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)制加法器二、小型實(shí)驗(yàn)室門禁系 總成績(jī)?cè)O(shè)計(jì)50% 統(tǒng)設(shè)計(jì)50%評(píng)語(yǔ)：（包含：預(yù)習(xí)報(bào)告內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析）謝謝閱讀教師簽名姓 名：學(xué) 號(hào)：班 級(jí)： 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1/31-*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(duì)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(lái)檢查電路設(shè)計(jì)是否達(dá)到要求。感謝閱讀通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證3個(gè)訓(xùn)練過(guò)程使同學(xué)們掌握傳統(tǒng)邏輯電路的設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試的方法。精品文檔放心下載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(duì)已設(shè)計(jì)的5種二進(jìn)制加法器，使用logisim軟件對(duì)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(kù)元件，具體內(nèi)容如下。感謝閱讀（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。感謝閱讀（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C，兩個(gè)輸出S和C。謝謝閱讀i o輸入A、B和C分別為被加數(shù)、加數(shù)和來(lái)自低位的進(jìn)位，輸出S和C為本位和和謝謝閱讀i向高位的進(jìn)位。

o（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，感謝閱讀電路有九個(gè)輸入A、A、A、A、B、B、B、B和C，五個(gè)輸出S、S、S、S和感謝閱讀3 2 1 0 3 2 1 0 0 3 2 1 0C。輸入A=AAAA、B=BBBB和C分別為被加數(shù)、加數(shù)和來(lái)自低位的進(jìn)位，精品文檔放心下載4 3 2 1 0 3 2 1 0 0輸出S=SSSS和C為本位和和向高位的進(jìn)位。精品文檔放心下載3 2 1 0

o（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，電路有九精品文檔放心下載-*個(gè)輸入A、A、A、A、B、B、B、B和C，五個(gè)輸出S、S、S、S和C。輸入謝謝閱讀3 2 1 0 3 2 1 0 0 3 2 1 0 4精品文檔放心下載A=AAAA、B=BBBB和C分別為被加數(shù)、加數(shù)和來(lái)自低位的進(jìn)位，輸出S=SSSS精品文檔放心下載3 2 1 0 3 2 1 0 0 3 2 1 0和C為本位和和向高位的進(jìn)位。o（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)證它的正確感謝閱讀性將設(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(kù)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(hào)參見(jiàn)圖1-1所示。感謝閱讀S S S S3 2 1 0C 四位二進(jìn)制并行加法器 C4

0A3

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(xiě)出化簡(jiǎn)后的輸出表達(dá)式： C=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(duì)兩個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)及來(lái)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)輸入變感謝閱讀量，2個(gè)輸出函數(shù)。設(shè)被加數(shù)、加數(shù)及來(lái)自低位的“進(jìn)位”分別用、及?1表示，相加產(chǎn)生的“和”及“進(jìn)位”用和表示。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。感謝閱讀2全加器真值表?1經(jīng)化簡(jiǎn)后的輸出函數(shù)表達(dá)式為：Si=Ai⊕Bi⊕Ci?1謝謝閱讀iiiiii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(lái)自低位的進(jìn)位輸入。邏輯電路如下圖所示：精品文檔放心下載圖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=Ai⊕Bi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：精品文檔放心下載S=P⊕CC=PC+G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：謝謝閱讀C1=P1C0+G1C2=P2C1+G2=210+21+2精品文檔放心下載C3=P3C2+G3=3210+321+32+3精品文檔放心下載C4=P4C3+G4=43210+4321+432+43+4精品文檔放心下載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(duì)“第4步”完成的電路進(jìn)行封裝，然后對(duì)它設(shè)計(jì)的正確性進(jìn)行驗(yàn)證。謝謝閱讀-*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=0011，4=0電路圖仿真結(jié)果如下：精品文檔放心下載圖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=1110，4=1感謝閱讀-*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(duì)一個(gè)“設(shè)計(jì)場(chǎng)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(lái)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。感謝閱讀通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證3個(gè)訓(xùn)練過(guò)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。精品文檔放心下載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(chǎng)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(cè)、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(kāi)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(dòng)作，系統(tǒng)報(bào)警提示滿員。感謝閱讀使用logisim軟件對(duì)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(kù)，具體要求如下。感謝閱讀（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)證它的正確性謝謝閱讀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CP（輸入刷卡進(jìn)入請(qǐng)求）、一個(gè)累減計(jì)數(shù)脈沖謝謝閱讀CP（輸入刷卡離開(kāi)請(qǐng)求），四個(gè)計(jì)U數(shù)輸出端QQQQ記錄當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室人數(shù)。精品文檔放心下載D D C B A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(kù)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(hào)參見(jiàn)圖2-1所示。謝謝閱讀S S S SCP

D C B AUCLR 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碼的電路感謝閱讀用實(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。感謝閱讀（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)的電路精品文檔放心下載設(shè)計(jì)一個(gè)7段譯碼器（參考書(shū)的7448芯片），將兩位十進(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(lái)。謝謝閱讀7段譯碼器有四個(gè)輸入AAAA和七個(gè)輸出abcdefg,AAAA為8421BCD謝謝閱讀32103210碼，abcdefg為7段數(shù)碼顯示管對(duì)應(yīng)的段。（4）設(shè)計(jì)當(dāng)實(shí)驗(yàn)室滿員時(shí)，門禁“不”動(dòng)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CP輸入刷卡進(jìn)入請(qǐng)求，計(jì)數(shù)輸出端數(shù)精品文檔放心下載U據(jù)保持不變，門禁“不”動(dòng)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(huì)有實(shí)驗(yàn)室內(nèi)累減計(jì)數(shù)脈沖端CP輸入刷卡離開(kāi)請(qǐng)求。為防止信號(hào)干擾，在計(jì)數(shù)輸感謝閱讀D出為0時(shí)，若CP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(dòng)作，感謝閱讀D但不用報(bào)警。（5）設(shè)計(jì)小型實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)電路并進(jìn)行封裝和驗(yàn)證它的正確性謝謝閱讀設(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(hào)參見(jiàn)圖2-2所示。感謝閱讀十位：7段數(shù)碼顯示管個(gè)位：7段數(shù)碼顯示管abcdefg abcdefg感謝閱讀CPUCLR 封裝后的門禁系統(tǒng)邏輯符號(hào) 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(wú)關(guān)的輸入輸出變量，將T觸發(fā)器感謝閱讀?-*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碼的電路感謝閱讀-*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謝謝閱讀BCD碼A7、A6、A5、A4以及低位的A3、A2、A1、A0。感謝閱讀因此只需要設(shè)計(jì)對(duì)輸入的4位2進(jìn)制數(shù)值進(jìn)行判斷，若小于10則不變，若謝謝閱讀大于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。精品文檔放心下載根據(jù)題意設(shè)輸入的8421碼為DCBA，則判斷大于10的條件為D（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。精品文檔放心下載圖2-3一位16進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)2位8421碼謝謝閱讀-*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)的電路精品文檔放心下載（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：感謝閱讀表17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：謝謝閱讀-*圖2-57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)的電路精品文檔放心下載（4）設(shè)計(jì)當(dāng)實(shí)驗(yàn)室滿員時(shí)，門禁“不”動(dòng)作，系統(tǒng)報(bào)警提示滿員的電路感謝閱讀電路設(shè)計(jì)要求要采用本次實(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(kù)元件。精品文檔放心下載-*為了實(shí)現(xiàn)門禁不動(dòng)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(duì)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(duì)應(yīng)輸入端，實(shí)現(xiàn)門禁不動(dòng)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(hào)時(shí)報(bào)警提示。感謝閱讀圖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(kù)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(cè)試電路精品文檔放心下載累加計(jì)數(shù)脈沖：-*圖2-11一個(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碼的電路謝謝閱讀顯示11：-*圖2-14二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成8421BCD碼的電路感謝閱讀（3）給出采用“7段數(shù)碼顯示管”顯示人數(shù)的電路顯示12：精品文檔放心下載-*圖2-15人數(shù)