内容简介
《高等学校教材电子信息系列:数字电子技术实验教程及报告书》是根据高等学校电类专业本科生实验要求而编写的。《数字电子技术实验教程及报告书》共分三部分内容,第一部分实为验基础知识;第二部分为基础性实验;第三部分为电子技术课程设计;书后有附录。
《高等学校教材电子信息系列:数字电子技术实验教程及报告书》内容循序渐进,由浅入深,通过设计的实验加强对学生实际应用能力的培养。《数字电子技术实验教程及报告书》适合作为高等学校电子类、通信类、计算机类、自动化类本科生的实验教材。
内页插图
目录
第一部分 实验基础知识
第一节 实验的基本过程
第二节 实验操作规程和常见故障检查方法
第三节 数字集成电路概述
第四节 数字逻辑电路的测试方法
第五节 JYS-Ⅱ型数字电子技术实验箱
第二部分 基础性实验
实验一 集成逻辑门电路参数的测试与应用
实验二 组合逻辑电路的设计与测试
实验三 半加器、全加器及其应用
实验四 译码器及其应用
实验五 数据选择器及其应用
实验六 基本触发器的功能测试
实验七 触发器的应用
实验八 计数器及其应用
实验九 移位寄存器及其应用
实验十 555定时器及其应用
实验十一 D/A转换器及其应用
第三部分 电子技术课程设计
课题一 8路抢答器电路设计(一)
课题二 8路抢答器电路设计(二)
课题三 数字电子钟设计
课题四 交通信号灯控制电路设计
课题五 汽车尾灯控制电路
课题六 篮球竞赛30s计时器
课题七 电子密码锁
附录
附录Ⅰ 数字电子电路的一般设计方法
附录Ⅱ 用万用表对常用电子元器件的检测
附录Ⅲ 电阻器的标称值及精度色环标志法
附录Ⅳ 74LS,CD系列数字集成电路简介
附录Ⅴ 74系列TTL电路外引线排列
附录Ⅵ 实验报告书写格式
前言/序言
数字电子技术实验是高等学校电子类、通信类专业学生的实践环节,对培养和提高学生独立工作及解决实际问题的能力起着十分重要的作用。通过学习,不仅能使他们具有进行基础实验的能力,而且还能培养其一丝不苟、严谨求实的研究作风。
本书是根据“数字电子技术”教学大纲的要求,参考工程实际应用,结合近年来的实验教学工作及电子课程设计工作方面的经验总结编写而成的一本实验教程。
本书在内容的编排上,注重理论与实践相结合,把系统性与全面性有机结合起来,在实验内容的选取上尽量做到“少而精”,同时适当地增加了设计性实验所占的比例。
本书共分三部分内容,第一部分为实验基础知识,主要介绍了实验的基本过程、数字集成电路的特点和JYS-Ⅱ型数字电子技术实验箱。第二部分为基础性实验,配合基本的教学内容精选编排了11个基础性实验,使学生对数字电路有一个概括的了解,加深对理论知识的学习和掌握。第三部分为电子技术课程设计,组织编写了7个具有实际意义的课程设计,并详细予以介绍。书后有附录。本书还附有“实验报告书”,以方便学生学习。
通过对本书的学习,可使学生对于电子技术的工程设计有一个初步的认识,提高学生发现、分析和解决问题的能力,为今后进行电子技术的设计和开发打下良好的基础。
本书由王维斌、仲瑞鹏编写,在编写过程中得到了王斌老师的帮助和指导,在此表示衷心的感谢。
由于编者水平有限,书中难免有不妥之处,恳请读者批评指正。
《数字电子技术实验教程及报告书》 一、本书定位与特色 本书是高等学校电子信息类专业重要的实验教材,旨在为学生提供一套系统、全面、实践性强的数字电子技术实验教学解决方案。作为“高等学校教材电子信息系列”的重要组成部分,本书紧密围绕数字电子技术的核心概念和关键技术,强调理论与实践的紧密结合,帮助学生深入理解数字电路的设计、分析、实现与测试方法。 本书的突出特色在于其独具匠心的内容组织和实验设计。我们深知,数字电子技术是一门高度依赖动手能力和实际操作的学科,因此,本书在编写过程中,始终将实验操作的直观性、验证性以及解决实际问题的能力放在首位。本书内容涵盖了从基础逻辑门电路到复杂集成电路应用的全过程,通过一系列精心设计的实验项目,引导学生逐步掌握数字电路的基本原理,熟悉常用的电子元器件和实验设备,并能够独立完成数字电路的设计、仿真、搭建和调试。 与许多传统的数字电子技术教材相比,本书在以下几个方面进行了创新和强化: 1. 实验项目的系统性与递进性: 实验项目的设计遵循循序渐进的原则,从最简单的组合逻辑电路,如译码器、编码器、多路选择器,到时序逻辑电路,如触发器、计数器、寄存器,再到更复杂的集成电路应用,如数字显示、频率合成器、简单的微控制器接口等,层层递进,帮助学生建立完整的知识体系。每个实验项目都围绕一个核心知识点展开,力求让学生在动手实践中深刻理解理论。 2. 强调设计与验证思维: 本书不仅教授如何搭建电路,更注重培养学生的设计思维。在每个实验项目的设计部分,都会引导学生思考“为什么”这样做,以及“如何”达到预期的功能。同时,实验过程中充分利用仿真软件和实际测量工具,让学生学会如何验证自己的设计是否正确,如何分析和解决实验中出现的问题。 3. 融入现代电子设计理念: 随着电子技术的发展,现代数字电路设计越来越趋向于集成化和系统化。本书在适当的实验项目中,引入了一些现代电子设计中的基本思想,例如,通过简单的例子展示如何利用EDA(Electronic Design Automation)工具进行电路设计和仿真,虽然不是专门的EDA教材,但旨在让学生初步接触到现代电子设计的工作流程。 4. 报告书的规范化与指导性: 本书的另一大特色是配备了详尽的实验报告书模板和指导。我们认为,规范的实验报告是实验教学的重要组成部分,它不仅是学生对实验过程和结果的记录,更是对学生分析问题、总结经验能力的训练。报告书中提供了清晰的填写要求、示例和注意事项,帮助学生写出高质量的实验报告,从而巩固学习效果,提高科研写作能力。 5. 广泛的适用性与灵活性: 本书的实验内容和设计方案,既可以满足基础教学的需求,也能够为后续更深入的学习和科研打下坚实的基础。同时,本书的设计考虑到了不同高校实验室设备的差异性,在器件选择和电路搭建方面具有一定的灵活性,方便教师根据实际情况进行调整和补充。 二、本书内容概述 本书共分为若干个实验章节,每个章节都包含实验目的、实验原理、实验器材、实验内容(包括电路图、操作步骤、仿真要求等)、实验报告要求以及参考答案(或提示)。 第一部分:基础逻辑门与组合逻辑电路 实验一:基本逻辑门电路的测试 目的: 熟悉与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等基本逻辑门电路的逻辑功能,掌握使用万用表和示波器进行基本电学参数测量的方法。 内容: 通过搭建简单的逻辑门电路,验证其输入输出真值表,理解基本逻辑运算的含义。 实验二:组合逻辑电路的设计与实现 目的: 学习如何根据逻辑功能要求,设计组合逻辑电路,并将其集成到电路中实现。 内容: 实现常见的组合逻辑功能,例如,两位加法器、减法器、优先编码器、译码器、数据选择器等。学生将学习如何从逻辑表达式推导出电路图,并使用逻辑门芯片或通用逻辑器件实现。 实验三:七段数码显示译码器应用 目的: 掌握数码显示的工作原理,学习使用BCD码转七段码的译码器芯片(如74LS47/48)驱动数码管显示,并将其应用于简单的数字显示系统中。 内容: 设计一个能够显示0-9数字的电路,理解共阳极和共阴极数码管的区别,以及译码器的输入输出关系。 第二部分:时序逻辑电路 实验四:基本触发器的特性测试 目的: 理解触发器的存储功能,掌握SR触发器、D触发器、JK触发器、T触发器的工作原理,并测试其不同触发方式(如电平触发、边沿触发)下的状态转换。 内容: 搭建不同类型的触发器电路,观察其在不同输入信号作用下的状态变化,验证其时序特性。 实验五:寄存器的设计与应用 目的: 学习寄存器的结构和功能,理解其在数据存储和传输中的作用。 内容: 实现移位寄存器(左移、右移、串行-并行转换、并行-串行转换),并将其应用于简单的移位操作。 实验六:计数器的设计与实现 目的: 掌握计数器的基本原理,包括同步计数器和异步计数器,以及加计数器和减计数器。 内容: 实现各种功能的计数器,如n位二进制计数器、十进制计数器(约翰逊计数器、格雷码计数器),并学习如何设计任意模计数器。 实验七:时序逻辑电路的设计与分析 目的: 学习如何使用状态转移图和状态转移表分析和设计复杂时序逻辑电路,例如,序列检测器。 内容: 设计一个能够检测特定数字序列的电路,掌握从状态图到电路实现的完整设计流程。 第三部分:常用集成电路及其应用 实验八:运算放大器(OP-AMP)在数字电路中的应用 目的: 了解运算放大器作为比较器在数字电路中的应用,以及其在阈值检测等方面的作用。 内容: 利用运算放大器搭建比较器,实现信号的阈值判断和电平转换。 实验九:555定时器在数字电路中的应用 目的: 掌握555定时器的多功能性,学习如何将其配置成单稳态触发器、多谐振荡器等,并应用于产生周期性信号或脉冲信号。 内容: 设计一个产生方波信号的电路,以及一个可以产生固定宽度脉冲的电路。 实验十:数字系统集成设计与实践 目的: 综合运用前面所学的知识,完成一个具有一定复杂度的数字系统设计。 内容: 例如,设计一个简单的数字时钟、电子秒表、数字锁等。本实验会鼓励学生使用更高级的集成电路模块,并进行整体调试。 第四部分:EDA工具入门与应用(可选或扩展) 实验十一:EDA工具基础操作与组合逻辑仿真 目的: 初步了解EDA(Electronic Design Automation)工具(如Quartus, Vivado, ISE等)的基本操作,学习使用硬件描述语言(HDL,如Verilog或VHDL)进行组合逻辑电路的设计和仿真。 内容: 使用EDA工具设计并仿真一个简单的组合逻辑电路,例如,一个加法器或多路选择器。 实验十二:EDA工具在时序逻辑电路设计中的应用 目的: 学习使用EDA工具进行时序逻辑电路的设计和仿真。 内容: 使用EDA工具设计并仿真一个简单的计数器或移位寄存器。 三、实验报告书要求 每一项实验都要求学生提交一份规范的实验报告。报告书应包含但不限于以下内容: 1. 实验题目: 明确写出实验名称。 2. 实验日期: 记录实验完成日期。 3. 实验目的: 清晰、准确地阐述本实验要达到的学习目标。 4. 实验原理: 简要阐述与本实验相关的基本理论知识、器件特性、电路工作原理。 5. 实验器材: 列出实验过程中使用的所有元器件、集成电路芯片、电源、测试仪器等。 6. 电路图: 绘制清晰、规范的实验电路原理图,并注明各元器件的型号、参数和连接关系。 7. 实验步骤: 详细、有条理地记录实验操作过程,包括器件连接、信号输入、参数设置、测量方法等。 8. 实验数据与结果: 准确记录实验测量得到的各项数据,并以表格、曲线图等形式清晰展示。 9. 数据分析与讨论: 对实验数据进行分析,与理论值进行比较,讨论可能存在的误差来源,并对实验结果进行解释。 10. 问题分析与解决: 描述实验过程中遇到的问题,以及解决这些问题的过程和方法。 11. 实验小结与体会: 总结本实验的学习收获,对实验内容、方法、结果进行评价,并提出改进建议或进一步的思考。 12. 思考题: 根据实验内容提出的思考题的解答。 四、本书的教学价值 《数字电子技术实验教程及报告书》不仅是一本实验操作手册,更是学生在数字电子技术领域进行探索和创新的重要平台。通过本书的学习,学生将能够: 掌握数字电路的基本分析与设计方法: 能够理解和分析各种数字电路的工作原理,并能够根据需求设计出满足要求的数字电路。 熟练掌握常用电子元器件和实验仪器的使用: 具备独立进行电子电路实验的能力,能够熟练使用万用表、示波器、信号发生器、逻辑分析仪等常用仪器。 培养严谨的科学态度和解决实际问题的能力: 在实验过程中学会如何细致操作、准确测量、认真分析,并能够有效地排除和解决电路故障。 提升工程实践能力和创新思维: 通过动手实践,将理论知识转化为实际技能,培养发现问题、分析问题、解决问题的工程能力。 为后续专业学习和就业奠定坚实基础: 为学生学习更高级的数字系统设计、微处理器技术、FPGA设计等课程提供必要的实践基础,为将来的就业和深造打下坚实的基础。 本书的编写团队由资深的数字电子技术教学和研究专家组成,他们结合多年的教学经验和对行业发展趋势的深刻理解,倾力打造了这本集理论性、实践性、创新性于一体的实验教程。我们相信,本书将成为广大电子信息类专业学生进行数字电子技术实验学习的理想选择,为培养新一代高素质电子信息人才贡献力量。