江南大学数电实验五秒表初步（Multisim和Basys3）数字电路实验

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、实验环境
1、软件：Multisim 14.1 Education Edition；Xilinx ISE
2、硬件：Digilent Basys 3

三、实验内容详解
基础要求：以Basys3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。

1、要求数码管正确显示数值且小数点正确显示，则需利用实验三“点亮四个数码管”的电路设计。同时设计当数码管亮时，次高位数码管的小数点长亮。要求四位数码管“同时”亮，则需使数码管变化的频率大于人眼可分辨频率。设计一个1000Hz的输入时钟信号为四进制计数器提供输入，其输出接为S0与S1的输入，以控制四位数码管快速轮流显示，从而达到四位数码管“同时”显示的效果。

2、要求数码管可实时显示计时值，且显示范围为00.00秒至59.99秒，则需为4位7段式数码管提供00.00秒至59.99秒的输入。明确计数器相关知识可知，可通过一个时钟输入信号为100Hz的六千进制的计数器为数码管提供所需输入。

3、由于Basys3板载的时钟信号为100MHz，则需设计一个万分频以获得1000Hz的输入信号，一个十万分频以获得100Hz的输入信号。

进阶要求：要求设计一个0-n的计数器，其中n可手动进行调整，即要求使用SW15~SW0输入4个十进制数DCBA，由此使得计时范围位从00.00-DC.BA秒。

1、进阶要求电路设计中，除计数器部分的设计与基础要求电路设计中不同外，其他部分电路设计均与基础要求中相同。

2、修改基础要求设计电路中的Timer：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。仅当两者完全相等时，比较器输出高电平，计数器置数端为低电平有效，计数器重置数。

将设计导出在Basys3进行实验，观察数码管变化是否与预期相符。

基础要求：以Basys3板载的100MHz时钟为输入，4位数码管为输出。上电后，观察数码管能否正确实时显示计时值，显示范围为00.00秒至59.99秒，小数点能否正确显示。实验结果见视频“基础要求”。
进阶要求：以SW15~SW0输入4个十进制数3719，以Basys3板载的100MHz时钟为输入，4位数码管为输出。上电后，观察数码管能否正确实时显示计时值，显示范围为00.00秒至37.19秒，小数点需要正确的显示。实验结果见视频“进阶要求”。

四、实验思考
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。

观察现象：走马灯快速变化，人眼识别不清其数字变化。

产生原因：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，这种现象被称为视觉暂留现象。是人眼具有的一种性质。人眼观看物体时，成像于视网膜上，并由视神经输入人脑，感觉到物体的像。但当物体移去时，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”。