數(shù)字電路實驗

前言

　　電子信息科學與技術(shù)發(fā)展快、使用性強、應(yīng)用面廣，要求學生數(shù)理基礎(chǔ)好。我認為，對于電子信息科學與技術(shù)專業(yè)的學生，大學課程與中學課程最大的區(qū)別是，不但要求學生在課堂教學中學習實際科學研究和工程要用的理論知識，而且要求學生通過實驗真正掌握所要求掌握的理論知識和動手技能，使學生畢業(yè)后能從事科學研究和工程設(shè)計。所以，實驗教學是理論教學的深入和繼續(xù)，是培養(yǎng)學生自學能力、動手能力和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度的重要環(huán)節(jié)。　　在上述條件、需求和對實驗教學的認識的基礎(chǔ)上，從2002年起，電子電路實驗室的教師和實驗技術(shù)人員，在原《電子電路實驗》的基礎(chǔ)上，減少基于中小規(guī)模標準數(shù)字集成電路的電路實驗，增加了數(shù)字電路軟件仿真實驗、基于可編程邏輯器件（CPLD）的實驗、基于單片機的實驗和數(shù)字電路專題實驗。在此過程中，自行設(shè)計和制作了實驗電路，不斷更新編寫相應(yīng)的實驗教材《數(shù)字電路實驗》?，F(xiàn)在讀者見到的教材《數(shù)字電路實驗》大約在2006年前后成形，其后在使用中不斷地修正。

內(nèi)容概要

本教材可分為五部分：中小規(guī)模標準數(shù)字集成電路的電路、CPLD、單片機、數(shù)字電路專題實驗和實驗中使用較多的芯片資料。在中小規(guī)模標準數(shù)字集成電路的電路中，編者自行設(shè)計了使用EWB對74LS00內(nèi)部電路的仿真，以加深學生對集成數(shù)字芯片的電路特性方面的認識。在基于HC4046的鎖相環(huán)電路設(shè)計中，要求學生根據(jù)芯片資料設(shè)計二階數(shù)字鎖相環(huán)路。在CPl。D應(yīng)用實驗中，要求學生由簡到繁學習Veril09語言。在實驗電路板上，設(shè)計了沒有防抖動電路的按鈕和有防抖動電路的按鈕，讓學生體會實際電路中可能出現(xiàn)的問題。在單片機實驗中，強調(diào)單片機電路與匯編語言關(guān)系。這三部分為課內(nèi)必做內(nèi)容。數(shù)字電路實驗一般單獨設(shè)課，為每周4學時，一學期共68學時，計2個學分。數(shù)字電路專題實驗為開放實驗，專題實驗給出題目和思路，沒有具體的辦法，前三部分的必做實驗在知識上已為做專題實驗做好了準備。

書籍目錄

第一部分  基本數(shù)字集成電路實驗  第1章  基本數(shù)字集成電路及其測量技術(shù)    1.1  器件的電氣參數(shù)測量      1.1.1  TTL和CMOS數(shù)字集成電路使用規(guī)則      1.1.2  集成門電路外特性的測試    1.2  組合電路及顯示電路      1.2.1  門電路      1.2.2  數(shù)碼顯示器件      1.2.3  MSI組合邏輯電路      1.2.4  用PLD器件設(shè)計組合電路    1.3  時序電路      1.3.1  觸發(fā)器      1.3.H  MSI計數(shù)器      1.3.3  MSI移位寄存器      1.3.4  用PLD設(shè)計時序電路    1.4  時鐘產(chǎn)生電路和定時電路      1.4.1  555定時器      1.4.2  集成式施密特觸發(fā)器      1.4.3  多諧振蕩器      1.4.4  數(shù)字鎖相環(huán)      1.4.5  單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器    1.5  模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換及應(yīng)用      1.5.1  集成模/數(shù)轉(zhuǎn)換器      1.5.2  集成數(shù)/模轉(zhuǎn)換器    1.6  半導(dǎo)體存儲器      1.6.1  存儲器的分類      1.6.2  半導(dǎo)體存儲器的技術(shù)指標    1.7  數(shù)字電路的測量信號      1.7.1  二進制測量信號      1.7.2  數(shù)字電路同步波形的測量      1.7.3  黑盒子電路的測量    1.8  實驗基本技能      1.8.1  實驗手段      1.8.2  實驗中應(yīng)用較廣的幾種數(shù)字邏輯電路      1.8.3  實驗中應(yīng)注意的問題    1.9  數(shù)字電路常見故障的分析與排除      1.9.1  數(shù)字電路常見故障      1.9.2  檢查電路的一般方法  第2章  EWB軟件的應(yīng)用    2.1  電路仿真工具EWB簡介      2.1.1  EWB的特點      2.1.2  EWB的結(jié)構(gòu)和界面    2.2  數(shù)字電路仿真的基本步驟和注意事項      2.2.1  電路輸入      2.2.2  激勵源的加入      2.2.3  顯示、測試與輸出單元的使用      2.2.4  運行仿真  第3章  基本實驗    3.1  實驗要求      3.1.1  概述      3.1.2  實驗報告的撰寫    3.2  實驗板      3.2.1  面包板與實驗板      3.2.2  電路安裝      3.2.3  布線原則      3.2.4  故障排除      實驗0  數(shù)字電路常用儀表使用      實驗1  集成電路外特性測量(仿真)      實驗2  集成電路外特性測量      實驗3  組合邏輯電路實驗      實驗4  比較器的研究      實驗5  集成計數(shù)器74LS90的測試及分頻      實驗6  計數(shù)、譯碼、顯示電路      實驗7  可預(yù)置的CC4526減計數(shù)器的應(yīng)用      實驗8  集成門組成多諧振蕩器      實驗9  集成定時器555的研究      實驗10  集成雙單穩(wěn)CD4528的應(yīng)用      實驗11  鎖相環(huán)倍頻器      實驗12  搶答電路實驗      實驗13  數(shù)字式脈沖占空系數(shù)測定儀第二部分  可編程邏輯器件實驗  第4章  可編程邏輯器件    4.1  XC9500系列器件      4.1.1  Xilinx系列器件簡介      4.1.2  XC9500系列CPLD器件的主要特點      4.1.3  XC9500系列器件的結(jié)構(gòu)  第5章  Verilog HDL簡介    5.1  引言    5.2  Verilog HDL的基本結(jié)構(gòu)      5.2.1  簡單的Verilog HDL例子      5.2.2  Verilog HDL模塊的結(jié)構(gòu)      5.2.3  邏輯功能定義    5.3  數(shù)據(jù)類型及常量、變量      5.3.1  常量      5.3.2  變量    5.4  運算符及表達式      5.4.1  算術(shù)運算符(Arithmetic opcrators)      5.4.2  邏輯運算符(Logical operatprs)      5.4.3  位運算符(Bitwise operatprs)      5.4.4  關(guān)系運算符(Relational operatprs)      5.4.5  等式運算符(Equality operatprs)      5.4.6  縮減運算符(Recluction operatprs)      5.4.7  移位運算符(Shift operatprs)      5.4.8  條件運算符(Conditional operatprs)      5.4.9  位拼接運算符(Concatenation operatprs)      5.4.10  運算符的優(yōu)先級    5.5  語句    5.6  賦值語句      5.6.1  常用的賦值語句      5.6.2  阻塞賦值和非阻塞賦值的區(qū)別    5.7  條件語句      5.7.1  if-else語句      5.7.2  case語句      5.7.3  使用條件語句的注意事項    5.8  循環(huán)語句      5.8.1  for語句      5.8.2  repeat語句      5.8.3  While和forever語句    5.9  結(jié)構(gòu)說明語句      5.9.1  always塊語句      5.9.2  initial語句      5.6.3  task和{unti.n語句    5.10  編譯預(yù)處理語句      5.10.1  define語句      5.10.2  include語句      5.10.3  timescale語句    5.11  語句的順序執(zhí)行與并行執(zhí)行    5.12  不同抽象級別的Verilog HDL模型      5.12.1  Vorilog HDL門級描述      5.12.2  Vorilog HDL的行為級描述  第6章  Xilinx ISE軟件系統(tǒng)及應(yīng)用    6.1  概述    6.2  設(shè)計流程      6.2.1  設(shè)計輸入階段      6.2.2  實現(xiàn)階段      6.2.3  調(diào)試和仿真      6.2.4  設(shè)計完成和下載    6.3  軟件的使用      6.3.1  設(shè)計輸入      6.3.2  仿真行為模型(ModelSim)      6.3.3  設(shè)計輸入(ESC)      6.3.4  引腳編輯器(PACE)      6.3.5  編程與配置工具(iMPACT)      6.3.6  有限狀態(tài)機設(shè)計(StateCAD)  第7章  基本實驗    7.1  Xilinx實驗電路      7.1.1  硬件結(jié)構(gòu)      7.1.2  主要器件      7.1.3  I/O口分配圖      實驗1  CPLD中組合邏輯電路的實現(xiàn)      實驗2  CPLD中時序電路的實現(xiàn)      實驗3  CPLD中搶答器電路的實現(xiàn)      實驗4  三層電梯控制器      實驗5  交通燈控制器      實驗6  乒乓游戲機      實驗7  數(shù)字鎖      實驗8  數(shù)字鐘第三部分  單片機實驗  第8章  單片機    8.1  概述    8.2  MC5-51單片機結(jié)構(gòu)    8.3  MC5-51單片機引腳    8.4  MC5-51單片機吋序    8.5  MC5-51單片機I/O口    8.6  MC5-51單片機存儲器結(jié)構(gòu)    8.7  MC5-51定時/計數(shù)器    8.8  MC5-51的中斷系統(tǒng)    8.9  MC5-51指令系統(tǒng)      8.9.1  MC5-51尋址方式      8.9.2  數(shù)據(jù)傳送指令      8.9.3  算術(shù)運算指令      8.9.4  邏輯運算及移位指令      8.9.5  轉(zhuǎn)移指令      8.9.6  布爾指令    8.10  匯編語言設(shè)計      8.10.1  MC5-51偽指令      8.10.2  匯編語言程序的格式  第9章  單片機開發(fā)工具軟件的使用    9.1  Keil-C51的使用    9.2  SUPERPRO 280U編程器的使用      9.2.1  應(yīng)用軟件的用戶界面      9.2.2  燒錄器件的步驟  第10章 基本實驗    實驗1  單片機按鍵程序設(shè)計    實驗2  LED數(shù)碼管動態(tài)顯示實驗    實驗3  模數(shù)轉(zhuǎn)換實驗    實驗4  用DAC0832產(chǎn)生正弦波第四部分  綜合實驗  第11章  數(shù)字系統(tǒng)與開放實驗    實驗1  混響器設(shè)計    實驗2  簡易數(shù)字頻率計    實驗3  簡易數(shù)字存儲示波器    實驗4  簡易邏輯分析儀第五部分  附錄  74LS00器件手冊  74LS90器件手冊其他部分常用集成器件簡介參考資料

章節(jié)摘錄

　　第3章 基本實驗　　3.1 實驗要求　　3.1.1 概述　　基本實驗的目的是：進一步鞏固“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計”課的基本理論，能靈活應(yīng)用所學知識設(shè)計一些實用電路，分析和處理實驗中遇到的一些問題；熟悉常用數(shù)字儀表的基本原理和使用方法；對數(shù)字電路的現(xiàn)代化EDA設(shè)計方法有初步了解，用EDA設(shè)計方法改進用中小規(guī)模集成電路器件構(gòu)造數(shù)字電路的傳統(tǒng)方法，以大規(guī)模集成電路（PLD器件）的應(yīng)用實驗為中心，學習新技術(shù)，掌握新技能，接受新思想，以拓寬知識面；實驗注重培養(yǎng)觀察問題和分析問題的能力，注重培養(yǎng)創(chuàng)新精神?！　嶒灧椒ú捎锰摂M實驗和硬件實際實驗相結(jié)合的方式進行。提倡實驗預(yù)習虛擬化，即用計算機EDA軟件完成實驗預(yù)習?！　檫m應(yīng)不同專業(yè)的教學要求，從不同程度和不同興趣學生的需要出發(fā)，在實驗內(nèi)容的安排上，采用系列實驗的方式。教師可根據(jù)學生的不同專業(yè)，指定必做實驗內(nèi)容；鼓勵學生根據(jù)自己的興趣和可能做一些選修實驗，以便因材施教；同時應(yīng)當容許學生白選符合實驗大綱的課題。　　在實驗內(nèi)容的選擇上，強調(diào)數(shù)字電路基礎(chǔ)性技術(shù)課題，適當安排一些研究性課題，同時也安排一些小型綜合實驗，以提高綜合運用理論知識分析和處理設(shè)計中所遇到的問題的能力。實驗課題的選擇應(yīng)盡可能避免多個班級選取同一課題的現(xiàn)象。若實驗課題量不能滿足要求，應(yīng)注意及時增補，特別注意增補實際應(yīng)用課題?！　?.1.2 實驗報告的撰寫　　實驗需要撰寫實驗報告，這不僅是形式上的需要，而且是一項重要的基本功的訓練。撰寫實驗報告是總結(jié)、回顧實驗結(jié)果，加深對基本理論的認識和理解，從而可以進一步擴大視野的重要途徑。實驗報告要求能完整而真實地反映實驗結(jié)果。撰寫實驗報告要遵守一定的規(guī)范和要求，即實驗報告要書寫工整、語句通順、數(shù)據(jù)準確、圖表清晰，并能從實驗過程的觀測中找出問題進行分析和討論，發(fā)表自己的見解。

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