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。

实验四 触发器功能测试及应用_第1张图片
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。

实验四 触发器功能测试及应用_第2张图片
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。


实验四 触发器功能测试及应用
基础实验
0.测试电路

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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。

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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。

实验四 触发器功能测试及应用_第5张图片
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。

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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。

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图2-2 电路设计

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