广工数字逻辑实验报告(期末综合实验).doc

___计算机__学院 网络工程 专业 1 班____组、学号 姓名 协作者______________ 教师评定_________________
实验题目_________________数字逻辑期末综合实验_________________
一、 题目（学号单号的做1、2，双号的做3、4）
1. 用HC161设计一个九进制计数器（清零法和置数法，参考《实验指导书》P53）
2. 用HC161设计一个分频器（参考《实验指导书》P52，不用数码显示）
3. 用HC138译码器实现符合电路
4. 用数据选择器实现符合电路

二、 要求按顺序报告以下内容
1. 设计分析过程
2. 连线图
3. 预分析其运行步骤、输入输出的变化过程（包括控制端）
4. 实验通过老师验证的，拍下实验实际连线图，及验证数据；
没通过验证的，分析实验不成功的原因。

5. 用Verilog编写的代码模块及测试平台

6. 第一次仿真结果
实验报告
选做题目：用HC161设计一个九进制计数器(置数法)
1. 设计分析过程
九进制计数器的计数容量是9，而计数器74HC161的计数器容量为16。显然，如使74HC161的计数初值由7（对应的二进制数为0111）开始，即可将计数容量由16变为9，从而得到九进计数器，相应的状态图如图所示。
1110
1011
1100
1101
1000
0111
1111
1010
1001
/0 /0 /0 /0
/1 /0
/0 /0 /0
由于需要在每次计数值达到1111后，下一个状态从0111开始，从而应使D3D2D1D0=0111。此时，还需生成置位信号，置位信号可通过将进位输出（TC）取反获得，即=。
2. 连线图

1666
1
1 VCC VCC
15
2
clk CP TC C
14
3
1 D0 Q0 Q0
13
41
1 D1 Q1 Q1
12
5
1 D2 Q2 Q2
11
6
0 D3 Q3 Q3
7
11
1 CEP CET 1
9
8
GND
3. 预分析其运行步骤、输入输出的变化过程（包括控制端）
输入变化主要是时钟信号的变化，其他数据变化都是根据时钟变化而变化的，实际连线图采用的是1Hz时钟信号，实验中是每1s产生一次时钟信号，即计数器每1s进行一次计数，从0111开始，随着时钟变化而进行计数，每次计数值达到1111后，下一个状态从0111开始。每次计数值达到1111时，还会生成进位信号，同时将进位信号取反，形成置位信号，使计数器重新由0111开始计数。
4. 实验通过老师验证的，拍下实验实际连线图，及验证数据；
没通过验证的，分析实验不成功的原因。

5. 用Verilog编写的代码模块及测试平台
代码模块:
module HC161(CP,CEP,CET,MRN,PEN,Dn,Qn,TC); 
input CP; 
input CEP,CET; 
output[3:0] Qn; 
input MRN,PEN; 
input[3:0] Dn; 
output TC; 
reg[3:0] qaux;  
 reg TC;  
always @ (posedge CP) 
begin 
if(!MRN) 
qaux<=4'b0111; 
else if(!PEN) 
qaux<=Dn; 
else if(CEP&CET) 
qaux<=qaux+1;  
else qaux<=qaux;  
end  
always @ (posedge CP) 
begin  
if(qaux==4'b1110 && CET==1)  
TC=1'b1; 
else TC=1'b0; 
end  
assign Qn=qaux;  
endmodule 
测试平台
`timescale 1ns/1ns
module testbench;
reg cp,cep,cet,mrn,pen;
reg[3:0] dn;
wire tc;
wire[3:0] qn;
parameter DELY=20;

always #(DELY/2) cp=~cp;
initial
begin
cep=1;
repeat(15)
#DELY cet=$random;
end
initial
begin
pen=1;
#DELY pen=0;
#60 pen=1;
end
initial
begin
mrn=1;
repeat(20)
#15 mrn=$random;
end
initial
#300 $finish;
HC161 test(cp,cep,cet,mrn,pen,dn,qn,tc);
endmodule

6. 第一次仿真结果

1. 设计分析过程
根据符合电路的特点知，当数据选择器输入为0(000)或者7(111)时，输出为1；因此，138芯片中只需关心Y0和Y7。当Y0和Y7其中一个为1的时候，输出为1。则只需要将Y0和Y7或之后的结果赋值给Yout。

2. 连线图

>=1

1666
1
A0 VCC VCC Yout
15
2
A1 Y0
14
3
A2 Y1
13
41
E1 Y2
12
5
E2 Y3
11
6
1 E3 Y4
7
11
Y7 Y5 1
9
8
GND Y6
3. 描述其运行步骤、输入输出的变化过程（包括控制端）
控制端：
因为138只有在E1=2=E3=1时才工作，所以测试代码中先让e1,e2,e3都为0，再分别过20个单位时间赋值为1使芯片工作。
输入输出变化：
输入端从0一直赋值到7，输出端是A0和A7的或运算之后的结果，因此只有在输入端为0或者7的时候输出端才为1。
4. 时序电路画出状态转换图
010
110
011
100
101
001
000
111
/0 /0 /0
/1 /0 /0 /0 /0

5. 用Verilog编写的代码模块及测试平台
/ 138.v
module hc138(E3,E2,E1,A,Yout);
input E3,E2,E1;
input [2:0]A;
output Yout;
reg Yout;
reg [7:0]Y;
always@(E3,E2,E1,A)
begin
if(!(E2|E1)||(!E3))
Y=8'b11111111;
else if(E2==E1&&E2==E3&&E3==1)
if(A==3'b000)
Y=8'b10000000;
else if(A==3'b111)
Y=8'b00000001;
else
Y=8'b00000000;
if(Y[7]|Y[0])
Yout=1;
else Yout=0;
end
endmodule
测试平台代码:
// test138fuhe.v
`timescale 1ns/1ns
module hc138test();
reg[2:0]a;
reg e3,e2,e1;
wire yout;
hc138 u1(e3,e2,e1,a,yout);
initial
begin
e1=0;e2=0;e3=0;
#20 e2=1;
#20 e1=1;
#20 e3=1;
#20 a=3'b000;
#20 a=3'b001;
#20 a=3'b010;
#20 a=3'b011;
#20 a=3'b100;
#20 a=3'b101;
#20 a=3'b110;
#20 a=3'b111;
#20;
end
endmodule

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