实验四 触发器功能测试及应用

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.实验目的与要求
通过实验，能够掌握D触发器和T触发器原理和应用。

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) 利用8个D触发器实现数据移位;
(2) 利用T触发器实验现电子开关。

4.实验预习要求
(1) 仔细阅读课本第三章的触发器，理解触发器原理和功能。

5.实验原理
(1) D触发器一般采用时钟脉冲CP上升沿触发翻转的边沿触发电路结构，D触发器是一种延迟型触发器，不管触发的现态是0还是1，CP脉冲上升沿到来后，触发器的状态都将变成与CP脉冲上升沿到来时的D端输入值相同，相当于将数据D存入了D触发器中。D触发器的符号图如图4.1所示。
利用8个D触发器实现数据移位功能的参考电路如图4.2所示，图中移位时钟为shift_clk，数据输入端为data_in。当shift_clk出现上升沿时（即发生0->1跳变），数据输入端data_in的数据位从第一个D触发器移到第二个D触发器，第二个D触发器的数据位移动第三个触发器。。。。这样通过控制shift_clk的上升沿来实现数据的移位。

图4.1 D触发器逻辑图

图4.2 D触发器构成移位寄存器

(2) T触发器是一种只有保持和翻转功能的翻转触发器。T是它的激励信号输入端。将T端固定接逻辑1，则可获得具有翻转功能的触发器，即T’触发器，每一个时钟脉冲，T触发器的状态就翻转一次。T触发器的符号如图4.3所示。当T触发器的时钟输入端接按键，T端接高电平，当键盘按下时便产生按键信号，Q端信号翻转。

图4.3 T触发器逻辑图

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

按键和蜂鸣器对应的FPGA控制管脚表1.3所示：
表1.3 按键和蜂鸣器对应控制管脚

KEY1	KEY2	KEY3	KEY4	BUZZ
185	181	179	175	176

6.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) 选择File->New->Block Diagram/Schematic,建立一个原理图输入文件。
(3) 双击原理图空白处，输入所要添加的器件(74138、74151等)，然后设置引脚的输入、输出值，编译通过后对引脚进行IO分配。
(4) 把编译成功的文件下载到核心板上，观察结果。
(5) 填写实验报告（可以在背面填写或者另添纸填写）。
(6) 完成基本实验后可以设计自己的实验，视情况进行加分鼓励。

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实验四 触发器功能测试及应用
基础实验
0.测试电路

1.设计8位D触发器实现数据移位功能的验证电路分析其原理。
提示：可以利用8个LED灯来观察移位效果
答：设计验证电路如图1-1。

图1-1 验证电路

原理：通过三个8count分频，降低输入电路的clk频率，再通过一个按键给电路输入低电平，使LED灯亮，结合clk形成跑马灯。

2.给出T触发器实现电子开关的验证电路并分析其原理。
提示：可以利用LED灯或蜂鸣器来观察电子开关输出结果
答：设计验证电路如图2-1。

图1-2 验证电路

原理：T触发器T端给高电平，构成T’触发器，按键按下后抬起，产生一个上升沿，T’触发器的状态反转一次，蜂鸣器状态反转。

高级实验
1.T’ 触发器可以作为二分频电路，已知实验板晶振是49.152 MHZ，管脚号是28，思考如何利用D触发器(或者JK触发器)构造T’触发器对晶振进行分频，设计出一个让LED灯闪烁的电路？
答：使用D触发器，对CP进行2的24次方分频。
电路设计如图2-1。

图2-1 电路设计

2.通过基础实验2大家会发现，按键后键盘信号有毛刺出现，你如何利用你学过的知识解决该问题？
答：使用D触发器进行消抖。
电路设计如图2-2。

图2-2 电路设计