一、 实验目的

1.能够正确通过级联同步十进制计数器扩展计数范围。

2.能够正确改造同步十进制计数器修改其计数范围。

3.能够使用 Hierarchical Block 调用已经验证的模块。

4.能够通过计数器分频，使得低频器件能够正常工作。

5.设计一个走马灯电路，使得四个数码管能轮流点亮。

6.能够在调试时，在电路中使用测点来观察电路的工作状态。

二、 实验仪器准备

软件：Multisim 14.1 Education Edition

硬件：Digilent Basys 3

软件：Xilinx ISE

三、 实验设计过程

基本要求：

以 Basys 3 板载的 100MHz 时钟为输入，4 位 7 段式数码管为输出。要求在上电之后，实时显示计时值，显示范围为 00.00 秒至 59.99 秒，小数点需要正确的显示。

设计过程：

   根据之前“点亮一个数码管”和“点亮四个数码管”的电路图补充完成第二个和第三个电路图。电路图连接如下：

第二个电路图：

第三个电路图：

接下来要实现实时显示计时值，显示范围为 00.00 秒至 59.99 秒，小数点需要正确的显示。我使用四个BCD十进制计数器来实现，将低位的进位端与高位的时钟脉冲输入端相连。当最高位为6时，通过一个与非门来进行置零。电路图连接如下：

最后要将100MHz的信号分频到100Hz，由于十进制计数器相当于十分频电路，我使用6个十进制计数器来实现分频，电路图连接如下：

实验结果见视频“基本要求”。

进阶要求：

要求设计一个 0~n 的计数器，其中 n 可手动调整，即要求使用 SW15~SW0 能输入 4 个十进制数 DCBA，使得计时范围从00.00~DC.BA 秒。

设计过程：

   根据之前“点亮一个数码管”和“点亮四个数码管”的电路图补充完成第二个和第三个电路图。这两个电路图和基本要求相同。

在第四个电路文件中，利用比较器将计数器数值与使用SW15~SW0输入的四个十进制数DCBA由高至低依次进行比较，将比较器输出接反相器后与计数器置数端相连。当两者相等时，比较器输出高电平，计数器置数端为低电平有效，计数器置0。电路图连接如下：

最后使用十进制计数器来实现分频并正确显示数字，电路图连接如下：

实验结果见视频“进阶要求”。

四、思考题

1.走马灯电路的时钟信号直接连 100MHz 的时钟信号，观察出现了什么现象，解释为什么会出现这样的现象。

答：现象：走马灯快速变化，人眼识别不清其数字变化。

原因：物体在快速运动时, 当人眼所看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其影像0.1-0.4秒左右的图像。当物体移去时，视神经对物体的印象不会立即消失，而要延续0.1-0.4秒的时间，人眼的这种性质被称为“眼睛的视觉暂留”。100MHz时时钟信号变化太快，所以会出现这样的现象。

电路源文件及实验报告下载链接：

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