实验一逻辑门功能测试与功能变换

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

(1) 熟练掌握QuartusII下数字逻辑电路的设计流程与设计方法；
(2) 加深对常用逻辑门逻辑功能的认识，并培养利用基本逻辑门进行功能变换扩展的能力。

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) 熟悉Quartus II 集成开发环境,建立工程文件；
(2) 编写逻辑门功能测试与功能变换逻辑(与运算、或运算、非运算和复合逻辑运算)。

4. 实验预习要求

(1) 仔细阅读附件一，了解Quartus II 集成开发环境里的使用方法；
(2) 复习课本第一章的逻辑代数基础；
(3) 学习基本逻辑门的工作原理。

5. 基础知识

(1) 基本逻辑门或逻辑的调用
基本逻辑门如7408（与门）、7432（或门）、7404（非门）、7400（与非门）都可以在电子供应市场上获得，QuartusII集成开发环境也可调用类似的逻辑器件，而习惯的调用方式如：

andN （N输入的与门，如2输入的与门为and2）
orN (N输入的或门，如2输入的或门为or2)
nandN (N输入的与非门，如2输入的与非门为nand2)
xor (异或门)
not (非门)
wire （导线）

QuartusII下高电平可以通过调用器件VCC获得，对应逻辑电平“1”，低电平可以通过调用器件GND获得，对应逻辑电平“0”。

(2) 发光二极管
发光二极管简称LED(Light Emitting Diode)，是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能，是一个微小的“电灯泡”，发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，是由半导体材料里的电子移动而使它发光，具有单向导电性。图1.1是两种不同封装类型的LED。

贴片LED

直插LED

下图是一种常见的LED控制电路连接方法，LED正极通过限流电阻R1接电源，负极接控制端管脚PIN_n ，当PIN_n为低电平时，LED发光；为高电平时，LED截止，不发光。

LED控制电路

(3) 拨码开关
拨码开关作为需要手动操作的一种微型开关，如图所示，为不同位数的拨码开关产品，下图1为9位拨码开关，对应了9个键；下图2为4位拨码开关，对应了4个键，拨码开关的每一个键对应的背面上下各有两个引脚，所有的键是独立的，相互没有关联。在工作时候，拨码开关的键拨至ON一侧，该键对应的两个引脚接通，反之则断开。

9位拨码开关

4位拨码开关

如图所示，为8位拨码开关的一种电路连接方法，SW1~SW8分别与FPGA的8条管脚相连接，同时通过上拉电阻与电源相连接。当拨码开关一个键n拨至ON一侧，则SWn与地相接，SWn读出低电平；反之，SWn通过上拉电阻的作用，SWn读出高电平。

拨码开关控制电路

6.实验原理

在数字电路实验教学平台使用了8条FPGA的引脚，用以控制LED管的亮暗，同时用电源控制电路来统一管理8个LED管的电源。

下面以单个LED的控制电路为例来说明LED的控制方法，如图所示LED管控制电路，PIN_n对应FPGA的n号管脚，DISP_CS为电源控制管脚。当DISP_CS输出低电平时PMOS管导通，此时PIN_n控制LED管有效，此时实验平台功能底板七段数码管、矩阵LED被禁用，如图1.5所示。当PIN_n为低电平时，LED管导通，发光；当PIN_n为高电平的时候，LED管截止，不发光。

LED管控制电路

功能底板七段数码管、矩阵LED片选控制

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

7.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) 利用本课所学习的器件，在Quartus II软件上完成原理图的设计。
(3) 用LED的亮暗来验证各逻辑门的功能，设计逻辑电路，通过下载线下载逻辑到FPGA核心板上。