内容简介
《模拟电子技术实验教程/普通高等教育“十二五”创新型规划教材·电工电子实验精品系列》是按照高等学校电子技术实验和课程设计的教学要求,结合作者多年的实践教学经验和研究成果编写的。
《模拟电子技术实验教程/普通高等教育“十二五”创新型规划教材·电工电子实验精品系列》共分5章,包括:模拟电子技术的实验方法,常用电子电路的基本测量方法、设计方法和调试方法,模拟电子技术基础型实验、设计型实验和综合型实验。基础型、设计型和综合型3个层次的实验有机结合贯穿于每一个实验项目,其中融入了编者多年的实验教学经验及注意事项。
《模拟电子技术实验教程/普通高等教育“十二五”创新型规划教材·电工电子实验精品系列》以这些实验、设计项目为载体,培养学生运用所学知识解决实际问题的能力,掌握科学研究与工程实践的基本方法,旨在提高学生的实践和创新能力。
《模拟电子技术实验教程/普通高等教育“十二五”创新型规划教材·电工电子实验精品系列》可作为普通高等学校电气、电子、通信和计算机等电类各专业电子技术实验和课程设计的教材或教学参考书,也可作为工程技术人员的参考用书。
内页插图
目录
第1章 绪论
1.1 实验教学的基本要求
1.2 模拟电子技术实验的目的
1.3 模拟电子技术实验的方法
1.4 电子电路的基本测量方法
第2章 常用电子电路的设计和调试方法
2.1 常用电子电路的设计方法
2.2 常用电子电路的调试方法
第3章 模拟电子技术基础型实验
3.1 实验一 常用电子仪器的使用
3.2 实验二 单管共射极放大电路
3.3 实验三 晶体管两级放大电路
3.4 实验四 场效应管放大电路
3.5 实验五 负反馈放大电路
3.6 实验六 射级跟随器
3.7 实验七 差动放大电路
3.8 实验八 RC正弦波振荡器
3.9 实验九 集成运算放大器的应用——模拟运算电路
3.10 实验十 集成运算放大器的应用——电压比较器
3.11 实验十一 功率放大器
3.12 实验十二 直流稳压电源
第4章 模拟电子技术设计型实验
4.1 实验一 静态工作点稳定电路的设计
4.2 实验二 模拟运算电路设计
4.3 实验三 负反馈放大电路的设计
4.4 实验四 频率和幅值可调的RC正弦波振荡电路
4.5 实验五 有源滤波电路
第5章 模拟电子技术综合型实验
5.1 实验一 非正弦信号发生器
5.2 实验二 温度监测及控制电路
5.3 实验三 用集成运算放大器组成万用电表
5.4 实验四 半导体三极管β值测量仪
5.5 实验五 模拟乘法器
参考文献
精彩书摘
在实验中,实验故障多种多样,有简单的也有复杂的。为了尽快查出故障,首先应从简单、最容易的故障开始查起,然后再逐渐深入,处理复杂故障。不要一开始就把故障想象得很复杂,以免耽误了故障的检查。
常用的故障检查法有两种,即观察检查法和测量检查法。
①观察检查法。首先不要接通电源。凭视觉观察查线,检查的步骤是,先检查实验电路的电源线和地线、输入线和输出线是否正常,然后以有源器件为核心,按信号流程,依次逐级检查。检查各级元件的数值、规格、型号是否正确,有无错接、漏接、极性接反等情况,各种接线有无接错、漏接情况,各种仪表的连线及开关、旋钮的挡位是否正常等。
②测量检查法。利用观察检查法仍未发现故障,可采用测量检查法进行检查。这里又可分为静态检查和动态检查两种情况。
A.静态检查。在观察检查法的基础上,首先不接通电源。利用万用表的电阻挡检查实验电路中某些点对地的阻值,然后根据阻值的大小,分析出故障产生的原因或找出检查故障的办法。在此基础上,可接通直流电源,观察电路有无异常现象(发热、冒烟等),然后利用万用表直流电压挡,测量实验电路中各点的电位,再进行分析、比较,查出故障。在静态检查时,特别要注意电路中有源器件电源的检查,确保各管脚电源可靠地加上,并根据各管脚电位的大小和极性判断电路是否正常工作。例如,对于阻容耦合放大器,应根据各管的基极电位、发射极电位、集电极电位的大小和极性,判断放大器是工作在放大区、饱和区,还是截止区。尤其是集成运放,一般都是双电源供电,应重点检查正负电源,电源的地和运放的地是否相连。
B.动态检查。在静态检查的基础上,利用示波器、交流毫伏表或万用表,对实验电路中各点的电位、电流或波形进行测量,为分析、检查故障提供依据,进行逐级逐点检测,然后根据信号的波形及幅度,判断电路是否正常工作或检查出故障点。
在进行动态检查时,特别要对电路本身是否存在自激振荡,是否存在外界干扰(如交流电,电台、电视台邻近工作电路,各种电器及其他外界干扰)等进行分析、检查,以便对故障作出可靠判断。
利用测量检查法检查故障时,一方面要根据故障现象和实验原理进行有针对性的测量,另一方面还要灵活运用所学理论知识,分析测量结果,从中发现问题,进而检查出故障产生的原因。在检查分析故障时,静态检查和动态检查有时是交叉进行的。
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前言/序言
《探索数字世界的奥秘:微处理器系统设计与应用》 内容简介 本书旨在深入剖析微处理器系统的设计原理、开发流程以及实际应用,为读者构建一个全面而系统的知识框架。内容涵盖从基础的数字逻辑电路到复杂的嵌入式系统集成,力求在理论深度和实践广度之间取得平衡。我们不仅关注理论知识的传授,更强调动手实践能力和解决实际问题的能力培养,旨在帮助读者掌握现代电子信息技术的核心驱动力——微处理器。 第一篇:微处理器基础与核心架构 本篇将带领读者走进微处理器的世界,理解其基本构成和工作原理。 第一章:数字逻辑与计算机组成原理概述 基本逻辑门与组合逻辑电路: 介绍与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等基本逻辑门电路的功能与符号,以及如何利用它们构建全加器、多路选择器、译码器等组合逻辑电路。探讨组合逻辑电路的特点,如输出仅取决于当前输入,无记忆性。 时序逻辑电路: 讲解触发器(SR、D、JK、T)、寄存器、计数器等时序逻辑电路的基本概念,理解其状态存储和顺序控制能力。阐述时序逻辑电路的特点,即输出不仅取决于当前输入,还取决于电路之前的状态。 微处理器的基本概念: 定义微处理器(CPU)在计算机系统中的核心地位,介绍其主要功能,如指令译码、算术逻辑运算、数据存储和I/O控制。 指令集架构(ISA): 介绍不同类型的指令集架构,如CISC(复杂指令集计算机)和RISC(精简指令集计算机)的特点、优缺点及代表性处理器。讲解指令的构成,包括操作码、地址码、立即数等。 CPU内部结构: 详细解析CPU的核心组成部分,包括算术逻辑单元(ALU)、控制单元(CU)、寄存器组、指令流水线等。理解ALU如何执行算术和逻辑运算,CU如何控制整个CPU的工作流程,以及寄存器在数据暂存中的作用。 存储器层次结构: 阐述从CPU寄存器、高速缓存(Cache)、主存储器(RAM)到辅助存储器(硬盘)的存储器层次模型。解释缓存的重要性,如何通过局部性原理提高数据访问速度。 输入/输出(I/O)接口: 介绍CPU如何通过I/O接口与外部设备进行数据交换,包括并行接口、串行接口、DMA(直接存储器访问)等技术。 第二章:微处理器内部结构与工作流程 CPU的微架构: 深入探讨CPU的微架构细节,如指令预取、分支预测、乱序执行等提高处理器性能的技术。 指令执行周期: 详细描述CPU完成一条指令的典型步骤:取指令、指令译码、执行指令、写回结果。分析每个阶段的时序和关键操作。 中断与异常处理: 解释中断的产生机制(硬件中断、软件中断),以及CPU如何响应中断并执行中断服务程序。区分中断和异常的概念,理解它们在程序异常行为时的作用。 流水线技术: 深入讲解指令流水线的工作原理,如何通过重叠执行指令的不同阶段来提高吞吐量。分析流水线冒险(结构冒险、数据冒险、控制冒险)及其解决方法(如冒泡、转发、推测执行)。 并行处理技术: 介绍超标量、多线程、多核等并行处理技术,使读者理解现代处理器如何在硬件层面实现更高的计算效率。 总线接口与信号时序: 讲解CPU与外部存储器和I/O设备之间通过总线进行通信的原理。分析地址总线、数据总线、控制总线的功能,以及各种信号的时序关系。 第二篇:微处理器开发与系统设计 本篇将引导读者从理论走向实践,学习如何使用微处理器进行系统设计和程序开发。 第三章:微处理器开发环境与工具链 集成开发环境(IDE): 介绍常用的微处理器开发IDE,如Keil MDK、IAR Embedded Workbench、Eclipse CDT for ARM等。讲解IDE的功能,包括代码编辑、编译、链接、调试。 汇编语言编程: 学习一种典型的微处理器汇编语言(如ARM汇编或x86汇编),理解汇编语言与机器码的对应关系,以及汇编在底层控制和性能优化中的作用。 高级语言在嵌入式开发中的应用: 介绍C/C++等高级语言在嵌入式系统中的广泛应用,以及如何结合编译器进行代码生成。 交叉编译与链接: 解释交叉编译的概念,即在一种架构的计算机上编译生成适用于另一种架构处理器(如开发板)的程序。讲解链接器在合并目标文件、解决符号引用中的作用。 调试技术: 掌握使用仿真器(Emulator)、调试器(Debugger)和硬件调试接口(如JTAG、SWD)进行程序调试的方法。学习设置断点、单步执行、观察内存和寄存器状态。 代码优化技术: 介绍编译器的优化选项,以及如何通过算法选择、代码重构等方式手动优化程序性能和代码大小。 第四章:嵌入式系统概述与硬件接口 嵌入式系统的定义与特点: 阐述嵌入式系统的概念,其区别于通用计算机的特点,如专用性、实时性、低功耗、高可靠性等。 嵌入式系统的组成: 介绍嵌入式系统的典型组成,包括微处理器/微控制器、存储器、I/O接口、外设、软件等。 微控制器(MCU)与微处理器(MPU)的区别: 详细比较MCU和MPU的结构和应用场景,理解MCU集成了CPU、RAM、ROM、I/O接口等,而MPU通常只包含CPU核心。 常用的嵌入式处理器家族: 介绍ARM、MIPS、x86等主流嵌入式处理器架构及其衍生系列,如Cortex-M、Cortex-A等。 存储器接口: 讲解CPU如何连接外部存储器,包括SRAM、DRAM、Flash Memory等。理解存储器映射、地址解码等概念。 通用输入/输出(GPIO)接口: 学习如何通过GPIO接口控制LED、读取按键、驱动继电器等。理解GPIO的输入/输出模式、上拉/下拉电阻配置。 中断控制器: 介绍中断控制器的作用,如何管理和优先级排序外部中断请求,并将其传递给CPU。 定时器/计数器: 讲解定时器/计数器在生成PWM信号、实现延时、测量脉冲宽度等方面的应用。 串行通信接口: 介绍UART(通用异步收发传输器)、SPI(串行外设接口)、I2C(集成电路总线)等串行通信协议的工作原理和应用。 模数转换(ADC)与数模转换(DAC): 讲解ADC如何将模拟信号转换为数字信号,DAC如何将数字信号转换为模拟信号,以及它们在传感器数据采集和信号输出中的作用。 第五章:嵌入式系统软件开发与设计 裸机编程: 学习在不使用操作系统的情况下,直接通过硬件寄存器和汇编/C语言控制嵌入式设备的编程方法。 实时操作系统(RTOS)基础: 引入RTOS的概念,如任务、信号量、互斥锁、消息队列等,理解RTOS在多任务调度、资源管理和实时性保证方面的作用。 常用的RTOS: 介绍FreeRTOS、RT-Thread、VxWorks等主流RTOS的特点和应用。 驱动程序开发: 学习编写设备驱动程序,实现应用程序与硬件之间的抽象层。理解驱动程序的基本结构和工作流程。 嵌入式系统调试: 学习在嵌入式平台上进行程序调试的各种技巧,包括使用逻辑分析仪、示波器配合调试器进行硬件信号的分析。 固件更新与OTA(Over-the-Air)技术: 介绍嵌入式设备固件的更新机制,以及通过网络进行远程固件升级的技术。 功耗管理: 讲解在嵌入式系统中进行功耗优化的策略,如低功耗模式、动态电压频率调整(DVFS)等。 嵌入式系统安全: 探讨嵌入式系统面临的安全挑战,如代码保护、数据加密、防攻击等,并介绍相关的安全设计原则。 第三篇:微处理器系统应用与进阶 本篇将展示微处理器在各个领域的广泛应用,并介绍一些高级主题。 第六章:嵌入式系统在通信领域的应用 无线通信模块集成: 介绍如何将Wi-Fi、蓝牙、LoRa等无线通信模块集成到嵌入式系统中,实现物联网(IoT)设备的设计。 网络协议栈: 讲解TCP/IP协议栈在嵌入式设备上的实现,如LwIP(Lightweight IP)。 嵌入式Web服务器: 学习如何在嵌入式设备上搭建Web服务器,实现远程监控和控制。 通信协议的实现: 介绍Modbus、CAN总线等工业通信协议在嵌入式系统中的应用。 第七章:嵌入式系统在工业控制领域的应用 PLC(可编程逻辑控制器)的原理与应用: 介绍PLC在自动化生产线中的作用,以及如何通过微处理器实现其功能。 数据采集与监控系统(SCADA): 讲解嵌入式系统在SCADA系统中的角色,如何实现对工业现场的实时监控。 运动控制: 介绍伺服驱动器、步进电机等在工业自动化中的应用,以及微处理器如何实现精确的运动控制。 工业以太网与实时通信: 探讨Profinet、EtherNet/IP等工业以太网协议。 第八章:嵌入式系统在消费电子产品中的应用 智能家居设备: 展示微处理器在智能照明、智能家电、安防系统等方面的应用。 可穿戴设备: 介绍微处理器在智能手表、健康监测器等设备中的设计考量,如体积、功耗、传感器集成。 车载电子系统: 探讨微处理器在汽车信息娱乐系统、ADAS(高级驾驶辅助系统)中的应用。 多媒体处理: 介绍嵌入式系统在音频/视频编解码、图像处理等方面的应用。 第九章:微处理器系统进阶技术与未来趋势 FPGA与SoC(System on Chip)设计: 介绍FPGA(现场可编程门阵列)和SoC的设计方法,以及它们在高性能计算和定制化硬件中的优势。 人工智能(AI)与机器学习(ML)在嵌入式系统中的应用: 探讨嵌入式AI芯片、边缘计算的兴起,以及微处理器如何支持AI模型的部署和推理。 高级操作系统与中间件: 介绍Linux在嵌入式系统中的广泛应用,以及ROS(Robot Operating System)等机器人开发平台。 低功耗设计与绿色计算: 深入探讨面向节能环保的微处理器设计理念和技术。 量子计算与下一代处理器: 展望未来处理器的发展方向,如量子计算、神经形态计算等。 实验项目 本书的每个主要章节后面都附带了精心设计的实验项目,涵盖了从基础的LED闪烁、按键扫描到复杂的通信协议实现、RTOS应用等内容。每个实验都提供了详细的实验目的、实验原理、实验步骤、所需元器件清单以及预期结果,鼓励读者动手实践,将理论知识转化为实际技能。通过这些实验,读者将能够: 熟练使用开发工具进行代码编写、编译和调试。 理解并掌握各种硬件接口的配置和使用方法。 学习如何阅读和分析硬件原理图。 培养独立解决嵌入式系统开发中遇到的问题的能力。 对微处理器系统的实际运行机制有更深刻的认识。 适用读者 本书适合于高等院校电子信息工程、计算机科学与技术、自动化等专业的本科生、研究生,以及从事嵌入式系统开发、硬件设计、物联网等领域的工程师和技术爱好者。通过学习本书,读者将能够系统地掌握微处理器系统的设计、开发与应用技术,为未来的学习和职业发展奠定坚实的基础。