### 电子科技大学计算机组成原理实验课1-实验4：中小规模时序逻辑设计
#### 实验背景及目标
本实验是电子科技大学计算机组成原理课程的一部分，主要针对中小规模时序逻辑设计这一主题展开实践教学。实验的目标是让学生通过具体操作熟悉和掌握74x161计数器的功能及其应用，尤其是如何利用该计数器实现不同模值的计数器设计。通过本实验，学生可以深入理解时序逻辑电路的基本原理，并能够运用这些原理来解决实际问题。
#### 实验重点内容解析
**1. 74x161计数器的逻辑功能**
- **异步清零**: 当CLEAR端口接收到低电平(0)时，无论其他输入端的状态如何，计数器都会被清零。
- **同步并行置数**: 在时钟脉冲的上升沿到来时，如果LOAD端口处于低电平(0)，则计数器会将并行输入端D、C、B、A的数据加载到计数器中。
- **二进制同步加法计数**: 当CLEAR端口处于高电平(1)，LOAD端口也处于高电平(1)，且Enable P和Enable T都处于高电平(1)时，计数器会根据输入的时钟脉冲信号进行加法计数。
- **保持功能**: 当COUNT端口处于高电平(1)，LOAD端口也处于高电平(1)，但Enable P或Enable T之一处于低电平(0)时，计数器将保持当前状态不变。
**2. 实验内容分析**
- **测试单个74x161计数器**: 使用1Hz时钟信号作为输入，通过LED灯显示计数器的状态变化，验证其基本逻辑功能。
- **级联两片74x161实现模256计数器**: 通过将一片计数器的进位输出(RCO)连接到另一片计数器的时钟输入(CLK)，从而实现模256计数器的设计。
- **实现模6和模10计数器**: 通过对74x161计数器的适当修改，如使用非门、或门等小规模逻辑门电路，设计出特定模值的计数器。
- **实现模60计数器**: 将两个不同模值的计数器级联起来，一个负责模6计数，另一个负责模10计数，最终通过适当的电路连接实现模60计数器。
**3. 实验原理详解**
- **74x161计数器的逻辑功能**:
- **Clock**: 时钟脉冲输入端，通常在上升沿触发计数操作。
- **CLEAR**: 异步清零端，当此端为低电平时，计数器会被清零。
- **LOAD**: 同步置数端，用于加载数据。
- **Enable P/Enable T**: 计数器工作状态控制端，用于控制计数器的工作模式。
- **D~A**: 数据输入端，用于同步置数操作。
- **RCO**: 进位信号输出端，用于级联多个计数器。
- **QD~QA**: 输出端，表示计数器的当前状态。
- **实验设计要点**:
- **级联设计**: 通过将一个计数器的进位输出连接到下一个计数器的时钟输入来实现更高模值的计数器。
- **非门、或门等小规模逻辑门的应用**: 在设计特殊模值的计数器时，可以使用这些逻辑门来改变计数器的行为，例如在达到特定值时重置计数器。
- **组合逻辑设计**: 根据所需计数器的功能，设计合适的逻辑电路来满足需求。
**4. 实验器材**
- 数字逻辑实验箱
- 74HC04（非门）
- 74HC32（或门）
- 74HC00（与非门）
- 74HC86（异或门）
- 74HC153（数据选择器、多路复用器）
- 74HC161 计数器 2 片
**5. 实验步骤**
- **查阅资料**: 查阅74x161的数据手册，了解其功能。
- **连接电路**: 根据实验内容连接输入和输出导线。
- **观察结果**: 观察指示灯的显示是否符合预期。
- **组合逻辑设计**: 设计输出的与或式，根据实验箱上的实际芯片进行逻辑表达式的变换。
- **测试功能**: 测试电路是否完成了相应的逻辑功能。
**6. 实验数据记录**
- 对于每种计数器的设计，都需要记录实际的测试数据，并与理论值进行对比。
**7. 结论**
通过本次实验，学生不仅掌握了74x161计数器的基本功能和使用方法，还学会了如何利用该计数器和其他逻辑门设计出不同模值的计数器。此外，实验还锻炼了学生的实践能力和逻辑思维能力，为进一步学习更复杂的时序逻辑电路打下了坚实的基础。
2025-06-04 21:41:14
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### 电子科技大学计算机组成原理实验课1—实验3：Verilog组合逻辑设计
#### 实验概述
本次实验主要围绕组合逻辑电路的设计与实现展开，利用Verilog硬件描述语言结合ISE软件进行具体操作。通过三个典型实例——3-8译码器、4位并行进算加法器以及两输入4位多路选择器的设计与仿真，深入理解组合逻辑电路的工作原理及其在实际应用中的重要性。
#### 实验目的
1. 掌握使用ISE软件进行硬件电路设计的基本流程。
2. 熟悉Verilog语言，并能够运用其完成组合逻辑电路的设计。
3. 学会编写仿真测试代码，验证电路功能的正确性。
#### 实验内容详解
##### 1. 3-8译码器的设计与实现
- **原理**：3-8译码器是一种常见的数字电路组件，用于将三位二进制输入转换为八个独立的输出线之一。当输入特定的三位二进制码时，对应的输出线被激活，其余输出线保持非活动状态。本次实验使用的74x138译码器是一种输出低有效的3-8译码器，即当输入有效时，输出端中仅有一个为低电平(0)，其他均为高电平(1)。
- **真值表**：
| G1 | G2A_L | G2B_L | C | B | A | Y7_L | Y6_L | Y5_L | Y4_L | Y3_L | Y2_L | Y1_L | Y0_L |
|----|-------|-------|---|---|---|------|------|------|------|------|------|------|------|
| x | 1 | x | x | x | x | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | x | 1 | x | x | x | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| ...| ... | ... |...|...|...| ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... |
- **函数表达式**：
- \(Y0_L=(G \cdot C’ \cdot B’ \cdot A’)\)
- \(Y1_L=(G \cdot C’ \cdot B’ \cdot A)\)
- \(Y2_L=(G \cdot C’ \cdot B \cdot A’)\)
- \(Y3_L=(G \cdot C’ \cdot B \cdot A)\)
- \(Y4_L=(G \cdot C \cdot B’ \cdot A’)\)
- \(Y5_L=(G \cdot C \cdot B’ \cdot A)\)
- \(Y6_L=(G \cdot C \cdot B \cdot A’)\)
- \(Y7_L=(G \cdot C \cdot B \cdot A)\)
- **逻辑电路图**：根据上述函数表达式，绘制出3-8译码器的逻辑电路图。
##### 2. 4位并行进位加法器的设计与实现
- **原理**：并行进位加法器是一种能够同时计算多位数字加法的组合逻辑电路。4位并行进位加法器由多个一位全加器级联而成，每个全加器接收两个输入位及一个来自低位的进位位，并产生一个输出位和一个新的进位位。本次实验中，进位生成函数和进位传递函数分别为\(G_n = A_nB_n\)和\(P_n=A_n+B_n\)。
- **函数表达式**：
- 进位生成函数：\(G_n = A_nB_n\)
- 进位传递函数：\(P_n=A_n+B_n\)
- 进位信号：\(C_n=G_n+P_nC_{n-1}\)
- 结果信号：\(S_n=C_{n-1}⊕(A_n⊕B_n)\)
- **逻辑电路图**：根据以上公式，设计出4位并行进位加法器的逻辑电路图。
##### 3. 两输入4位多路选择器的设计与实现
- **原理**：多路选择器是一种可以根据控制信号从多个输入中选择一个输出的组合逻辑电路。本实验中的2输入4位多路选择器有两条数据输入通道和一条控制信号输入，根据控制信号的不同选择一条数据通道作为输出。
- **真值表**：
| D0 | D1 | S | Y |
|----|----|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
- **函数表达式**：\(Y = S' \cdot D_0 + S \cdot D_1\)
- **逻辑电路图**：根据上述真值表和函数表达式，绘制出两输入4位多路选择器的逻辑电路图。
#### 实验器材
- PC机
- Windows XP操作系统
- Xilinx ISE 14.7开发工具
#### 实验步骤
1. **建立新工程**：在ISE软件中创建新的工程项目。
2. **原理图或代码输入**：根据实验内容，使用Verilog语言编写相应的电路设计代码。
3. **设计仿真**：编写仿真测试代码，对电路进行功能验证。
#### 关键源代码
- **74X138 译码器**
- **设计代码**：直接在ISE中输入3-8译码器的Verilog代码。
- **仿真测试代码**：编写测试代码，设置不同的输入值并观察输出变化。
- **仿真结果**：通过仿真结果分析译码器的功能是否正确。
- **4位并行进位加法器 74X283**
- **设计代码**：使用Verilog语言编写4位并行进位加法器的代码。
- **仿真测试代码**：编写测试代码，验证加法器的功能正确性。
- **仿真结果**：通过仿真结果分析加法器的功能是否正确。
通过这次实验，学生不仅能够掌握Verilog语言的基本语法，还能深入了解组合逻辑电路的设计原理和工作方式，为进一步学习更复杂的数字系统设计打下坚实的基础。
2025-06-04 21:39:28
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### 电子科技大学计算机组成原理实验课1—实验2：中小规模组合逻辑设计
#### 实验背景及目标
本次实验属于电子科技大学计算机组成原理课程的一部分，旨在通过实践操作帮助学生掌握中小规模组合逻辑电路的设计方法。实验的具体目标包括：
1. **理解并掌握不同基本逻辑门（非门、或门、与非门、异或门）的功能**：通过实际操作，学生将学会如何使用这些基础逻辑元件构建更复杂的电路。
2. **熟悉常见逻辑门电路的引脚布局和使用方法**：了解各种逻辑门芯片（如74HC系列）的实际应用，掌握其正确的连接方式。
3. **利用中小规模逻辑门设计组合逻辑电路**：通过设计具体的逻辑电路（如数据比较器、多数表决器），深化对组合逻辑电路设计原理的理解。
#### 实验内容详解
本实验分为几个主要部分，包括基本逻辑门的测试、一位数据比较器的设计、3输入多数表决器的设计等。
##### 逻辑门功能测试
1. **非门（NOT Gate）**：
- **逻辑功能**：输入为`1`时，输出为`0`；输入为`0`时，输出为`1`。
- **芯片型号**：74HC04
- **芯片构成**：一个74HC04芯片包含6个非门。
- **引脚排列**：见实验资料中的图1。
2. **或门（OR Gate）**：
- **逻辑功能**：当至少有一个输入为`1`时，输出为`1`；所有输入都为`0`时，输出为`0`。
- **芯片型号**：74HC32
- **引脚排列**：见实验资料中的图2。
3. **与非门（NAND Gate）**：
- **逻辑功能**：仅当所有输入都为`1`时，输出为`0`；其他情况下，输出为`1`。
- **芯片型号**：74HC00
- **引脚排列**：见实验资料中的图3。
4. **异或门（XOR Gate）**：
- **逻辑功能**：当两个输入不同时，输出为`1`；输入相同时，输出为`0`。
- **芯片型号**：74HC86
- **引脚排列**：见实验资料中的图4。
5. **数据选择器/多路复用器**：
- **芯片型号**：74HC153
- **功能**：该芯片含有两个4选1数据选择器，可根据选择信号（A和B）从四个输入中选出一个作为输出。
- **引脚排列**：见实验资料中的图5。
##### 一位数据比较器设计
- **功能需求**：输入为A、B两个位，输出三个信号，表示A>B、A=B、AB | A=B | AB \)（AGTB_L）：\( \overline{A\overline{B}} \)
- \( A=B \)（AEQB_L）：\( \overline{A\oplus B} \)
- \( A
2025-06-04 21:37:36
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### 电子科技大学计算机组成原理实验课1-实验5：Verilog时序逻辑设计
#### 实验概述
本次实验是电子科技大学计算机组成原理课程中的一个重要环节，主要目标是通过实际操作来掌握时序逻辑电路的设计方法，特别是使用Verilog硬件描述语言进行设计与仿真的过程。实验分为五个主要部分，包括边沿D触发器74x74、4位通用移位寄存器74x194、3位最大序列长度线性反馈移位寄存器（LFSR）、4位同步计数器74x163以及基于74x163设计的1Hz数字信号发生器。
#### 实验目的
1. **理解并掌握边沿D触发器74x74、同步计数器74x163、4位通用移位寄存器74x194的工作原理。**
2. **使用Verilog语言对这些基本组件进行设计与仿真。**
3. **设计一个3位LFSR计数器，并实现其功能。**
4. **设计一个1Hz数字信号发生器，作为LFSR计数器的时钟信号。**
#### 实验内容详解
**1. 边沿D触发器74x74**
- **工作原理**：边沿D触发器是一种基本的存储单元，具有置位和清零功能。当CLK（时钟信号）上升沿到来时，根据D输入的状态更新输出Q的状态。
- **Verilog设计**：使用Verilog代码描述该触发器的行为。例如，下面给出了一个简单的边沿D触发器的Verilog实现：
```verilog
`timescale 1ns / 1ps
module D(CLK, D, PR_L, CLR_L, Q, QN);
input CLK, D, PR_L, CLR_L;
output Q, QN;
wire w1, w2, w3, w4;
nand(w1, PR_L, w2, w4);
nand(w2, w1, CLR_L, CLK);
nand(w3, w2, CLK, w4);
nand(w4, w3, CLR_L, D);
nand(Q, PR_L, w2, QN);
nand(QN, Q, w3, CLR_L);
endmodule
```
**2. 4位通用移位寄存器74x194**
- **工作原理**：4位通用移位寄存器允许数据按照指定的方向（左移或右移）移动，并可以通过不同的控制信号进行串行或并行加载数据。
- **Verilog设计**：使用Verilog描述74x194的逻辑行为。例如，可以使用如下的Verilog代码实现：
```verilog
`timescale 1ns / 1ps
module shift_register(DS, SH_LDS, MR, QS, QD);
input [3:0] DS;
input SH_LDS, MR;
output reg [3:0] QS, QD;
always @(posedge SH_LDS or posedge MR) begin
if (MR) begin
QS <= 0;
QD <= 0;
end else begin
QS <= DS;
QD <= QS << 1;
end
end
endmodule
```
**3. 3位LFSR计数器**
- **设计原理**：LFSR是一种特殊的移位寄存器，通常用于生成伪随机数序列。在这个实验中，需要设计一个3位的LFSR计数器。
- **Verilog设计**：利用上面提到的4位通用移位寄存器74x194和一些额外的逻辑门来构建3位LFSR计数器。设计时需要考虑反馈路径的构造。
**4. 4位同步计数器74x163**
- **工作原理**：同步计数器能够在时钟信号的作用下递增计数。
- **Verilog设计**：使用Verilog语言实现74x163的功能。例如，可以使用以下代码：
```verilog
`timescale 1ns / 1ps
module counter(CLK, LD, ENP, Q, CO);
input CLK, LD, ENP;
output reg [3:0] Q;
output reg CO;
always @(posedge CLK or posedge LD) begin
if (LD) begin
Q <= 4'b0000;
end else if (ENP) begin
Q <= Q + 1;
end
end
assign CO = (Q == 4'b1111);
endmodule
```
**5. 1Hz数字信号发生器**
- **设计原理**：利用74x163和其他小规模逻辑门设计1Hz的数字信号发生器。假设输入为100MHz，需要设计一个分频器来将频率降低到1Hz。
- **Verilog设计**：设计一个分频器，将100MHz的输入时钟信号分频为1Hz。这通常涉及多个计数器级联和适当的控制逻辑。
#### 实验总结
本次实验不仅让学生掌握了基本时序逻辑电路的设计方法，还学会了如何使用Verilog语言进行电路设计和仿真。通过具体的实验任务，学生能够深入理解各种时序逻辑元件的工作机制，并将其应用于实际的电路设计中。这对于未来从事计算机组成原理相关领域的学习和研究都是非常有帮助的。
2025-06-04 20:55:54
1.41MB
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内容概述：该文件是数字电路逻辑设计实验期末大作业，是一个仿真电路设计，即用Proteus 8实现一个仿真电路：由键盘或按键输入每个瓶子将装入的药片数。当每个瓶子的药片正好装满时，以下两个事件同时发生：（1）停止药片装入；（2）已装瓶数+1。
适合人群：学习这门课，想要熟悉运用本课程中的逻辑门、编码器、显示译码器、数码管、比较器、计数器、单稳态触发器等相关知识与技术方法的人。
适用场景：仅供参考。
《数字电路逻辑设计药片大作业》是一个针对学习数字电路逻辑设计的学生的期末实验项目，旨在让学生通过实际操作，熟悉并掌握逻辑门、编码器、显示译码器、数码管、比较器、计数器、单稳态触发器等数字电子技术的基础知识和技术。这个项目以药片瓶装生产线简易控制系统为背景，设计了一个基于Proteus 8的仿真电路，以增强学生的实践能力和工程应用能力。
在项目中，学生需要设计一个系统，该系统能够接收键盘或按键输入的每个瓶子所需的药片数量，当药片数量达到设定值时，系统会自动停止装填并增加已装瓶的数量。整个系统分为五大模块：按键模块、比较模块、药瓶计数器显示模块、总药片数显示模块以及移瓶模块。
1. **按键模块**：利用74147和与非门，以及8个拨动开关，实现从键盘输入每瓶药片数，通过编码器转换为8421BCD码。
2. **比较模块**：结合7485比较器和74160计数器，实现对当前装填的药片数与设定值的实时比较，当达到设定值时，比较器输出信号控制装药设备停止，并触发移瓶模块。
3. **药瓶计数器显示模块**：采用药瓶计数器（74160）和显示译码器（例如4511）及数码管，显示当前已装药瓶数，计数器以比较器的输出脉冲作为计数信号。
4. **总药片数显示模块**：包含一个2位的十进制计数器（如74161），用于累计总的装填药片数，数码管显示总数。
5. **移瓶模块**：使用555定时器构成的单稳态触发器模拟药瓶移动时间，当药瓶装满时，暂停装药，启动移瓶动作，单稳态触发器产生延时，延时结束后恢复装药。
这个项目的设计和实施过程不仅锻炼了学生的逻辑思维，也提高了他们的动手能力和问题解决技巧。通过Proteus 8仿真，学生可以直观地看到电路的工作过程，理解各个模块之间的相互作用，从而深入理解和掌握数字电路设计的基本原理。
此外，此项目还可以作为K12阶段的课程资源，帮助青少年提前接触并了解电子工程领域的基础知识，激发他们对科技的兴趣。通过这样的实践，学生可以更好地将理论知识应用于实际，为未来的学习和职业生涯打下坚实基础。
2025-05-19 19:05:04
228KB
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基于逻辑门组合电路74ls86、74ls00、74ls20、74ls04的4位、8位电子密码锁Proteus仿真文件
2024-06-16 16:09:24
15.73MB
1．时钟输入采用实验箱的1Hz信号（在电源开关下面），分别测试两片74x161的逻辑功能。由于数码管不能显示A-F，所以用LED灯显示计数器的输出状态。
2．将两片74x161进行级联，实现模256计数器，用LED灯显示计数器的输出状态。
3．用两片74x161分别实现模6和模10计数器，用数码管显示计数器的输出状态。再将两片74x161进行级联，实现模60计数器，用数码管显示计数器的输出状态。
4.拓展题：任选一个设计下列十进制计数器：模24、模28、模29、模30、模31、模100。
2023-11-23 15:24:17
1.5MB
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1．3-8译码器的设计和实现。
2．4位并行进位加法器的设计和实现。
3．两输入4位多路选择器的设计和实现。
4．拓展：3输入多数表决器设计和实现。
实验要求如下：
1．采用Verilog语言设计，使用门级方式进行描述。
2．编写仿真测试代码。
3．编写约束文件，使输入、输出信号与开发板的引脚对应。
4．下载到FPGA开发板，拨动输入开关，观察Led灯的显示是否符合真值表。
2023-11-23 15:23:33
1.85MB
1
1．逻辑输入采用实验箱的K1-K11，逻辑输出接L1-L10。测试实验箱上的HD74LS04P（非门）、SN74LS32N（或门）、SN74LS00N（与非门）、SN74HC86N（异或门）、SN74HC153（数据选择器、多路复用器）的逻辑功能。
2．采用小规模逻辑器件设计一位数据比较器：设一位数据比较器的输入为A、B，比较A>B，A=B，A
2023-11-23 15:15:10
1.84MB
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