(bǔ)碼使用先行進(jìn)位4位2進(jìn)制并行加法器相加得到輸出A3、A2、A1、A0，而高位的A7、A6、A5一直為0。高位bcd碼的低位A4在大于10時(shí)為1。根據(jù)題意設(shè)輸入的8421碼為DCBA，則判斷大于10的條件為D

14、（B+C）。10的補(bǔ)碼可以計(jì)算為0110。當(dāng)輸入大于10時(shí)，將輸入的DCBA與0110用加法器相加可以得到減10的值。圖2-3 一位16進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)2位8421碼圖2-4 封裝示意圖（3）設(shè)計(jì)7段譯碼器，并采用“7段數(shù)碼顯示管”顯示人數(shù)的電路（A）設(shè)計(jì)一個(gè)7段譯碼器根據(jù)7段譯碼器的要求可得其真值表如表1所示：表1 7段譯碼管真值表將真值表直接輸入到logisim中生成邏輯電路圖，如下圖所示：圖2-5 7段譯碼器圖2-6 封裝示意圖（B）設(shè)計(jì)用“7段數(shù)碼顯示管”顯示人數(shù)的邏輯電路圖2-7 用7段數(shù)碼顯示管顯示實(shí)驗(yàn)室人數(shù)的電路（4）設(shè)計(jì)當(dāng)實(shí)驗(yàn)室滿員時(shí)，門禁“不”動作，系統(tǒng)報(bào)警提示滿員的電路電路設(shè)計(jì)要求

15、要采用本次實(shí)驗(yàn)1中由4位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器所封裝的“私有”庫元件。為了實(shí)現(xiàn)門禁不動作以及報(bào)警，可以將4位2進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器的結(jié)果DCBA分別接入與非門和或門，與非門的結(jié)果與輸入的CPu相與后接入4位2進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器的對應(yīng)輸入端，或門結(jié)果與輸入的CPd相與后接入4位2進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器的對應(yīng)輸入端，實(shí)現(xiàn)門禁不動作；將與非門的輸出接入非門后，再和CPu接入與門，實(shí)現(xiàn)滿員后接收到進(jìn)入脈沖信號時(shí)報(bào)警提示。圖2-8 報(bào)警電路（5）設(shè)計(jì)小型實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)電路圖2-9 門禁系統(tǒng)電路圖2-10 封裝示意圖6、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄（1）給出“私有”庫元件（采用一個(gè)四位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行封裝）的測試電路累加計(jì)數(shù)脈沖：圖2-11

16、一個(gè)四位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器累減計(jì)數(shù)脈沖：圖2-12一個(gè)四位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器清除：圖2-13一個(gè)四位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器（2）給出采用實(shí)驗(yàn)1中已封裝的“先行進(jìn)位的四位二進(jìn)制并行加法器”設(shè)計(jì)的將實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人數(shù)轉(zhuǎn)換成8421BCD碼的電路顯示11：圖2-14二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成8421BCD碼的電路（3）給出采用“7段數(shù)碼顯示管”顯示人數(shù)的電路顯示12：圖2-15人數(shù)顯示的電路（4）給出當(dāng)實(shí)驗(yàn)室滿員時(shí)，門禁不動作，系統(tǒng)報(bào)警提示滿員的電路當(dāng)滿員時(shí)，再接收到累加脈沖時(shí)。系統(tǒng)報(bào)警提示。如下圖所示：圖2-16系統(tǒng)報(bào)警電路（5）給出“私有”庫元件（采用小型實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)電路進(jìn)行封裝）的測試電路當(dāng)接收到一個(gè)刷卡進(jìn)入的脈沖時(shí)，累加計(jì)數(shù)器加一，如下圖所示：圖2-17實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)電路當(dāng)接收到一個(gè)刷卡離開脈沖時(shí)，累減計(jì)數(shù)器減一，如下圖所示：圖2-18實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)電路當(dāng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)滿員時(shí)，再接收到刷卡進(jìn)入的脈沖，則系統(tǒng)報(bào)警提示，如下圖所示：圖2-19實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)電路7、實(shí)驗(yàn)后的思考（1）這兩次實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)你認(rèn)為在哪些方面？第一次實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)在于實(shí)