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数字系统设计及实验实验报告

一、实验目的

数字系统设计及实验课程旨在让我们深入理解数字逻辑的基本概念

和原理，掌握数字系统的设计方法和实现技术。通过实验，我们能够

将理论知识应用于实际，提高解决问题的能力和实践动手能力。

本次实验的具体目的包括：

1、熟悉数字电路的基本逻辑门、组合逻辑电路和时序逻辑电路的

设计方法。

2、掌握使用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）进行数字系统建

模和设计。

3、学会使用相关的电子设计自动化（EDA）工具进行电路的仿真、

综合和实现。

4、培养团队合作精神和工程实践能力，提高解决实际问题的综合

素质。

二、实验设备和工具

1、计算机：用于编写代码、进行仿真和综合。

2、EDA软件：如QuartusII、ModelSim等。

3、实验开发板：提供硬件平台进行电路的下载和测试。

4、数字万用表、示波器等测量仪器：用于检测电路的性能和信号。

三、实验内容

1、基本逻辑门电路的设计与实现

设计并实现与门、或门、非门、与非门、或非门和异或门等基本逻

辑门电路。

使用EDA工具进行仿真，验证逻辑功能的正确性。

在实验开发板上下载并测试实际电路。

2、组合逻辑电路的设计与实现

设计一个4位加法器，实现两个4位二进制数的相加。

设计一个编码器和译码器，实现数字信号的编码和解码。

设计一个数据选择器，根据控制信号选择不同的输入数据。

3、时序逻辑电路的设计与实现

设计一个同步计数器，实现模10计数功能。

设计一个移位寄存器，实现数据的移位存储功能。

设计一个有限状态机（FSM），实现简单的状态转换和控制逻辑。

四、实验步骤

1、设计方案的确定

根据实验要求，分析问题，确定电路的功能和性能指标。

选择合适的逻辑器件和设计方法，制定详细的设计方案。

2、代码编写

使用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）编写电路的代码。

遵循代码规范，注重代码的可读性和可维护性。

3、仿真验证

在EDA工具中对编写的代码进行仿真，输入不同的测试向量，观

察输出结果是否符合预期。

对仿真结果进行分析，检查是否存在逻辑错误或时序问题。

4、综合与实现

使用EDA工具对设计进行综合，将代码转换为实际的逻辑电路。

对综合后的电路进行布局布线，生成下载文件。

5、硬件测试

将下载文件下载到实验开发板上。

使用数字万用表、示波器等测量仪器对电路的输入输出信号进行测

量和分析。

记录测试结果，与预期结果进行比较，判断电路是否正常工作。

五、实验结果与分析

1、基本逻辑门电路

仿真结果显示，所有基本逻辑门的输出都符合预期的逻辑关系。

在实验开发板上测试，输入不同的电平信号，输出结果正确，验证

了设计的正确性。

2、组合逻辑电路

4位加法器能够准确地实现两个4位二进制数的相加，输出结果与

理论计算一致。

编码器和译码器能够正确地完成数字信号的编码和解码功能。

数据选择器能够根据控制信号选择正确的输入数据，输出稳定可靠。

3、时序逻辑电路

同步计数器能够按照模10的规律进行计数，计数过程无差错。

移位寄存器能够实现数据的左移和右移存储功能，存储的数据准确

无误。

有限状态机能够按照设定的状态转换条件进行状态切换，控制逻辑

正确有效。

六、实验中遇到的问题及解决方法

1、逻辑错误

在编写代码时，由于疏忽导致逻辑错误。通过仔细检查代码，对照

逻辑表达式和真值表，找出错误并进行修改。

2、时序问题

在仿真和硬件测试中，出现了时序不满足的情况。通过调整代码中

的时钟频率、延迟时间等参数，以及优化电路结构，解决了时序问题。

3、下载失败

在将下载文件下载到实验开发板时，出现下载失败的情况。检查下

载线缆的连接是否正确，确保开发板的电源正常，重新下载解决了问

题。

七、实验总结与体会

通过本次数字系统设计及实验，我们不仅加深了对数字逻辑理论知

识的理解，还提高了自己的实践动