✎ step-mxo2 [小脚丫STEP开源社区]

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====== 实验一	2输入逻辑门电路 ======
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===== 一、	实验要求 =====

  - 所有的数字系统都由一些基本的数字电路，也就是逻辑门构成。对于所有可能的逻辑输入，真值表对应了其逻辑输出。通过三种基本的逻辑门，了解其他常用逻辑门；\\
  - 完成电路设计并得到仿真波形。

===== 二、	实验原理与内容 =====
与门，或门，与非门，或非门，异或门，同或门真值如下表所示：\\
{{ ：简单逻辑门真值表.jpg?800 |真值表}}

===== 三、	硬件连接 =====

LED也叫发光二极管，可以把电能转化成光能，因为是二极管的一种，由一个PN结组成，具有单向导电性。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流，LED的亮度与电流有关，一般LED能够承受的最大电流为20mA（具体需要看使用的LED的参数），本设计使用的限流电阻为1K。下图为LED的硬件电路：\\
{{ :实验一简单逻辑门ld.jpg?400 |LD}}
 
本实验中我们需由LD1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6的状态表示输出的结果，由上图可知当控制信号LED1端为高电平时D1熄灭，当控制信号LED1端为低电平时LD1点亮。
LED与FPGA的引脚连接关系如下：
|LD1:管脚N13 |		LD2:管脚M12 |		LD3:管脚P12 |		
|LD4:管脚M11 |		LD5:管脚P11 |		LD6:管脚N10 |
		
本实验所用开关原理图如下：
{{ :实验一简单逻辑门sw.jpg?600 |SW}}
 
由上图可知，开关导通状态处于高电平。
LED与FPGA的引脚连接关系如下：
|SW1:管脚M7 | 		SW2:管脚M8 |		SW3:管脚M9 |		SW4:管脚M10 |

小脚丫仿真原理：开关SW1,SW2处于四种不同状态，代表两个输入信号的4种不同取值情况，LED1~LED6,分别代表6个逻辑门的输出情况。

管脚分配如下：\\
{{ :实验一简单逻辑们管脚.jpg?500 |管脚}}


 

===== 四、	代码设计 =====

LED默认状态为点亮，若其他LED不加控制，则会常亮。以下代码目的为改变其默认状态，使之常灭：\\
<code verilog>
assign  empty=8'b1111_1111;	//led's defualt mode is lighted 
</code>
 
由于LED为低电平触发，若直接将z连接在LED管脚上，LED亮将代表输入为低电平，LED灭代表输入为高电平。所以有如下代码，使之更符合我们的思维习惯：
<code verilog>
assign	led=~z;        		//led is low active
</code> 
逻辑门电路的函数表达式如下所示：\\
<code verilog>
assign	z[5]=a&b;				//AND	
assign	z[4]=~(a&b);			        //NAND
assign	z[3]=a|b;				//OR
assign	z[2]=~(a|b);			        //NOR
assign	z[1]=a^b;				//XOR
assign	z[0]=a~^b;				//XNOR
</code>

原理图如下所示，其中“与非门”和“或非门”是将“与门”和“或门”取反所得 ：

{{ :wiki:实验一简单逻辑门原理图.jpg?700 |原理图}}












===== 五、	仿真波形 =====
a,b两项输入的真值表如第二部分所示，产生如下波形：\\
{{:实验一仿真.jpg?600|仿真}}
 
如下图所示，开关SW1为0，SW2为1，对应波形图中z=010110。对应的LD2、LD4、LD5发光。此时，或非门、或门、与非门为真。\\
{{:实验一简单逻辑门实物图.jpg?500|实物图}}

===== 六、	资源报告 =====

^ 资源 | 数量  | 比例  | 说明  |
^ LUTs | 7    | 0%    |   |	
^ 寄存器 | 0  | 0% |   |
^ 存储器 | 0  | 0%   |    |
^ IO管脚   | 26 | 23%  |    |
^ 时钟频率 | 12MHz |   |    |
===== 七、	源文件 =====
^ **文件名称**  | **功能** |
^ **[[gates.v]]** | **逻辑门** |
^ **[[gates_tb.v]]** | **测试文件** |