【上海大学数字逻辑实验报告】三、组合电路（二）

一、实验目的

1. 掌握8421码到余3码的转换。
2. 掌握2421码到格雷码的转换。
3. 进一步熟悉组合电路的分析和设计方法。
4. 学会使用Quartus II设计8421码到余3码的转换电路逻辑图。
5. 学会使用Quartus II设计2421码到格雷码的转换电路逻辑图。

二、实验原理

1. 8421码是最常用的BCD码，在这种编码方式中，每一位二进制代码的“1”都代表一个固定数值。将每位“1”所代表的二进制数加起来就可以得到它所代表的十进制数字。
2. 2421码是一种有权码，从左到右，第一位“1”代表“2”，第二位“1”代表“4”，第三位“1”代表“2”，第四位“1”代表“1”。
3. 余3码是由8421BCD码加上0011形成的一种无权码，其特点为当两个十进制数的和是9时，相应的余3码的和正好是15，于是可自动产生进位信号,而不需修正。
4. 8421码与余3码之间的关系：

5. 2421码与Gray码之间的关系：

三、实验内容

实验任务一：设计8421码到余3码的转换电路

(1) 实验步骤

1. 用Quartus II设计出如下电路：

2. 编译通过后进行波形仿真，验证电路逻辑功能：

3. 仿真通过后，参照原理图定义引脚：

4. 生成编程并将文件下载到FPGA。
5. 将开关连接对应的输入引脚，输出引脚连接到发光二极管：

6. 用开关和发光二极管测试FPGA的功能。
7. 记录测试结果。

(2) 实验现象

当输入一个8421BCD码时，电路总是能输出对应的余3码。

(3) 数据记录、分析与处理

8421码到余3码转换电路的输入输出状态记录表：

(4) 实验结论

通过使用Quartus II设计工具，我们成功地设计并测试了一个8421码到余3码的转换电路。该电路的功能包括输入一个8421BCD码，并产生相应的余3码。实验结果表明，电路在各种输入条件下都表现出良好的性能，符合预期行为。

实验任务二：设计2421码到Gray码的转换电路

(1) 实验步骤

1. 用Quartus II设计出如下电路：

2. 编译通过后进行波形仿真，验证电路逻辑功能：

3. 仿真通过后，参照原理图定义引脚：

4. 生成编程并将文件下载到FPGA。
5. 将开关连接对应的输入引脚，输出引脚连接到发光二极管：

6. 用开关和发光二极管测试FPGA的功能。
7. 记录测试结果。

(2) 实验现象

当输入一个2421码时，电路总是能输出对应的格雷码。

(3) 数据记录、分析与处理

2421码到Gray码转换电路的输入输出状态记录表：

(4) 实验结论

通过使用Quartus II设计工具，我们成功地设计并测试了一个2421码到Gray码的转换电路。该电路的功能包括输入一个2421BCD码，并产生相应的Gray码。实验结果表明，电路在各种输入条件下都表现出良好的性能，符合预期行为。

四、建议和体会

1. 在实验前，深入理解编码系统和逻辑门的工作原理是非常重要的。
2. 在设计电路时，要确保逻辑门的连接和布局正确无误，以避免错误输出。
3. 在测试阶段，使用不同的8421码输入组合来验证电路的正确性。
4. 波形模拟的结果对于评估电路的正确性非常重要。
5. 这个实验有助于加深对编码系统和逻辑电路设计原理的理解，同时也提供了一个实际的编程和模拟测试经验。为后续进行更复杂的电路设计打下基础。