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数字电路与数字系统实验

廖磊

1 实验准备
- 1.1 实验教材
- 1.2 Quartus软件安装
- 1.3 Quartus使用教程
- 1.4 FPGA口袋实验板介绍
- 1.5 GW48-PK2实验箱介绍
- 1.6 实验报告书写说明
2 实验1 逻辑门设计与测试
- 2.1 实验指导文档与实验报告模板
- 2.2 实验1-1 任务分析
- 2.3 实验1-2 设计输入
- 2.4 实验1-3 设计编译
- 2.5 实验1-4仿真验证
- 2.6 实验1-5 管教锁定、配置与硬件测试（GW48）
- 2.7 实验1-5 管教锁定、配置与硬件测试 (口袋实验板)
- 2.8 实验1拓展与挑战
3 实验2 组合逻辑与层次化设计
- 3.1 实验指导与报告模板
- 3.2 基于口袋实验板的新录像
- 3.3 实验2-1 任务分析
- 3.4 实验2-2 参考源码
- 3.5 实验2-2 设计输入、编译
- 3.6 实验2-3 仿真验证
- 3.7 实验2-4 管脚锁定(GW48)
- 3.8 实验2-5 下载与硬件测试(GW48)
- 3.9 实验2-4管脚锁定、配置测试(口袋实验板)
- 3.10 实验2-6 任务2设计输入
- 3.11 实验2-7 任务2综合、仿真
- 3.12 实验2-8 任务2锁定管脚、下载、测试(GW48)
- 3.13 实验2-8 任务2锁定管脚、下载、测试 (口袋实验板)
- 3.14 实验2拓展与挑战
4 实验3 锁存器、触发器与寄存器设计
- 4.1 实验3指导新材料
- 4.2 实验3指导新视频
- 4.3 实验3-1 任务分析
- 4.4 实验3-1 设计范例3.3.1
- 4.5 实验3-1 设计范例3.3.2
- 4.6 实验3-1 设计范例3.3.3
- 4.7 实验3-1 设计范例3.3.4
- 4.8 实验3拓展与挑战
5 实验4A 计数、译码与显示
- 5.1 new实验4指导材料
- 5.2 new实验4-1 10进制计数器的设计与测试
- 5.3 new实验4-2 7段译码器设计与测试
- 5.4 new实验4-3 8位动态扫描显示
- 5.5 拓展与挑战
  - 5.5.1 8位10进制计数器动态扫描设计
6 实验4B 计数器与键盘防抖动设计
- 6.1 实验4-1设计分析
- 6.2 实验4-2范例讲解3.4.1
- 6.3 实验4-2范例讲解3.4.2
- 6.4 实验4-2范例讲解3.4.3
- 6.5 实验4-2范例讲解3.4.4
- 6.6 实验4-2范例讲解3.4.5
- 6.7 实验4-2范例讲解3.4.6
- 6.8 实验4-2范例讲解3.4.7
- 6.9 实验4-3 STEP1-计数器设计与基本测试(GW48)
- 6.10 实验4-3 STEP2-普通按键测试BCD60计数器(GW48)
- 6.11 实验4-3 STEP3-低频时钟测试BCD60(GW48)
- 6.12 实验4-3 STEP4-二进制分频测试BCD60(GW48)
- 6.13 实验4-3 STEP5-防抖按键测试BCD60计数器(GW48)
- 6.14 实验4-3 STEP1-计数器设计与基本测试(口袋实验板)
- 6.15 实验4-3 STEP2-普通按键测试BCD60计数器(口袋实验板)
- 6.16 实验4-3 STEP4-二进制分频测试BCD60(口袋实验板)
- 6.17 实验4-3 STEP5-防抖按键测试BCD60计数器(口袋实验板)
- 6.18 实验4拓展与挑战
7 实验5 分频器与简易电子琴设计
- 7.1 实验5-1 任务分析
- 7.2 实验5-2 设计范例3.5.1
- 7.3 实验5-2 设计范例3.5.2
- 7.4 实验5-2 设计范例3.5.3
- 7.5 实验5-2 设计范例3.5.4
- 7.6 实验5-3 实验任务1(GW48)
- 7.7 实验5-3 实验任务2(GW48)
- 7.8 实验5-3 实验任务1(口袋实验板)
- 7.9 实验5-3 实验任务2(口袋实验板）
- 7.10 实验5拓展与挑战
- 7.11 考核方法与标准
8 实验6 数码管动态扫描与测试
- 8.1 实验6-1 任务与原理分析
- 8.2 实验6-2 设计范例3.6.1
- 8.3 实验6-3 设计任务1(GW48)
- 8.4 实验6-3 设计任务2(GW48)
- 8.5 实验6-3 设计任务1(口袋实验板)
- 8.6 实验6-3 设计任务2(口袋实验板)
- 8.7 实验6拓展与挑战
9 实验7 自动售货机控制器设计
- 9.1 实验7-1 任务分析与原理讲解
- 9.2 实验7-2 设计范例3.7.1
- 9.3 实验7-2 设计范例3.7.2
- 9.4 实验7-2 设计范例3.7.3
- 9.5 实验7-2 设计范例3.7.4
- 9.6 实验7-2 设计范例3.7.5
- 9.7 实验7-3 售货机分析与设计
- 9.8 实验7-3 售货机仿真与验证(GW48)
- 9.9 实验7-3 售货机仿真与验证(口袋实验板)
- 9.10 实验7拓展与挑战
10 DA转换与波形发生
- 10.1 设计任务
- 10.2 DA转换器特性测试
- 10.3 正弦波发生器设计
- 10.4 多波形信号发生器设计
- 10.5 多波形信号发生器设计方案2
11 期末挑战大作业
- 11.1 要求
- 11.2 题目选单
- 11.3 数字电子技术介绍
12 Multisim仿真实验（参考）
- 12.1 逻辑运算与函数转换
  - 12.1.1 与逻辑
  - 12.1.2 或逻辑
  - 12.1.3 非逻辑
  - 12.1.4 与非逻辑
  - 12.1.5 或非逻辑
  - 12.1.6 与或非逻辑
  - 12.1.7 异或逻辑
  - 12.1.8 逻辑函数的转换
- 12.2 逻辑门电路
  - 12.2.1 二极管开关电路
  - 12.2.2 双极性三极管开关电路
  - 12.2.3 MOS三极管开关电路
  - 12.2.4 二极管与门电路
  - 12.2.5 二极管或门电路
  - 12.2.6 三极管非门
  - 12.2.7 TTL反相器的基本电路及性能测试
  - 12.2.8 TTL与非门电路
  - 12.2.9 TTL或非门电路
  - 12.2.10 TTL与或非门电路
  - 12.2.11 TTL异或门电路
  - 12.2.12 集电极开路门电路
  - 12.2.13 OC门线与连接
  - 12.2.14 三态输出门电路
  - 12.2.15 74H系列与非门（74H00）的电路结构及性能测试
  - 12.2.16 74S系列与非门（74S00）的电路结构
  - 12.2.17 CMOS反相器的电路结构
  - 12.2.18 CMOS反相器的输入保护电路及特性测试
  - 12.2.19 CMOS与非门
  - 12.2.20 CMOS或非门
  - 12.2.21 漏极开路输出的与非门（CC40107）
  - 12.2.22 CMOS双向模拟开关4066
  - 12.2.23 CMOS三态门（1）
  - 12.2.24 CMOS三态门（2）
  - 12.2.25 Bi-CMOS反相器
  - 12.2.26 Bi-CMOS与非门电路
  - 12.2.27 Bi-CMOS或非门电路
- 12.3 组合逻辑电路
  - 12.3.1 三位二进制普通编码器
  - 12.3.2 8线3线优先编码器74LS148
  - 12.3.3 用两片74LS148组成的16线4线优先编码器
  - 12.3.4 二-十进制优先编码器74LS147
  - 12.3.5 用二极管与门阵列组成的3线8线译码器
  - 12.3.6 3线8线译码器74LS138
  - 12.3.7 两片74LS138接成4线16线译码器
  - 12.3.8 二-十进制译码器74LS42
  - 12.3.9 七段显示译码器74LS48
  - 12.3.10 双4选1数据选择器74LS153
  - 12.3.11 采用CMOS传输门结构的数据选择器4539
  - 12.3.12 8选1数据选择器74LS152
  - 12.3.13 半加器
  - 12.3.14 双全加器74LS183
  - 12.3.15 4位超前进位加法器74LS283
  - 12.3.16 4位数值比较器4585
  - 12.3.17 2线-4线译码器中的竞争-冒险现
- 12.4 锁存器与触发器
  - 12.4.1 用或非门组成的基本RS触发器
  - 12.4.2 用与非门组成的基本RS触发器
  - 12.4.3 同步RS触发器
  - 12.4.4 带异步置位复位端的同步RS触发器
  - 12.4.5 D锁存器电路
  - 12.4.6 集成D锁存器74LS75
  - 12.4.7 主从JK触发器74LS76
  - 12.4.8 与输入主从JK触发器7472
  - 12.4.9 CMOS传输门组成的边沿JK触发器4027
  - 12.4.10 维持阻塞结构的边沿JK触发器74LS109
- 12.5 时序逻辑电路
  - 12.5.1 时序逻辑电路1
  - 12.5.2 时序逻辑电路2
  - 12.5.3 时序逻辑电路3
  - 12.5.4 同步D触发器74LS75组成的4位寄存器
  - 12.5.5 用维持阻塞D触发器74LS175组成的4位寄存器
  - 12.5.6 用D触发器74LS74组成的移位寄存器
  - 12.5.7 用JK触发器组成的移位寄存器
  - 12.5.8 四位双向移位寄存器74LS194
  - 12.5.9 用两片74LS194接成八位双向移位寄存器
  - 12.5.10 例5.3.1电路及功能演示
  - 12.5.11 用T触发器构成的同步二进制加法计数器
  - 12.5.12 4位同步二进制加法计数器74LS161
  - 12.5.13 用T'触发器构成的同步2进制加法计数器4520
  - 12.5.14 用T触发器构成的同步2进制减法计数器
  - 12.5.15 单时钟同步2进制可逆计数器74LS191
  - 12.5.16 双时钟同步2进制可逆计数器74LS193
  - 12.5.17 同步10进制加法计数器
  - 12.5.18 同步10进制加法计数器74LS160
  - 12.5.19 同步10进制减法计数器
  - 12.5.20 单时钟同步10进制可逆计数器74LS190
  - 12.5.21 用T'触发器构成的异步二进制加法计数器
  - 12.5.22 用T'触发器构成的异步二进制减法计数器
  - 12.5.23 异步10进制加法计数器
  - 12.5.24 二-五-十进制异步计数器74LS290
  - 12.5.25 用置零法将74LS160接成6进制计数器
  - 12.5.26 2-88电路的改进
  - 12.5.27 用置数法将74LS160接成6进制计数器（1）
  - 12.5.28 用置数法将74LS160接成6进制计数器（2）
  - 12.5.29 用两片74LS160按并行进位接成100进制计数器
  - 12.5.30 用两片74LS160按串行进位接成100进制计数器
  - 12.5.31 按并行进位接成54进制计数器
  - 12.5.32 用整体置零法接成23进制计数器
  - 12.5.33 用整体置数法接成23进制计数器
  - 12.5.34 能自启动的环形计数器
  - 12.5.35 能自启动的扭环形计数器
  - 12.5.36 用集成计数器和译码器构成的顺序脉冲发生器
  - 12.5.37 用扭环形计数器构成的顺序脉冲发生器
  - 12.5.38 例5.4.1 同步13进制计数器
  - 12.5.39 例5.4.2 数据检测器
  - 12.5.40 例5.4.3 自动售饮料机
- 12.6 脉冲波形的产生与变换
  - 12.6.1 用CMOS反相器构成的施密特触发器
  - 12.6.2 用TTL门电路构成的施密特触发器
  - 12.6.3 带与非功能的施密特触发器74LS13
  - 12.6.4 CMOS施密特触发器40106
  - 12.6.5 微分型单稳态触发器
  - 12.6.6 积分型单稳态触发器
  - 12.6.7 不可重触发集成单稳态触发器74LS121（1）
  - 12.6.8 2-111 不可重触发集成单稳态触发器74LS121（2）
  - 12.6.9 可重触发集成单稳态触发器74LS123
  - 12.6.10 对称式多谐振荡器
  - 12.6.11 环形振荡器
  - 12.6.12 带RC延迟电路的环形振荡器
  - 12.6.13 用施密特触发器构成的多谐振荡器
  - 12.6.14 占空比可调的多谐振荡器
  - 12.6.15 石英晶体多谐振荡器
  - 12.6.16 555定时器电路结构及性能测试
  - 12.6.17 555定时器接成的施密特触发器
  - 12.6.18 555定时器接成的单稳态触发器
  - 12.6.19 555定时器接成的多谐振荡器
  - 12.6.20 555定时器接成的占空比可调的多谐振荡器
- 12.7 存储器
  - 12.7.1 二极管ROM的电路结构
  - 12.7.2 用MOS管构成的存储矩阵
  - 12.7.3 2K8RAM功能演示
- 12.8 微控制器
  - 12.8.1 用PIC驱动的LCD
  - 12.8.2 用MCU控制的水箱
  - 12.8.3 用MCU组成的运算器
- 12.9 ADC/DAC
  - 12.9.1 权电阻网络DA转换器
  - 12.9.2 双级权电阻网络DA转换器
  - 12.9.3 倒T型电阻网络DA转换器
  - 12.9.4 并联比较型AD转换器
  - 12.9.5 计数型AD转换器

考核方法与标准

本次实验考核含4个环节，课前预习、课中实践、课后挑战拓展和实验报告4部分。

课前实验预习的考核评价在课中实验时首先完成。

课中实践考核在课中实践过程中完成。

课后挑战在实验完成后的2-3周内进行现场答辩方式考核完成。

实验报告提交后进行考核评价,每个实验都有对应的实验报告模板，可以在超星MOOC中下载，报告封面中有每个实验报告针对性的成绩评定标准。

说明：为了鼓励学生个性化、差异化学习，鼓励学生自我挑战，对于挑战性拓展设计采用加分项方式考核，通过加分项弥补其他环节的失误丢分。拓展实验也可以延申为期末挑战大作业的课题，参与期末挑战大作业的成绩测评。期末挑战大作业在期末成绩中占5%。

实验环节	指标点	观察项	权重值	支撑课程目标
课前实验预习	超星MOOC实验视频自学	学习通后台自动记录学习进度和测试数据	10分	课程目标1
课前实验预习	实验范例预习 4个范例	实验代码仿真波形	20分（4*5）	课程目标1
课中实验过程	基本任务1	工程代码设计正确仿真方案设计合理仿真结果正确实物测试设计合理现场问答回答准确完成时间和效率	5分	课程目标2
	基本任务2		5分
	基本任务3		10分
	基本任务4		15分
	提高任务1		15分	课程目标3
课后实验拓展	自选任务	设计方案合理仿真结果正确实物测试效果好现场答辩流畅分工合作、精益求精	附加分最高50分（学生互评+教师测评）	课程目标3、4
实验报告	实验预习实验任务、方案与设计思路和步骤实验结果与数据处理实验体会与反思讨论实验拓展	有实验预习代码（20分），有预习仿真波形及分析（10分）。实验内容完整（10分），步骤正确（10分），设计过程描述清楚详细（15分）。有设计的软件仿真和实验结果的照片且清晰合理（10分），对设计结果的分析客观科学（20分）。对设计制作过程中的问题、结论等进行分析总结，设计中的经验教训、收获等总结。完成拓展（15分）。	20分（折合）	课程目标1、4

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