內容簡介
《21世紀高職高專規劃教材:電子技術基礎實訓教程》根據高職高專教育的特點和教育部最新製定的《高職高專教育基礎課程教學大綱》的基本要求,結閤高職高專學生的實際需要,以培養學生的技術應用能力為主,以應用為目的,以必需和夠用為尺度,適當增加瞭一些綜閤設計技能項目,以提高學生綜閤處理和解決問題的能力。
《21世紀高職高專規劃教材:電子技術基礎實訓教程》共4章:第1章為電子元器件的識彆與常用儀器檢測,主要介紹電子元器件的識彆與檢測、常用儀錶儀器的使用;第2章為模擬電子技術實驗,第3章為數字電子技術實驗,這兩章介紹瞭電子類、電氣類、自動化類等專業課的一些基礎實驗;第4章為電子技術綜閤訓練實例,其中很大一部分內容是專門為參加全國大學生電子設計競賽而編著的。
《21世紀高職高專規劃教材:電子技術基礎實訓教程》適閤作為高職高專院校電子類、電氣類、自動化類等專業的基礎課程教學用書,也可作為同類中專及電子技術基本技能培訓班的教材,還可供相關工程技術人員參考。
內頁插圖
目錄
第1章 電子元器件的識彆與常用儀器檢測
1.1 電阻器
1.2 電容器
1.3 電感器
1.4 半導體元器件
1.5 集成電路
1.6 常用測量儀錶儀器
第2章 模擬電子技術實驗
2.1 單相橋式整流濾波電路
2.2 晶體管共射極單管放大電路
2.3 場效應管放大電路
2.4 負反饋放大器
2.5 差動放大器
2.6 集成運算放大電路的基本應用——模擬運算電路
2.7 RC正弦波振蕩器
2.8 LC正弦波振蕩器
第3章 數字電子技術實驗
3.1 常用集成門電路的邏輯功能測試與應用
3.2 組閤邏輯電路的設計與測試
3.3 譯碼器的使用
3.4 編碼譯碼及數顯電路
3.5 數據選擇器
3.6 觸發器測試、轉換及其應用
3.7 計數、譯碼和顯示電路綜閤應用
3.8 寄存器及其應用
第4章 電子技術綜閤訓練實例
4.1 集成函數信號發生器芯片的應用與調試
4.2 低頻功率放大器
4.3 直流穩壓電源
4.4 555時基電路及其應用
4.5 電子秒錶
4.6 D/A、A/D轉換器
附錄
附錄1 控製屏的操作與麵闆使用說明
附錄2 常用集成電路引腳排列圖
參考文獻
精彩書摘
第3章 數字電子技術實驗
3.1 常用集成門電路的邏輯功能測試與應用
3.1.1 實驗目的
①熟悉數字電路實驗颱的結構、基本功能和使用方法。
②掌握常用與門、或門、非門和與非門的邏輯功能、測試方法及使用方法。
3.1.2實驗原理
常用的集成門電路有TTL門電路和CMOS門電路兩種,TTL與CMOS門電路內部結構不同,但它們的邏輯功能完全一樣,本實驗選用常用的TTL門電路與門、或門、非門和與非門4種,驗證邏輯門電路的功能(基本部分)及測試TTL與非門的主要參數(發揮部分)。
3.1.3 實驗儀器和器材
1.數字電路實驗颱
2.元器件
741S00(四2輸入與非門)、741S20(二4輸入與非門)、741S08(四2輸入與門)、741S32(四2輸入或門)各1塊,導綫若乾。
3.1.4 實驗內容
1.實驗說明
1)數字實驗颱相關說明
①數字電路實驗颱提供+5V的直流電源供用戶使用。
②連接導綫時,最好先測量導綫的好壞,為瞭便於區彆,最好用不同顔色導綫區分電源和地綫,一般用紅色導綫接電源,用黑色導綫接地。四2輸入與非門741S20邏輯功能測試實物接綫圖如圖3.1所示。
③實驗颱“16位邏輯電平輸齣”模塊,由16個開關組成,開關往上撥時,對應的輸齣插孔輸齣高電平“1”,開關往下撥時,輸齣低電平“0”。
④實驗颱“16位邏輯電平輸人”模塊,提供16位邏輯電平LED顯示器,可用於測試門電路邏輯電平的高低。LED亮錶示“1”,滅錶示“0”。
……
前言/序言
目前,電子信息技術的發展突飛猛進,知識更新的速度不斷加快,而電子信息技術又是實踐性很強的學科,它不但要求專業技術人員具有廣泛、紮實的理論基礎,而且要求具備較強的創新能力和實踐動手能力;同時,科學技術的進步對電子技術實驗教學提齣瞭新的要求,實驗教學模式也隨之發生瞭變化,為瞭適應新的教學模式,作者編寫瞭這套教材。
本書根據高職高專教育的特點和教育部最新製定的《高職高專教育基礎課程教學大綱》的基本要求,結閤高職高專學生的實際需要,以培養學生的技術應用能力為主,以應用為目的,以必需和夠用為尺度,適當增加瞭一些綜閤設計技能項目,以提高學生綜閤處理和解決問題的能力,從而為學生參加各類電子設計競賽、做好畢業設計和畢業後的工作打下良好的基礎。
本書是《電子技術基礎》的配套教材。全書共4章:第1章為電子元器件的識彆與常用儀器檢測;第2章為模擬電子技術實驗;第3章為數字電子技術實驗;第4章為電子技術綜閤訓練實例。為瞭方便廣大讀者學習,書中每個實驗都附有實驗原理、參考電路和思考題,多數讀者通過自學實驗原理內容,即可自行完成實驗。
本書適閤作為高職高專院校電子類、電氣類、機電類、通信類專業的基礎課程教學用書,也可作為電子技術基本技能培訓班的教材,還可供相關工程技術人員參考。
本書由廣西電力職業技術學院陳國慶、賈衛華擔任主編,廣西電力職業技術學院葉麗、趙右江擔任副主編。其中,第l章由賈衛華編寫,第2章由趙右江編寫,第3章由葉麗編寫,第4章由陳國慶編寫,附錄由賈衛華編寫。全書由賈衛華統稿,由廣西電力職業技術學院院長、高級工程師何佳任主審。
由於作者水平有限,書中難免有錯漏和不妥之處,懇請讀者批評指正。
《數字邏輯與電路設計》 內容簡介 本書深入淺齣地介紹瞭數字邏輯的基礎理論、核心概念以及在實際電路設計中的應用。從最基本的邏輯門開始,逐步引導讀者理解組閤邏輯和時序邏輯的設計方法,並結閤現代集成電路技術,闡述瞭可編程邏輯器件(PLD)和現場可編程門陣列(FPGA)在數字係統實現中的重要作用。全書結構嚴謹,內容翔實,理論與實踐相結閤,旨在為讀者打下堅實的數字電路設計基礎,培養解決實際工程問題的能力。 第一章 數字信號與邏輯門 本章首先界定和區分瞭模擬信號與數字信號的本質區彆,重點闡述瞭數字信號在信息處理和傳輸中的優勢。隨後,詳細介紹瞭數字邏輯中最基本的構建模塊——邏輯門(Logic Gates)。我們將深入探討“與”(AND)、“或”(OR)、“非”(NOT)、“與非”(NAND)、“或非”(NOR)、“異或”(XOR)以及“同或”(XNOR)七種基本邏輯門的工作原理,通過真值錶和邏輯符號清晰地展示它們的輸入輸齣關係。 在理解瞭基本邏輯門的功能後,我們將學習如何使用這些基本門來構建更復雜的邏輯功能。本章將引入布爾代數(Boolean Algebra),這是描述和化簡數字邏輯電路的數學工具。我們將學習布爾代數的公理、定理以及常用公式,並演示如何運用這些工具來簡化復雜的邏輯錶達式,從而減小電路規模,提高電路性能。 Karnaugh圖(K-map)作為一種直觀的化簡方法,也將被詳細介紹,它能幫助我們有效地找到最小化的邏輯錶達式。 此外,本章還將介紹數字邏輯中的幾種常見編碼方式,例如二進製編碼、格雷碼(Gray Code)以及BCD碼(Binary-Coded Decimal)。這些編碼方式在數據錶示、通信和控製係統中扮演著重要角色。讀者將瞭解不同編碼的特點、轉換方法以及它們在實際應用中的意義。 第二章 組閤邏輯電路設計 組閤邏輯電路的特點是其輸齣僅取決於當前的輸入狀態,沒有記憶功能。本章將係統地介紹組閤邏輯電路的設計方法。我們從最基礎的組閤邏輯單元開始,如編碼器(Encoder)和譯碼器(Decoder)。編碼器負責將多個輸入信號轉換為一個少數的二進製編碼輸齣,而譯碼器則相反,將二進製編碼輸入擴展為多個輸齣信號。我們將分析它們的邏輯功能,並通過真值錶和邏輯圖來展示如何設計這些電路。 多路選擇器(Multiplexer,簡稱MUX)和多路分配器(Demultiplexer,簡稱DEMUX)是組閤邏輯電路中非常重要的器件。多路選擇器可以從多個輸入信號中選擇一個信號輸齣,其選擇功能由一組選擇輸入控製。多路分配器則將一個輸入信號分配到多個輸齣中的一個,其分配功能同樣由選擇輸入決定。我們將深入研究它們的原理和應用,例如在數據選擇、總綫控製等方麵。 加法器(Adder)和減法器(Subtractor)是實現算術運算的基本組閤邏輯電路。本章將介紹半加器(Half Adder)和全加器(Full Adder)的設計,並在此基礎上構建齣多位二進製加法器,如行波進位加法器(Ripple Carry Adder)和超前進位加法器(Look-Ahead Carry Adder)。我們將分析不同加法器的速度和復雜度差異,以及它們在數字運算中的重要性。 本章還將涉及比較器(Comparator)的設計,用於比較兩個二進製數的大小,以及數據選擇與分發的通用邏輯單元,如加法器-減法器(Adder-Subtractor)。通過這些實例,讀者將掌握如何將具體的功能需求轉化為邏輯錶達式,並進而設計齣相應的組閤邏輯電路。 第三章 時序邏輯電路設計 與組閤邏輯電路不同,時序邏輯電路的輸齣不僅取決於當前輸入,還與電路過去的狀態有關,即具有記憶功能。本章將深入講解時序邏輯電路的設計。 我們首先介紹構成時序邏輯電路基本存儲單元的觸發器(Flip-Flop)。我們將詳細討論各種類型的觸發器,包括SR觸發器、D觸發器、JK觸發器和T觸發器。對於每種觸發器,我們將分析其工作原理、狀態轉移圖、特性方程以及它們之間的相互轉換。時鍾信號(Clock Signal)在同步時序邏輯電路中起著至關重要的作用,本章將詳細講解時鍾信號的作用,以及同步與異步時序邏輯的區彆。 基於觸發器,我們可以構建齣各種復雜的時序邏輯電路。寄存器(Register)是將多個觸發器組閤起來,用於存儲多個數據位的器件。移位寄存器(Shift Register)是寄存器的一種特殊形式,它可以在時鍾脈衝的作用下實現數據的串行輸入/輸齣或並行輸入/輸齣,廣泛應用於數據傳輸和數據延遲。 計數器(Counter)是另一類重要的時序邏輯電路,用於對脈衝信號進行計數。本章將介紹異步計數器(Ripple Counter)和同步計數器(Synchronous Counter)的設計。我們將分析不同計數器的結構、工作方式以及它們在分頻、定時等應用中的作用。纍加器(Accumulator)和狀態機(State Machine)等更復雜的時序邏輯電路也將被介紹,特彆是由有限狀態機(Finite State Machine,FSM)描述的序列發生器、序列檢測器等。我們將通過狀態圖和狀態錶來設計和分析這些電路。 第四章 可編程邏輯器件(PLD) 隨著集成電路技術的發展,通用邏輯門和中小規模集成電路(MSI)已經難以滿足現代復雜數字係統的需求。可編程邏輯器件(PLD)的齣現極大地簡化瞭數字係統的設計和實現過程。本章將全麵介紹PLD的種類、結構和應用。 我們將首先介紹通用陣列邏輯(GAL)和可編程陣列邏輯(PAL)等早期PLD器件,雖然這些器件在現代應用中已不多見,但理解它們的原理有助於我們認識PLD的發展曆程。 現場可編程門陣列(FPGA)是當前主流的PLD器件。本章將重點介紹FPGA的架構,包括邏輯單元(Logic Element,LE)、可配置輸入輸齣塊(Configurable Input/Output Block,IOB)、內部互連資源(Interconnect Resources)以及時鍾管理單元(Clock Management Unit,CMU)等核心組成部分。我們將深入分析FPGA如何通過配置實現各種數字邏輯功能,以及其靈活性和並行處理能力。 此外,本章還將介紹通用可編程邏輯器件(CPLD),並對比FPGA和CPLD在結構、性能、功耗和適用場景等方麵的差異。 第五章 使用硬件描述語言(HDL)進行設計 為瞭高效地設計和實現復雜的數字邏輯電路,特彆是針對PLD和FPGA,硬件描述語言(HDL)已經成為必不可少的工具。本章將重點介紹兩種主要的HDL:Verilog HDL和VHDL。 我們將首先介紹HDL的基本概念和語法結構,包括數據類型、運算符、過程語句、結構化語句等。通過大量的實例,我們將演示如何使用HDL來描述組閤邏輯電路和時序邏輯電路。例如,如何用HDL實例化邏輯門,如何描述組閤邏輯的功能,以及如何定義觸發器、寄存器和計數器等時序邏輯單元。 本章還將介紹HDL在設計流程中的作用,包括代碼編寫、仿真驗證、綜閤工具以及目標器件的實現。仿真(Simulation)是設計驗證的關鍵環節,我們將學習如何編寫測試平颱(Testbench)來激勵HDL設計,並驗證其功能是否正確。綜閤(Synthesis)是將HDL代碼轉換為門級網錶的過程,本章將簡要介紹綜閤的基本原理和常用工具。 通過學習HDL,讀者將能夠以抽象的語言描述復雜的硬件功能,極大地提高數字電路設計的效率和可靠性,並為進一步學習更高級的數字係統設計打下堅實基礎。 第六章 常用數字集成電路芯片介紹 本章將介紹一些在實際電子係統中廣泛使用的標準數字集成電路(IC)芯片。這些芯片通常集成瞭特定的邏輯功能,可以直接應用於電路設計,省去瞭從基本邏輯門開始設計的繁瑣過程。 我們將介紹標準的邏輯門芯片,如74係列(TTL)和4000係列(CMOS)邏輯芯片。這些芯片包含瞭各種基本邏輯門、觸發器、計數器、譯碼器等,雖然現在很多功能都集成在FPGA中,但理解它們的接口、功耗和時序特性仍然具有重要的參考價值。 本章還將介紹一些常用的專用數字集成電路,例如: 微處理器(Microprocessor)與微控製器(Microcontroller):簡單介紹它們的基本工作原理、架構以及在嵌入式係統中的應用。 存儲器芯片:包括SRAM(靜態隨機存儲器)、DRAM(動態隨機存儲器)、ROM(隻讀存儲器)、EEPROM(電可擦寫隻讀存儲器)和Flash存儲器等,介紹它們的讀寫操作、接口方式和典型應用。 時鍾與定時芯片:例如實時時鍾(RTC)芯片、定時器/計數器芯片(如8253/8254),介紹它們的功能和在係統中的作用。 接口芯片:如UART(通用異步收發器)接口芯片、SPI(串行外設接口)控製器、I2C(集成電路互聯)總綫控製器等,介紹它們在不同設備之間的數據通信和協議實現。 通過瞭解這些常用數字IC芯片的特性和應用,讀者可以更好地理解實際電子係統的組成,並在設計過程中選擇閤適的現成芯片來完成特定功能,從而加速産品開發周期。 第七章 數字係統設計與實現實例 本章將通過一係列具體的工程設計實例,鞏固和提升讀者對前麵各章所學知識的理解和應用能力。每個實例都將遵循一個完整的數字係統設計流程,從需求分析、原理設計、邏輯實現到仿真驗證,甚至可能涉及簡單的硬件調試。 實例一:簡易交通燈控製器 將學習如何設計一個模擬十字路口的交通燈控製器。通過狀態機的概念,定義不同狀態(如紅燈、綠燈、黃燈)以及狀態之間的轉移條件,並使用Verilog/VHDL編寫代碼實現。 實例二:數碼管顯示模塊 學習如何驅動數碼管顯示數字。我們將設計一個BCD到七段譯碼器,並結閤計數器,實現一個簡單的數字顯示功能。 實例三:簡單的串行通信接口 學習如何設計一個UART發送/接收模塊,實現數據在兩個係統之間的串行傳輸。將涉及狀態機設計和移位寄存器應用。 實例四:基於FPGA的簡單數字遊戲 設計一個簡單的電子遊戲,例如猜數字遊戲或簡易的俄羅斯方塊。這將綜閤運用組閤邏輯、時序邏輯以及可能的用戶輸入處理,並利用FPGA的靈活性來實現。 實例五:信號發生器 設計一個可以産生方波、三角波或鋸齒波等基本波形的數字信號發生器,將涉及計數器和查找錶(ROM)的應用。 在每個實例中,我們將提供清晰的設計思路、邏輯圖、HDL代碼片段和仿真波形分析。通過這些實踐性的練習,讀者將能夠更深刻地理解數字邏輯電路的實際應用,並逐步培養獨立解決復雜數字係統設計問題的能力。 總結 《數字邏輯與電路設計》提供瞭一個全麵且深入的數字邏輯學習路徑。本書從最基礎的邏輯門齣發,逐步構建起讀者對復雜組閤邏輯和時序邏輯電路的理解。通過對可編程邏輯器件(PLD)和硬件描述語言(HDL)的介紹,本書為讀者提供瞭現代數字係統設計和實現的核心工具。最後的實踐實例部分,更是將理論知識與工程實踐緊密結閤,幫助讀者將所學知識轉化為實際的工程能力。本書適閤作為高職高專院校電子信息類專業的教材,也可作為相關領域從業人員和電子愛好者學習數字邏輯與電路設計的參考書籍。