高等学校电子与通信工程类专业“十二五”规划教材：数字电子技术与接口技术实验教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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宁改娣，金印彬，刘涛 著

图书标签:

• 数字电子技术
• 接口技术
• 实验教程
• 电子与通信工程
• 高等教育
• 十二五规划教材
• 电路分析
• 数字电路
• 逻辑电路
• 嵌入式系统

出版社： 西安电子科技大学出版社

ISBN：9787560630106

版次：1

商品编码：11271342

包装：平装

丛书名： 高等学校电子与通信工程类专业"十二五"规划教材

开本：16开

出版时间：2013-03-01

用纸：胶版纸

页数：262

正文语种：中文

内容简介

　　《高等学校电子与通信工程类专业“十二五”规划教材：数字电子技术与接口技术实验教程》以Digilent公司的Basys2和Nexys3开发板为平台，将数字逻辑设计与硬件描述语言有机结合，内容延伸到微处理器体系结构，同时展示了如何用VerilogHDL和VHDL在FPGA上设计所学数字逻辑电路以及复杂数字系统。
　　《高等学校电子与通信工程类专业“十二五”规划教材：数字电子技术与接口技术实验教程》不仅可作为高等学校电气工程、计算机科学与技术、控制科学与工程、电子信息工程、生物医学工程、机械设计制造及其自动化等专业的教材，也可作为数字电路设计工程师和技术人员的参考书。

目录

导 读 1

第一部分 实验硬件和软件平台介绍

第1章 硬件开发平台介绍 10

1．1 Nexys3硬件平台简介 10

1．2 Nexys3电源、时钟及外围接口电路 15

1．2．1 电源 15

1．2．2 时钟 16

1．2．3 简单外围设备电路 17

1．2．4 Pmod连接器 19

1．2．5 VMODS子板 23

1．2．6* VHDC连接器 25

1．3 Nexys3存储器及FPGA配置 25

1．3．1 Nexys3开发板上的存储器 25

1．3．2 FPGA配置 28

1．4 Nexys3硬件平台测试 31

1．4．1 Nexys3出厂时的测试程序 31

1．4．2 使用Adept软件测试Nexys3 31

1．5 Basys2硬件平台简介 32

1．5．1 Basys2开发板资源简介 33

1．5．2 Basys2电源、时钟及简单外围设备介绍 34

1．5．3 Basys2 User Demo 38

参考文献和相关网站 38



第2章 软件平台介绍 40

2．1 计算机辅助设计软件工具介绍 40

2．1．1 CAD流程简介 40

2．1．2 各种软件下载安装和实验准备 43

2．2 FPGA设计流程 46

2．2．1 综合 48

2．2．2 实现 48

2．3 ISE软件使用与FPGA设计实例 50

2．3．1 开发板的简单外设实验步骤 50

2．3．2 阅读设计报告 59

2．4* 嵌入式系统开发 61

2．4．1 嵌入式开发套件EDK 62

2．4．2 嵌入式处理器简介 62

2．5 硬件描述语言 65

2．5．1 VHDL简介 67

2．5．2 Verilog HDL简介 69

参考文献和相关网站 71

第二部分 传统数字电子技术实验

第3章 传统数字电路基础实验 74

3．1 传统数字电路实验过程简介 74

3．1．1 电路连接及注意事项 74

3．1．2 通电和实验 76

3．1．3 数字电路的故障查找和排除 77

3．2 集成逻辑门参数测试实验 78

3．2．1 实验目的 78

3．2．2 实验思路和实验前准备 78

3．2．3 实验内容和步骤 80

3．2．4 实验报告要求 83

3．2．5 实验仪器及器件 83

3．3 集成逻辑门功能测试实验 83

3．3．1 实验目的 84

3．3．2 实验思路和实验前准备 84

3．3．3 实验内容和步骤 85

3．3．4 实验报告要求 87

3．3．5 实验仪器及器件 87

3．4 基于中规模器件的数字钟设计 87

3．4．1 实验目的 87

3．4．2 实验思路和实验前准备 87

3．4．3 实验内容和步骤 97

3．4．4 实验报告要求 97

3．4．5 实验仪器及器件 98

参考文献和相关网站 98

第三部分 现代数字电子技术实验

第4章 基于HDL的组合逻辑电路实验 100

4．1 逻辑门实验 100

4．1．1 实验目的 100

4．1．2 实验和预习内容 100

4．1．3 实验步骤 101

4．2 比较器实验 107

4．2．1 实验和预习内容 107

4．2．2 实验步骤 109

4．3 多路选择器实验 110

4．4 七段译码器实验 112

4．4．1 七段译码器和数码管基础实验 112

4．4．2 数码管动态扫描显示实验 114

4．5 译码器和编码器实验 121

4．5．1 译码器实验和预习内容 121

4．5．2 优先编码器实验和预习内容 123

4．6 加法器实验 125

4．7 算术逻辑单元(ALU)实验 127

参考文献和相关网站 133



第5章 基于HDL的时序逻辑电路实验 135

5．1 边沿D触发器实验 135

5．2 计数器实验 138

5．2．1 计数器简介 138

5．2．2 计数器实验和预习内容 139

5．3 寄存器和移位寄存器实验 144

5．3．1 寄存器实验和预习内容 144

5．3．2 移位寄存器实验和预习内容 145

5．3．3 寄存器和简单外设综合实验 150

5．4 串行序列检测器设计 159

参考文献和相关网站 160

第四部分 综合实验和接口实验

第6章 数字钟和频率计设计 162

6．1 数字钟设计 162

6．1．1 采用8421BCD码计数的Verilog时钟程序 162

6．1．2 采用模块化设计Verilog时钟程序 166

6．1．3 采用状态机设计动态数码管显示的时钟VHDL程序 171

6．1．4 采用六十进制计时模块设计的VHDL时钟程序 177

6．2 数字频率计 183

6．2．1 VHDL语言设计的频率计 183

6．2．2 用Verilog语言设计的频率计 194



第7章 键盘和鼠标接口实验 201

7．1 PS/2接口 201

7．1．1 PS/2接口基本概念 201

7．1．2 PS/2设备发送数据到PC的通信时序 202

7．1．3 PC发送数据到PS/2设备的通信时序 203

7．2 PS/2键盘 205

7．2．1 PS/2键盘的编码 205

7．2．2 PS/2键盘的命令集 206

7．2．3 FPGA实现键盘控制器 208

7．3 PS/2鼠标 214

7．3．1 PS/2鼠标及数据包 214

7．3．2 FPGA实现鼠标控制器 216



第8章 VGA接口实验 230

8．1 VGA显示器工作原理和时序 230

8．1．1 基于VGA的显示器工作原理 231

8．1．2 VGA控制器工作时序 232

8．2 VGA控制器设计 233

8．2．1 VGA控制器原理图 233

8．2．2 VGA彩条信号显示Verilog程序 234

8．2．3 VGA彩条信号显示VHDL程序 237

8．2．4 VGA汉字显示Verilog程序 240

8．2．5 VGA显示VHDL程序 244



附录A FPGA实验预习报告模板 249

附录B Basys2板电路原理图 257

前言/序言

数字电子技术与接口技术实验教程 一、 课程定位与目标 本教程旨在为高等学校电子与通信工程类专业学生提供一套系统、全面的数字电子技术与接口技术实验指导。课程内容紧密结合国家“十二五”规划教材建设要求，注重理论与实践相结合，旨在培养学生扎实的数字逻辑基础、熟练的电路设计与实现能力，以及掌握现代数字系统设计与调试的先进技术。 通过本实验教程的学习，学生将能够： 1. 掌握数字电路基本原理： 深刻理解逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路等基本单元的工作原理、设计方法和分析技巧。 2. 熟练运用EDA工具： 掌握至少一种主流的EDA（Electronic Design Automation）软件（如Quartus II、Vivado等）的设计流程，包括原理图输入、HDL语言编程、仿真、综合、布局布线和下载等。 3. 掌握硬件描述语言（HDL）： 学习并能运用Verilog或VHDL等HDL语言进行数字电路的设计和描述，理解其语法结构和应用。 4. 理解接口技术的核心概念： 掌握串行接口、并行接口、总线结构、时序控制、电平转换等关键概念，理解不同接口技术在实际应用中的作用。 5. 实现典型的接口电路： 能够根据设计要求，利用数字集成电路或FPGA等硬件平台，设计并实现常见的接口电路，如UART、SPI、I2C、USB接口等。 6. 培养创新设计与解决问题的能力： 通过实验项目的设计与调试，锻炼学生独立分析问题、解决问题的能力，激发创新思维，为后续的课程学习和工程实践打下坚实基础。 7. 提升工程实践素养： 熟悉电子设计自动化流程，掌握规范的实验操作和文档撰写，培养严谨的工程态度。 二、 实验内容概述 本教程的实验内容涵盖了数字电子技术和接口技术的各个重要方面，既有基础的单元电路实现，也有复杂系统的设计与集成。实验设计循序渐进，从简单到复杂，从理论验证到实际应用，力求让学生在实践中巩固理论知识，提升技能水平。 （一）数字电子技术部分 1. 基本逻辑门电路及其组合： 实验目的： 验证基本逻辑门（与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门）的工作特性；学习组合逻辑电路的设计与实现方法；掌握逻辑函数的化简。 实验内容： 静态和动态测试基本逻辑门电路的输入输出波形和真值表。 利用基本逻辑门搭建简单的组合逻辑电路，如译码器、编码器、多路选择器、数据分配器等。 利用不同逻辑器件（TTL、CMOS）实现同一逻辑功能，比较其性能差异。 使用EDA工具设计并仿真一个简单的组合逻辑功能（如一位乘法器）。 2. 组合逻辑电路的设计与实现： 实验目的： 掌握组合逻辑电路的分析和设计方法；学习使用逻辑门集成电路或FPGA实现复杂的组合逻辑。 实验内容： 设计并实现一个两位全加器或减法器，观察其进位和结果。 设计一个简单的LED显示驱动电路，实现数字0-9的显示。 使用EDA工具实现一个算术逻辑单元（ALU），包含加法、减法、逻辑运算等功能。 学习使用逻辑综合工具将逻辑表达式或原理图转化为门级网表。 3. 时序逻辑电路基础： 实验目的： 理解触发器（D触发器、T触发器、JK触发器）的工作原理；掌握时序逻辑电路的设计方法；学习状态机的概念。 实验内容： 验证不同触发器的工作特性，包括同步和异步置位/复位功能。 设计并实现一个基本的移位寄存器（左移、右移）。 设计并实现一个简单的计数器（加计数、减计数、任意模计数）。 学习同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路的区别。 4. 寄存器与计数器： 实验目的： 深入理解寄存器和计数器的结构和工作原理；掌握其在数据存储和定时控制中的应用。 实验内容： 实现一个8位并行加载的寄存器，学习数据在寄存器间的传输。 设计并实现一个秒表或计时器，利用计数器实现精确的时间测量。 使用HDL语言设计一个具有使能和复位功能的任意模计数器，并在FPGA上实现。 探索伪随机序列发生器（PN序列）的基本原理和实现。 5. 有限状态机（FSM）设计： 实验目的： 掌握有限状态机（Mealy型和Moore型）的设计流程；理解状态图、状态表和状态编码；学习使用HDL实现状态机。 实验内容： 设计一个简单的有限状态机，例如一个交通灯控制器或一个序列检测器。 使用时序图和状态图来描述FSM的行为。 将FSM的状态编码，并编写HDL代码实现。 在仿真环境中验证FSM的正确性。 将FSM下载到FPGA，观察其在实际硬件上的运行效果。 6. 数字系统集成与FPGA应用： 实验目的： 学习如何将多个数字模块集成到一个完整的系统中；掌握FPGA的开发流程；熟悉片上系统（SoC）的基本概念。 实验内容： 设计一个简单的微处理器系统的核心模块，如CPU的指令译码部分或数据通路。 使用IP核（如RAM、ROM、定时器）来构建更复杂的系统。 学习使用FPGA开发板进行项目开发，包括工程创建、资源分配、时序约束和下载。 设计一个简单的基于FPGA的数字信号处理（DSP）模块，例如FIR滤波器。 探索RISC-V等开源指令集架构在FPGA上的实现。 （二）接口技术部分 1. 串行通信接口（UART）： 实验目的： 理解UART的工作原理、通信协议和时序；掌握串行通信的帧结构和错误检测机制；学习在单片机或FPGA上实现UART接口。 实验内容： 学习UART的波特率、数据位、停止位、校验位等参数的设置。 使用逻辑分析仪或示波器观察UART通信的波形。 在PC端使用串口调试助手与实验平台进行通信。 在FPGA上设计并实现一个UART发送器和接收器。 实现不同波特率下的数据传输，并测试数据完整性。 2. 同步串行通信接口（SPI & I2C）： 实验目的： 理解SPI和I2C接口的工作原理、主从模式、通信时序和地址机制；掌握在嵌入式系统中实现这些接口。 实验内容： SPI接口： 学习SPI的四线制（MOSI, MISO, SCK, SS）通信协议。 实现SPI主设备与SPI从设备（如EEPROM、ADC/DAC）的数据读写。 在FPGA上设计SPI主控制器，控制外部SPI设备。 I2C接口： 学习I2C的两线制（SDA, SCL）通信协议。 理解I2C的START、STOP、ACK/NACK机制。 实现I2C主设备与I2C从设备（如传感器、RTC）的数据读写。 在FPGA上设计I2C主控制器，与I2C外设交互。 3. 并行通信接口与总线技术： 实验目的： 理解并行通信的工作原理和时序；学习总线结构的概念，如数据总线、地址总线和控制总线；掌握并行接口的设计与应用。 实验内容： 设计一个简单的并行数据传输模块，实现多个数据位的同步传输。 学习使用并行I/O扩展芯片（如8255）与微控制器或FPGA进行交互。 模拟一个简单的存储器读写总线时序。 研究通用并行接口（如Centronics接口）的基本原理（可选）。 4. 外部中断与输入/输出（I/O）控制： 实验目的： 理解中断的工作原理和中断服务程序（ISR）；掌握外部中断的触发方式和优先级设置；学习高效的I/O控制方法。 实验内容： 利用按钮或开关作为外部中断源，触发中断并执行相应的处理程序。 设计一个多中断源系统，学习中断优先级管理。 实现中断驱动的数据采集或控制任务。 探索使用DMA（Direct Memory Access）进行高效数据传输。 5. 数模与模数转换接口（ADC & DAC）： 实验目的： 理解ADC和DAC的基本工作原理、参数（如分辨率、采样率）；学习如何在数字系统中集成ADC和DAC。 实验内容： 使用ADC将模拟信号（如电压、温度）转换为数字量。 使用DAC将数字量转换为模拟信号，驱动扬声器或显示设备。 在FPGA上设计一个简单的ADC/DAC数据采集与输出系统。 学习如何控制ADC/DAC的采样率和工作模式。 6. USB接口基础（选修或进阶）： 实验目的： 初步了解USB接口的标准、拓扑结构和通信协议；学习USB设备的基本枚举过程；了解USB接口在现代电子系统中的重要性。 实验内容： 了解USB的host和device角色。 学习USB的端点（endpoint）、管道（pipe）等概念。 通过USB转串口模块，模拟USB设备与PC的通信。 （进阶）在FPGA上实现一个简单的USB设备控制器（如HID类设备）。 三、 实验方法与考核 1. 实验方式： 仿真实验： 大量使用EDA工具进行电路仿真，包括功能仿真和时序仿真，是验证设计正确性的重要手段。 硬件实验： 在数字电路实验箱、FPGA开发板等硬件平台上实现和调试电路。 项目式学习： 鼓励学生分组完成小型设计项目，将所学知识融会贯通。 2. 考核方式： 实验报告： 每次实验后，学生需提交规范的实验报告，包含实验目的、实验原理、实验电路图、实验数据、仿真波形、硬件测试结果、分析讨论以及心得体会。 实验操作： 考察学生在实验过程中的动手能力、规范性和解决问题的能力。 成果展示： 部分实验项目或课程设计需要进行成果展示和答辩。 笔试或在线测试： 检验学生对实验理论知识的掌握程度。 四、 学习建议 理论与实践并重： 在进行实验前，务必深入理解相关的理论知识，掌握实验的基本原理和操作步骤。 善用仿真工具： 仿真工具是调试和验证电路的强大武器，熟练掌握其使用方法，能大大提高实验效率，减少硬件损耗。 仔细阅读实验手册： 详细阅读实验手册中的每一步说明，避免因疏忽而导致错误。 勤于思考，勇于提问： 在实验过程中遇到问题，不要轻易放弃，多思考问题的原因，必要时积极向老师或同学请教。 注重文档规范： 实验报告是展示学习成果的重要载体，务必做到图文并茂、数据真实、分析透彻、逻辑清晰。 团队合作： 鼓励与同学交流讨论，共同解决问题，培养团队协作能力。 本实验教程将帮助电子与通信工程类专业的学生构建坚实的数字电子技术和接口技术知识体系，为他们在未来的学习和职业生涯中打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我对这本《数字电子技术与接口技术实验教程》的整体印象是，它是一本非常有指导意义的参考书。在学习数字电子技术的过程中，我们常常会遇到一些比较抽象的概念，比如逻辑状态、时序控制等等，而这本书通过大量的图示和详细的步骤说明，将这些概念变得生动易懂。我特别喜欢它在介绍接口技术的部分，它不仅仅罗列了各种接口的标准和协议，更重要的是，它通过一些实例，展示了这些接口在实际应用中的重要性，比如如何用SPI接口连接传感器，如何用UART接口实现单片机之间的通信。这些内容让我对数字电子技术与通信技术的结合有了更深刻的认识，也让我对未来的学习方向有了更明确的规划。虽然我还没完全掌握书中的所有知识点，但我相信，只要我认真按照书中的指导进行实验和学习，一定能够对数字电子技术和接口技术有更全面、更深入的理解，为我今后的专业学习和职业发展打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

一本沉甸甸的书，封面设计朴素却透着一股专业范儿，让我这个对数字世界充满好奇但又略显迷茫的大学生，对即将展开的探索充满了期待。翻开扉页，看到“高等学校电子与通信工程类专业‘十二五’规划教材”的字样，心中便涌起一股莫名的安全感，仿佛握住了一块坚实的基石。虽然我还没来得及深入研读其中的每一个公式和电路图，但从目录的设置和章节的标题来看，这本书似乎能为我勾勒出数字电子技术的宏大图景，从最基本的逻辑门原理，到复杂的微处理器系统，再到我们生活中无处不在的通信接口，似乎都涵盖其中。我尤其对那些“实验教程”的字眼充满了兴趣，因为我知道，理论知识的学习固然重要，但只有亲手搭建电路，调试程序，才能真正理解那些抽象的概念，才能将书本上的知识转化为解决实际问题的能力。我设想着，将来在实验课上，我能利用这本书提供的指导，一步步构建出属于自己的数字电路，看着指示灯闪烁，看着数据在屏幕上跳跃，那种成就感一定会让我爱上电子工程这个领域。

评分☆☆☆☆☆

我非常欣赏这本书在内容组织上的独到之处。它将数字电子技术和接口技术这两个看似独立但又紧密相关的领域巧妙地结合在一起，形成了一个完整的学习体系。书中的实验部分设计得非常人性化，从最简单的逻辑门操作，到复杂的总线通信，都循序渐进，让初学者能够逐步掌握核心技术。我特别喜欢书中对各种通信协议的讲解，它不仅仅是枯燥的理论描述，而是通过生动的图解和实际的应用案例，让我能够深刻理解这些协议在现实世界中的作用。例如，它会通过一个具体的例子，展示如何使用I2C接口读取传感器的数据，或者如何利用UART接口实现设备之间的信息交换。这种“理论+实践”的学习模式，对于我们这些希望将知识转化为能力的大学生来说，无疑是至关重要的。我期待着能够通过这本书的学习，不仅在理论上有所突破，更能在动手实践中获得宝贵的经验，为我未来的职业发展增添一份信心。

评分☆☆☆☆☆

这本《数字电子技术与接口技术实验教程》给我的感觉是，它不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的老师，耐心地引导着我们探索数字世界的奥秘。在阅读过程中，我发现书中对每一个实验的步骤都进行了非常细致的描述，并且配有清晰的电路图和实物连接图，这极大地降低了实验操作的难度。尤其是那些关于接口技术的讲解，它深入浅出地阐述了不同接口的工作原理、通信方式以及应用场景，让我能够快速理解这些看似复杂的技术。我尤其对书中关于嵌入式系统开发的一些实验项目感到兴奋，因为这些项目能够让我们亲手搭建实际的电子产品，从而加深对理论知识的理解，培养解决实际问题的能力。我相信，通过这本书的学习，我不仅能够掌握数字电子技术和接口技术的基本原理，更能培养出扎实的动手能力和创新精神，为我未来从事电子与通信工程相关的工作打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《数字电子技术与接口技术实验教程》的时候，我脑海中闪过的第一个念头是：终于有一本教材，不像我之前读过的某些书那样，枯燥乏味，只是一堆堆堆砌的公式和概念。这本书的排版设计，特别是那些实验部分的插图，清晰直观，即使是一个初学者，也能快速抓住重点。我注意到，作者在介绍每一个实验项目时，都非常注重理论联系实际，不仅解释了实验的目的和原理，还深入剖析了实际操作中可能遇到的难点和注意事项。这对于我们这些希望将理论知识应用于实践的学生来说，无疑是雪中送炭。我尤其期待那些关于各种通信接口技术的章节，比如UART、SPI、I2C等等，这些都是现代电子系统中不可或缺的组成部分。我知道，掌握了这些接口技术，就如同掌握了不同电子设备之间沟通的语言，可以让我们构建出更复杂、更智能的系统。我希望通过这本书的学习，能够真正做到“学以致用”，不仅能通过考试，更能为将来的学习和工作打下坚实的基础。