实验报告来自电子科技大学中山学院 _ 数字逻辑电路设计课程
1.实验目的与要求
通过实验，掌握移位寄存器74198的功能和其应用。
2.实验设备
硬件：PC机 一台
数字电路实验教学平台 一台
软件：Quartus II集成开发环境
3.实验内容
(1) 利用74198实现串/并和并/串数据并通过LED灯显示结果；
(2) 利用74198实现序列检测器；
(3) 利用74198实现移位计数器；
4.实验预习要求
仔细阅读课本第三章第四节的移位寄存器，了解移位寄存器的一般结构，看懂74198的功能表，弄懂74198的使用方法。
5.实验原理
(1) 输入数据为串行而输出数据为并行，称为串/并转换，反之则称为并/串转换。实现串/并转换的参考电路如图6.1所示。在第一个CLK脉冲到来时将01111111置入QAQG中，同时将串行输入数据data的最低位移入到D触发器。并行置数后，QH=1，S1S0=01，使74198改为右移方式，在接下来的第28个CLK脉冲到来时处于移位状态。在第8个CLK脉冲作用后，data的前面7位已经移入74198的QA~QG中，data的第8位移入到D触发器中，原来置入74198 QA中的0移到QH，8位串行数据已经变换为并行数据，此时，S1S0=11，74198又回到置数方式，在下一个CLK脉冲以来时再一次置数，开始新一轮串/并变换。参考逻辑图中并行输出信号QA~QG接到LED灯观察结果，data为串行输入数据。为了便于观察结果，74198的CLK脉冲信号建议接1HZ或更小的频率信号(利用74161或者8count将系统时钟49.152MHz分频)，串行输入数据data建议接一路拨码开关。
(2) 用74198可以构成计数器称为移位型计数器，下图6.2是八进制扭环形计数器的参考逻辑图。S1S0=01，当QD输出取反后反馈到首级数据输入端SRSI，就构成了8进制计数器。QA~QD接到LED灯上，观察结果。为便于观察，CLK脉冲输入端建议接到1s以上的时间信号上。
在数字电路实验教学平台各个LED管对应的FPGA控制管脚如表1.1所示：
表1.1 各LED管对应的FPGA控制管脚
| DISP_CS | LED0 | LED1 | LED2 | LED3 | LED4 | LED5 | LED6 | LED7 | Buzz（vcc） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 162 | 163 | 164 | 165 | 168 | 169 | 170 | 171 | 173 | 176 |
拨码开关对应的FPGA控制管脚表1.2所示：
表1.2 拨码开关对应控制管脚
| SW1 | SW2 | SW3 | SW4 | SW5 | SW6 | SW7 | SW8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 188 | 191 | 129 | 130 | 131 | 132 | 24 | 23 |
按键和蜂鸣器对应的FPGA控制管脚表1.3所示：
表1.3 按键和蜂鸣器对应控制管脚
| KEY1 | KEY2 | KEY3 | KEY4 | BUZZ |
|---|---|---|---|---|
| 185 | 181 | 179 | 175 | 176 |
基础实验
1.请设计74198的验证电路，验证74198的5个工作模式：异步清零、数据保持、同步右移、同步左移、同步置数功能。
答：逻辑电路设计如图1-1。
电路分析：
当SW7(/CLRN)为0时，实现异步清零，LED0~7全为0，灯全亮；
当SW7(/CLRN)为1，SW5、6(S0、S1)为11时，实现同步置数，AH的值打到LED07上，由图可知此时只有LED0亮；
当SW7(/CLRN)为1，SW5、6(S0、S1)为10时，输入的数据实现左移，而如果此时SW0为0，则可以看到LED0~7依次亮起，最后全亮；
当SW7(/CLRN)为1，SW5、6(S0、S1)为01时，输入的数据实现右移，而如果此时SW0为0，则可以看到LED7~0依次亮起，最后全亮；
而当上述左移或者右移，LED灯依次亮起的过程中，迅速把SW5、6(S0、S1)清为00时，可以看到8个LED灯保持不动，实现了数据保持。
2.给出74198实现串/并转换电路，并通过LED灯显示结果的逻辑图并分析其原理。
答：逻辑电路设计如图2-1所示。
实验现象：当data为1，按下按键抬起时， LED灯从0~7方向，一次只亮一个，当轮到LED7亮时再按一次则回到LED0亮。
电路分析：通过D触发器和8count分频后的时钟脉冲为按键进行消抖，为数据端和74198提供CP脉冲。初始的瞬间，LED07端都为0，此时LED7端经过非门使能S1，使74198同步置数，LED07变为0111 1111(即只有第一个灯亮)，并且S1端为0，74198转变为同步右移状态。按下按键，抬起时产生一个上升沿，触发了data的D触发器，如果此时data为1，则LED0~7变为1011 1111(即实现了数据右移)，以此类推，直到LED7为0时，经过非门使能S1，74198又同步置数，循环反复以上现象。
3.给出74198实现移位计数器的逻辑图并分析其原理。
答：逻辑电路设计如图3-1。
电路分析：(LED0-3)0000->1000->1100->1110
->1111->0111->0011->0001->0000->…
提高实验
1.给出74198实现并/串转换电路，并通过LED灯显示结果的逻辑图并分析其原理。
答：逻辑电路设计如下图所示。
原理分析：
将74198的S0端置为1，并使用一个拨码开关控制74198的状态，拨码开关为1时，工作在置位状态，拨码开关为0时，工作在左移状态。将SLSI端恒为1。当拨码开关为0时，由图可知，当按键按下并抬起时，产生一个上升沿，74198输出数据左移。左移8次后，实现并转串功能。此时将拨码开关置为1，并按下抬起按键，实现同步置数，再将拨码开关拨为0，又可以重新发送数据。
