數(shù)字電路與EDA實(shí)踐教程

前言

　　電子技術(shù)是高等工科院校電子類(lèi)、電氣類(lèi)、自控類(lèi)、計(jì)算機(jī)類(lèi)等專(zhuān)業(yè)的重要基礎(chǔ)課程。為了培養(yǎng)高素質(zhì)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才，在理論教學(xué)的同時(shí)，必須十分重視和加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，在實(shí)踐教學(xué)中可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、?dòng)手能力、獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力、創(chuàng)造性思維能力以及理論聯(lián)系實(shí)際的能力。電子技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)不僅能拓寬學(xué)生的知識(shí)面，也能系統(tǒng)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐訓(xùn)練，為后續(xù)的課程設(shè)計(jì)、電子競(jìng)賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)等打下良好的基礎(chǔ)?！　”緯?shū)為切合西安郵電學(xué)院電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)部“陜西省省級(jí)教學(xué)示范中心”的發(fā)展，結(jié)合教學(xué)部課程建設(shè)項(xiàng)目——“可編程邏輯實(shí)驗(yàn)”的研究成果而編寫(xiě)。內(nèi)容涵蓋數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)、數(shù)字集成電路測(cè)量、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)、EDA軟件及PLD器件知識(shí)，另外根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的積累，特別在第1章和第7章中編寫(xiě)了數(shù)字電路的故障分析及排錯(cuò)和實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)。在實(shí)驗(yàn)的安排上既考慮到與理論教學(xué)保持同步，又注重學(xué)生實(shí)際工程設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，減少了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加了設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，更多地給學(xué)生留下發(fā)展個(gè)性創(chuàng)新的空間。為了保證實(shí)驗(yàn)的良好效果，增加了實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)部分。在實(shí)驗(yàn)題目的設(shè)計(jì)上，緊扣教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容，從基礎(chǔ)層面、提高層面、綜合設(shè)計(jì)層面三方面出發(fā)設(shè)計(jì)了大量的實(shí)驗(yàn)題目。在教材兩部分章節(jié)里，均有圍繞理論教學(xué)課程所設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、理論課學(xué)習(xí)完以后的綜合性實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)題目，以提高學(xué)生的系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)能力。另外，設(shè)計(jì)題目時(shí)以“教學(xué)示范中心”自主研制的“數(shù)字信源狀態(tài)分析實(shí)驗(yàn)箱”和“CPLD實(shí)驗(yàn)電路板”為主，并參考了市面上幾種主流的數(shù)字電路及EDA教學(xué)設(shè)備，同時(shí)也考慮了在面包板上做分立元器件實(shí)驗(yàn)的情況，以便使教材適合不同教學(xué)條件的學(xué)校使用。

內(nèi)容概要

本書(shū)根據(jù)普通高等院校通信電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)特色，以《數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)》(王毓銀，2005)基本理論為依據(jù)，介紹了數(shù)字電路的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)技巧、現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)的硬件(PLD)和軟件相關(guān)知識(shí)，以及基于可編程器件的數(shù)字電路開(kāi)發(fā)方法。本書(shū)是西安郵電學(xué)院規(guī)劃的電工電子實(shí)驗(yàn)教材系列叢書(shū)之一。    本書(shū)從培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰图记?、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新精神出發(fā)，將與EDA技術(shù)相關(guān)的新技術(shù)、新器件引入實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，內(nèi)容循序漸進(jìn)、由淺入深。主要分兩部分，上篇包括數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)；下篇包括數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，EDA技術(shù)及可編程邏輯器件，VHDL硬件描述語(yǔ)言，EDA軟件，EDA基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，EDA課程設(shè)計(jì)。    本書(shū)可作為普通高等院校通信類(lèi)、電子電氣類(lèi)、控制類(lèi)等專(zhuān)業(yè)的本科、專(zhuān)科實(shí)驗(yàn)教材，也可供相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

上篇  數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)  第1章  數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)    1.1  數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)      1.1.1  數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)      1.1.2  數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)的基本過(guò)程      1.1.3  實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)      1.1.4  數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中的操作規(guī)范      1.1.5  數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)的布線原則      1.1.6  實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求    1.2  集成門(mén)電路基礎(chǔ)知識(shí)      1.2.1  概述      1.2.2  CMOS邏輯門(mén)      1.2.3  TTL邏輯門(mén)      1.2.4  邏輯門(mén)使用注意事項(xiàng)    1.3  數(shù)字信源狀態(tài)分析實(shí)驗(yàn)箱簡(jiǎn)介      1.3.1  技術(shù)指標(biāo)及主要功能      1.3.2  使用說(shuō)明    1.4  數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)故障分析與查找      1.4.1  數(shù)字實(shí)驗(yàn)電路的測(cè)試      1.4.2  數(shù)字實(shí)驗(yàn)的故障查找與排查      1.4.3  常用的故障查找方法  第2章  數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)    2.1  數(shù)字電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)      實(shí)驗(yàn)1  門(mén)電路的邏輯功能驗(yàn)證及邏輯變換      實(shí)驗(yàn)2  集成邏輯門(mén)的參數(shù)測(cè)試      實(shí)驗(yàn)3  組合邏輯電路的設(shè)計(jì)(編碼器和譯碼器)      實(shí)驗(yàn)4  組合邏輯電路的設(shè)計(jì)(數(shù)據(jù)選擇器和全加器)      實(shí)驗(yàn)5  組合邏輯電路的競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)      實(shí)驗(yàn)6  觸發(fā)器及其應(yīng)用      實(shí)驗(yàn)7  小規(guī)模SSI計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用      實(shí)驗(yàn)8  計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用      實(shí)驗(yàn)9  移位寄存器及其應(yīng)用      實(shí)驗(yàn)10  555定時(shí)器及其應(yīng)用      實(shí)驗(yàn)11  數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器基本應(yīng)用    2.2  數(shù)字電路綜合實(shí)驗(yàn)      綜合一  交通燈控制系統(tǒng)      綜合二  多路彩燈的設(shè)計(jì)      綜合三  搶答器的設(shè)計(jì)      綜合四  數(shù)字鐘邏輯電路的設(shè)計(jì)      綜合五  數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)下篇  可編程邏輯設(shè)計(jì)  第3章  數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)    3.1  數(shù)字系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)    3.2  現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)描述工具和設(shè)計(jì)方法      3.2.1  數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的描述工具      3.2.2  數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟及方法    3.3  設(shè)計(jì)舉例      3.3.1  交通燈控制器的設(shè)計(jì)      3.3.2  乘法器設(shè)計(jì)  第4章  EDA技術(shù)及可編程邏輯器件    4.1  EDA技術(shù)簡(jiǎn)介      4.1.1  概述      4.1.2  EDA技術(shù)的基本特征      4.1.3  未來(lái)EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)    4.2  可編程邏輯器件的分類(lèi)和特點(diǎn)      4.2.1 可編程邏輯器件的分類(lèi)      4.2.2  CPLD和FPGA的結(jié)構(gòu)      4.2.3  CPLD和FPGA的特點(diǎn)    4.3  下一代可編程邏輯器件設(shè)計(jì)技術(shù)展望    4.4  MAX 7000系列芯片介紹      4.4.1  MAX 7000系列的結(jié)構(gòu)      4.4.2  MAX 7000系列的技術(shù)性能、特點(diǎn)及軟件工作環(huán)境  第5章  VHDL硬件描述語(yǔ)言    5.1  VHDL程序結(jié)構(gòu)      5.1.1  實(shí)體      5.1.2  結(jié)構(gòu)體      5.1.3  庫(kù)與包的調(diào)用      5.1.4  VHDL與定義數(shù)據(jù)類(lèi)型      5.1.5  IEEE預(yù)定義標(biāo)準(zhǔn)邏輯位與矢量      5.1.6  用戶自定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型    5.2  VHDL語(yǔ)言的描述方法      5.2.1  行為描述方法      5.2.2  數(shù)據(jù)流描述方法      5.2.3  結(jié)構(gòu)描述方法      5.2.4  混合描述方法    5.3  VHDL數(shù)據(jù)對(duì)象      5.3.1  信號(hào)      5.3.2  變量      5.3.3  常數(shù)    5.4  VHDL運(yùn)算符      5.4.1  算術(shù)運(yùn)算符      5.4.2  并置運(yùn)算符      5.4.3  關(guān)系運(yùn)算符      5.4.4  邏輯運(yùn)算符    5.5  VHDL并行語(yǔ)句      5.5.1  并行信號(hào)賦值語(yǔ)句      5.5.2  進(jìn)程語(yǔ)句      5.5.3  塊語(yǔ)句      5.5.4  生成語(yǔ)句generate    5.6  VHDL順序語(yǔ)句      5.6.1  賦值語(yǔ)句      5.6.2  流程控制語(yǔ)句      5.6.3  Null語(yǔ)句    5.7  狀態(tài)機(jī)的VHDL設(shè)計(jì)      5.7.1  Moore型狀態(tài)機(jī)的VHDL描述      5.7.2  Mealy型狀態(tài)機(jī)的VHDL描述  第6章  EDA軟件    6.1  MAX+plus II軟件簡(jiǎn)介      6.1.1  概述      6.1.2  界面介紹      6.1.3  設(shè)計(jì)輸入      6.1.4  設(shè)計(jì)編譯      6.1.5  設(shè)計(jì)驗(yàn)證      6.1.6  器件編程      6.1.7  參數(shù)型宏器件    6.2  其他EDA軟件簡(jiǎn)介      6.2.1  Quartus II使用簡(jiǎn)介      6.2.2  ISE使用簡(jiǎn)介  第7章  EDA基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)    7.1  實(shí)驗(yàn)要求      7.1.1  概述      7.1.2  實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)    7.2  實(shí)驗(yàn)電路板      7.2.1  實(shí)驗(yàn)電路板簡(jiǎn)介      7.2.2  芯片管腳圖    7.3  實(shí)驗(yàn)課題      實(shí)驗(yàn)1  用原理圖輸入法設(shè)計(jì)門(mén)電路      實(shí)驗(yàn)2  用文本輸入法設(shè)計(jì)門(mén)電路      實(shí)驗(yàn)3  組合邏輯電路設(shè)計(jì)(一)——編譯碼器設(shè)計(jì)      實(shí)驗(yàn)4  組合邏輯電路設(shè)計(jì)(二)——三態(tài)門(mén)、數(shù)選器、邏輯運(yùn)算器      實(shí)驗(yàn)5  顯示驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)      實(shí)驗(yàn)6  觸發(fā)器設(shè)計(jì)      實(shí)驗(yàn)7  移位寄存器設(shè)計(jì)      實(shí)驗(yàn)8  計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)      實(shí)驗(yàn)9  序列檢測(cè)器設(shè)計(jì)      實(shí)驗(yàn)10  LPM模塊應(yīng)用設(shè)計(jì)      實(shí)驗(yàn)11  電子琴電子設(shè)計(jì)      實(shí)驗(yàn)12  移位相加8位乘法器電路設(shè)計(jì)  第8章  EDA課程設(shè)計(jì)    課題1  搶答器設(shè)計(jì)    課題2  多路彩燈控制器    課題3  數(shù)字秒表的設(shè)計(jì)    課題4  函數(shù)發(fā)生器    課題5  自動(dòng)售貨機(jī)    課題6  出租車(chē)計(jì)費(fèi)器    課題7  洗衣機(jī)控制器    課題8  電梯控制器    課題9  VGA圖像顯示控制器    課題10  PS/2鍵盤(pán)接口控制器設(shè)計(jì)  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)是高等工科院校電類(lèi)各專(zhuān)業(yè)重要的基礎(chǔ)課，也是實(shí)用性、創(chuàng)造性、工程性較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)是依據(jù)教學(xué)、科研的具體要求進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，是具有較強(qiáng)實(shí)踐性的一門(mén)課程。通過(guò)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚴箤W(xué)生鞏固所學(xué)理論知識(shí)，培養(yǎng)實(shí)際運(yùn)用知識(shí)的能力，逐步掌握數(shù)字電路從基本功能的實(shí)現(xiàn)到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方法，從而有效地培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力?！　?.1.1 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)　　1.理論性較強(qiáng)　　如果沒(méi)有正確的理論指導(dǎo)，就不可能設(shè)計(jì)出性能穩(wěn)定、符合實(shí)驗(yàn)要求的電路，就擬定不出正確的實(shí)驗(yàn)方案和步驟。所以，要做好數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)，首先要學(xué)好數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)這門(mén)理論課程。　　2.工藝性較強(qiáng)　　有了較成熟的實(shí)驗(yàn)方案，但由于工藝不合理，就不會(huì)取得滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可能得不出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，甚至導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，因此，要認(rèn)真掌握電子工藝技術(shù)。　　3.測(cè)試技術(shù)要求較高　　實(shí)驗(yàn)電路類(lèi)型很多，不同電路的功能或指標(biāo)不同，采用的測(cè)量?jī)x器和方法也不同。所以，要熟練掌握基本電子測(cè)量技術(shù)和測(cè)量?jī)x器的使用。

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