數(shù)字電路與EDA實踐教程

前言

　　電子技術(shù)是高等工科院校電子類、電氣類、自控類、計算機類等專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程。為了培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)技術(shù)人才，在理論教學(xué)的同時，必須十分重視和加強實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，在實踐教學(xué)中可以培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰Α邮帜芰?、獨立分析問題和解決問題的能力、創(chuàng)造性思維能力以及理論聯(lián)系實際的能力。電子技術(shù)的實踐教學(xué)不僅能拓寬學(xué)生的知識面，也能系統(tǒng)地對學(xué)生進行電子電路設(shè)計的工程實踐訓(xùn)練，為后續(xù)的課程設(shè)計、電子競賽、畢業(yè)設(shè)計等打下良好的基礎(chǔ)。　　本書為切合西安郵電學(xué)院電工電子實驗教學(xué)部“陜西省省級教學(xué)示范中心”的發(fā)展，結(jié)合教學(xué)部課程建設(shè)項目——“可編程邏輯實驗”的研究成果而編寫。內(nèi)容涵蓋數(shù)字電路實驗的基礎(chǔ)知識、數(shù)字集成電路測量、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計、EDA軟件及PLD器件知識，另外根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗的積累，特別在第1章和第7章中編寫了數(shù)字電路的故障分析及排錯和實驗注意事項。在實驗的安排上既考慮到與理論教學(xué)保持同步，又注重學(xué)生實際工程設(shè)計能力的培養(yǎng)，減少了驗證性實驗，增加了設(shè)計性和綜合性實驗，更多地給學(xué)生留下發(fā)展個性創(chuàng)新的空間。為了保證實驗的良好效果，增加了實驗預(yù)習(xí)部分。在實驗題目的設(shè)計上，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)計層面三方面出發(fā)設(shè)計了大量的實驗題目。在教材兩部分章節(jié)里，均有圍繞理論教學(xué)課程所設(shè)計的基礎(chǔ)實驗、理論課學(xué)習(xí)完以后的綜合性實驗及課程設(shè)計題目，以提高學(xué)生的系統(tǒng)分析和設(shè)計能力。另外，設(shè)計題目時以“教學(xué)示范中心”自主研制的“數(shù)字信源狀態(tài)分析實驗箱”和“CPLD實驗電路板”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，同時也考慮了在面包板上做分立元器件實驗的情況，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

本書根據(jù)普通高等院校通信電子類專業(yè)的教學(xué)特色，以《數(shù)字電路邏輯設(shè)計》(王毓銀，2005)基本理論為依據(jù)，介紹了數(shù)字電路的基本實驗技術(shù)和實驗技巧、現(xiàn)代電子設(shè)計自動化(EDA)的硬件(PLD)和軟件相關(guān)知識，以及基于可編程器件的數(shù)字電路開發(fā)方法。本書是西安郵電學(xué)院規(guī)劃的電工電子實驗教材系列叢書之一。    本書從培養(yǎng)學(xué)生實驗?zāi)芰图记伞⒓ぐl(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)、新器件引入實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，內(nèi)容循序漸進、由淺入深。主要分兩部分，上篇包括數(shù)字電路實驗基礎(chǔ)，數(shù)字電路實驗；下篇包括數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)，EDA技術(shù)及可編程邏輯器件，VHDL硬件描述語言，EDA軟件，EDA基礎(chǔ)實驗，EDA課程設(shè)計。    本書可作為普通高等院校通信類、電子電氣類、控制類等專業(yè)的本科、?？茖嶒灲滩模部晒┫嚓P(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

上篇  數(shù)字電路實驗  第1章  數(shù)字電路實驗基礎(chǔ)    1.1  數(shù)字電路實驗基礎(chǔ)知識      1.1.1  數(shù)字電路實驗的特點      1.1.2  數(shù)字電路實驗的基本過程      1.1.3  實驗預(yù)習(xí)      1.1.4  數(shù)字電路實驗中的操作規(guī)范      1.1.5  數(shù)字電路實驗的布線原則      1.1.6  實驗數(shù)據(jù)記錄和實驗報告要求    1.2  集成門電路基礎(chǔ)知識      1.2.1  概述      1.2.2  CMOS邏輯門      1.2.3  TTL邏輯門      1.2.4  邏輯門使用注意事項    1.3  數(shù)字信源狀態(tài)分析實驗箱簡介      1.3.1  技術(shù)指標及主要功能      1.3.2  使用說明    1.4  數(shù)字電路實驗故障分析與查找      1.4.1  數(shù)字實驗電路的測試      1.4.2  數(shù)字實驗的故障查找與排查      1.4.3  常用的故障查找方法  第2章  數(shù)字電路實驗    2.1  數(shù)字電路基礎(chǔ)實驗      實驗1  門電路的邏輯功能驗證及邏輯變換      實驗2  集成邏輯門的參數(shù)測試      實驗3  組合邏輯電路的設(shè)計(編碼器和譯碼器)      實驗4  組合邏輯電路的設(shè)計(數(shù)據(jù)選擇器和全加器)      實驗5  組合邏輯電路的競爭與冒險      實驗6  觸發(fā)器及其應(yīng)用      實驗7  小規(guī)模SSI計數(shù)器及其應(yīng)用      實驗8  計數(shù)器及其應(yīng)用      實驗9  移位寄存器及其應(yīng)用      實驗10  555定時器及其應(yīng)用      實驗11  數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器基本應(yīng)用    2.2  數(shù)字電路綜合實驗      綜合一  交通燈控制系統(tǒng)      綜合二  多路彩燈的設(shè)計      綜合三  搶答器的設(shè)計      綜合四  數(shù)字鐘邏輯電路的設(shè)計      綜合五  數(shù)字頻率計的設(shè)計下篇  可編程邏輯設(shè)計  第3章  數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計基礎(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)計方法      3.2.1  數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的描述工具      3.2.2  數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計步驟及方法    3.3  設(shè)計舉例      3.3.1  交通燈控制器的設(shè)計      3.3.2  乘法器設(shè)計  第4章  EDA技術(shù)及可編程邏輯器件    4.1  EDA技術(shù)簡介      4.1.1  概述      4.1.2  EDA技術(shù)的基本特征      4.1.3  未來EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢    4.2  可編程邏輯器件的分類和特點      4.2.1 可編程邏輯器件的分類      4.2.2  CPLD和FPGA的結(jié)構(gòu)      4.2.3  CPLD和FPGA的特點    4.3  下一代可編程邏輯器件設(shè)計技術(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、特點及軟件工作環(huán)境  第5章  VHDL硬件描述語言    5.1  VHDL程序結(jié)構(gòu)      5.1.1  實體      5.1.2  結(jié)構(gòu)體      5.1.3  庫與包的調(diào)用      5.1.4  VHDL與定義數(shù)據(jù)類型      5.1.5  IEEE預(yù)定義標準邏輯位與矢量      5.1.6  用戶自定義的數(shù)據(jù)類型    5.2  VHDL語言的描述方法      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)對象      5.3.1  信號      5.3.2  變量      5.3.3  常數(shù)    5.4  VHDL運算符      5.4.1  算術(shù)運算符      5.4.2  并置運算符      5.4.3  關(guān)系運算符      5.4.4  邏輯運算符    5.5  VHDL并行語句      5.5.1  并行信號賦值語句      5.5.2  進程語句      5.5.3  塊語句      5.5.4  生成語句generate    5.6  VHDL順序語句      5.6.1  賦值語句      5.6.2  流程控制語句      5.6.3  Null語句    5.7  狀態(tài)機的VHDL設(shè)計      5.7.1  Moore型狀態(tài)機的VHDL描述      5.7.2  Mealy型狀態(tài)機的VHDL描述  第6章  EDA軟件    6.1  MAX+plus II軟件簡介      6.1.1  概述      6.1.2  界面介紹      6.1.3  設(shè)計輸入      6.1.4  設(shè)計編譯      6.1.5  設(shè)計驗證      6.1.6  器件編程      6.1.7  參數(shù)型宏器件    6.2  其他EDA軟件簡介      6.2.1  Quartus II使用簡介      6.2.2  ISE使用簡介  第7章  EDA基礎(chǔ)實驗    7.1  實驗要求      7.1.1  概述      7.1.2  實驗報告的撰寫    7.2  實驗電路板      7.2.1  實驗電路板簡介      7.2.2  芯片管腳圖    7.3  實驗課題      實驗1  用原理圖輸入法設(shè)計門電路      實驗2  用文本輸入法設(shè)計門電路      實驗3  組合邏輯電路設(shè)計(一)——編譯碼器設(shè)計      實驗4  組合邏輯電路設(shè)計(二)——三態(tài)門、數(shù)選器、邏輯運算器      實驗5  顯示驅(qū)動電路設(shè)計      實驗6  觸發(fā)器設(shè)計      實驗7  移位寄存器設(shè)計      實驗8  計數(shù)器設(shè)計      實驗9  序列檢測器設(shè)計      實驗10  LPM模塊應(yīng)用設(shè)計      實驗11  電子琴電子設(shè)計      實驗12  移位相加8位乘法器電路設(shè)計  第8章  EDA課程設(shè)計    課題1  搶答器設(shè)計    課題2  多路彩燈控制器    課題3  數(shù)字秒表的設(shè)計    課題4  函數(shù)發(fā)生器    課題5  自動售貨機    課題6  出租車計費器    課題7  洗衣機控制器    課題8  電梯控制器    課題9  VGA圖像顯示控制器    課題10  PS/2鍵盤接口控制器設(shè)計  參考文獻

章節(jié)摘錄

　　數(shù)字電路邏輯設(shè)計是高等工科院校電類各專業(yè)重要的基礎(chǔ)課，也是實用性、創(chuàng)造性、工程性較強的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。數(shù)字電路實驗是依據(jù)教學(xué)、科研的具體要求進行電路設(shè)計、安裝和調(diào)試，是具有較強實踐性的一門課程。通過數(shù)字電路實驗?zāi)軌蚴箤W(xué)生鞏固所學(xué)理論知識，培養(yǎng)實際運用知識的能力，逐步掌握數(shù)字電路從基本功能的實現(xiàn)到系統(tǒng)實現(xiàn)的方法，從而有效地培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力?！　?.1.1 數(shù)字電路實驗的特點　　1.理論性較強　　如果沒有正確的理論指導(dǎo)，就不可能設(shè)計出性能穩(wěn)定、符合實驗要求的電路，就擬定不出正確的實驗方案和步驟。所以，要做好數(shù)字電路實驗，首先要學(xué)好數(shù)字電路邏輯設(shè)計這門理論課程?！　?.工藝性較強　　有了較成熟的實驗方案，但由于工藝不合理，就不會取得滿意的實驗結(jié)果，可能得不出實驗結(jié)論，甚至導(dǎo)致實驗失敗，因此，要認真掌握電子工藝技術(shù)?！　?.測試技術(shù)要求較高　　實驗電路類型很多，不同電路的功能或指標不同，采用的測量儀器和方法也不同。所以，要熟練掌握基本電子測量技術(shù)和測量儀器的使用。

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