高等學校電子與通信工程類專業“十二五”規劃教材：數字電子技術與接口技術實驗教程 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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寜改娣，金印彬，劉濤 著

圖書標籤:

• 數字電子技術
• 接口技術
• 實驗教程
• 電子與通信工程
• 高等教育
• 十二五規劃教材
• 電路分析
• 數字電路
• 邏輯電路
• 嵌入式係統

齣版社： 西安電子科技大學齣版社

ISBN：9787560630106

版次：1

商品編碼：11271342

包裝：平裝

叢書名： 高等學校電子與通信工程類專業"十二五"規劃教材

開本：16開

齣版時間：2013-03-01

用紙：膠版紙

頁數：262

正文語種：中文

內容簡介

　　《高等學校電子與通信工程類專業“十二五”規劃教材：數字電子技術與接口技術實驗教程》以Digilent公司的Basys2和Nexys3開發闆為平颱，將數字邏輯設計與硬件描述語言有機結閤，內容延伸到微處理器體係結構，同時展示瞭如何用VerilogHDL和VHDL在FPGA上設計所學數字邏輯電路以及復雜數字係統。
　　《高等學校電子與通信工程類專業“十二五”規劃教材：數字電子技術與接口技術實驗教程》不僅可作為高等學校電氣工程、計算機科學與技術、控製科學與工程、電子信息工程、生物醫學工程、機械設計製造及其自動化等專業的教材，也可作為數字電路設計工程師和技術人員的參考書。

目錄

導 讀 1

第一部分 實驗硬件和軟件平颱介紹

第1章 硬件開發平颱介紹 10

1．1 Nexys3硬件平颱簡介 10

1．2 Nexys3電源、時鍾及外圍接口電路 15

1．2．1 電源 15

1．2．2 時鍾 16

1．2．3 簡單外圍設備電路 17

1．2．4 Pmod連接器 19

1．2．5 VMODS子闆 23

1．2．6* VHDC連接器 25

1．3 Nexys3存儲器及FPGA配置 25

1．3．1 Nexys3開發闆上的存儲器 25

1．3．2 FPGA配置 28

1．4 Nexys3硬件平颱測試 31

1．4．1 Nexys3齣廠時的測試程序 31

1．4．2 使用Adept軟件測試Nexys3 31

1．5 Basys2硬件平颱簡介 32

1．5．1 Basys2開發闆資源簡介 33

1．5．2 Basys2電源、時鍾及簡單外圍設備介紹 34

1．5．3 Basys2 User Demo 38

參考文獻和相關網站 38



第2章 軟件平颱介紹 40

2．1 計算機輔助設計軟件工具介紹 40

2．1．1 CAD流程簡介 40

2．1．2 各種軟件下載安裝和實驗準備 43

2．2 FPGA設計流程 46

2．2．1 綜閤 48

2．2．2 實現 48

2．3 ISE軟件使用與FPGA設計實例 50

2．3．1 開發闆的簡單外設實驗步驟 50

2．3．2 閱讀設計報告 59

2．4* 嵌入式係統開發 61

2．4．1 嵌入式開發套件EDK 62

2．4．2 嵌入式處理器簡介 62

2．5 硬件描述語言 65

2．5．1 VHDL簡介 67

2．5．2 Verilog HDL簡介 69

參考文獻和相關網站 71

第二部分 傳統數字電子技術實驗

第3章 傳統數字電路基礎實驗 74

3．1 傳統數字電路實驗過程簡介 74

3．1．1 電路連接及注意事項 74

3．1．2 通電和實驗 76

3．1．3 數字電路的故障查找和排除 77

3．2 集成邏輯門參數測試實驗 78

3．2．1 實驗目的 78

3．2．2 實驗思路和實驗前準備 78

3．2．3 實驗內容和步驟 80

3．2．4 實驗報告要求 83

3．2．5 實驗儀器及器件 83

3．3 集成邏輯門功能測試實驗 83

3．3．1 實驗目的 84

3．3．2 實驗思路和實驗前準備 84

3．3．3 實驗內容和步驟 85

3．3．4 實驗報告要求 87

3．3．5 實驗儀器及器件 87

3．4 基於中規模器件的數字鍾設計 87

3．4．1 實驗目的 87

3．4．2 實驗思路和實驗前準備 87

3．4．3 實驗內容和步驟 97

3．4．4 實驗報告要求 97

3．4．5 實驗儀器及器件 98

參考文獻和相關網站 98

第三部分 現代數字電子技術實驗

第4章 基於HDL的組閤邏輯電路實驗 100

4．1 邏輯門實驗 100

4．1．1 實驗目的 100

4．1．2 實驗和預習內容 100

4．1．3 實驗步驟 101

4．2 比較器實驗 107

4．2．1 實驗和預習內容 107

4．2．2 實驗步驟 109

4．3 多路選擇器實驗 110

4．4 七段譯碼器實驗 112

4．4．1 七段譯碼器和數碼管基礎實驗 112

4．4．2 數碼管動態掃描顯示實驗 114

4．5 譯碼器和編碼器實驗 121

4．5．1 譯碼器實驗和預習內容 121

4．5．2 優先編碼器實驗和預習內容 123

4．6 加法器實驗 125

4．7 算術邏輯單元(ALU)實驗 127

參考文獻和相關網站 133



第5章 基於HDL的時序邏輯電路實驗 135

5．1 邊沿D觸發器實驗 135

5．2 計數器實驗 138

5．2．1 計數器簡介 138

5．2．2 計數器實驗和預習內容 139

5．3 寄存器和移位寄存器實驗 144

5．3．1 寄存器實驗和預習內容 144

5．3．2 移位寄存器實驗和預習內容 145

5．3．3 寄存器和簡單外設綜閤實驗 150

5．4 串行序列檢測器設計 159

參考文獻和相關網站 160

第四部分 綜閤實驗和接口實驗

第6章 數字鍾和頻率計設計 162

6．1 數字鍾設計 162

6．1．1 采用8421BCD碼計數的Verilog時鍾程序 162

6．1．2 采用模塊化設計Verilog時鍾程序 166

6．1．3 采用狀態機設計動態數碼管顯示的時鍾VHDL程序 171

6．1．4 采用六十進製計時模塊設計的VHDL時鍾程序 177

6．2 數字頻率計 183

6．2．1 VHDL語言設計的頻率計 183

6．2．2 用Verilog語言設計的頻率計 194



第7章 鍵盤和鼠標接口實驗 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設備發送數據到PC的通信時序 202

7．1．3 PC發送數據到PS/2設備的通信時序 203

7．2 PS/2鍵盤 205

7．2．1 PS/2鍵盤的編碼 205

7．2．2 PS/2鍵盤的命令集 206

7．2．3 FPGA實現鍵盤控製器 208

7．3 PS/2鼠標 214

7．3．1 PS/2鼠標及數據包 214

7．3．2 FPGA實現鼠標控製器 216



第8章 VGA接口實驗 230

8．1 VGA顯示器工作原理和時序 230

8．1．1 基於VGA的顯示器工作原理 231

8．1．2 VGA控製器工作時序 232

8．2 VGA控製器設計 233

8．2．1 VGA控製器原理圖 233

8．2．2 VGA彩條信號顯示Verilog程序 234

8．2．3 VGA彩條信號顯示VHDL程序 237

8．2．4 VGA漢字顯示Verilog程序 240

8．2．5 VGA顯示VHDL程序 244



附錄A FPGA實驗預習報告模闆 249

附錄B Basys2闆電路原理圖 257

前言/序言

數字電子技術與接口技術實驗教程 一、 課程定位與目標 本教程旨在為高等學校電子與通信工程類專業學生提供一套係統、全麵的數字電子技術與接口技術實驗指導。課程內容緊密結閤國傢“十二五”規劃教材建設要求，注重理論與實踐相結閤，旨在培養學生紮實的數字邏輯基礎、熟練的電路設計與實現能力，以及掌握現代數字係統設計與調試的先進技術。 通過本實驗教程的學習，學生將能夠： 1. 掌握數字電路基本原理： 深刻理解邏輯門電路、組閤邏輯電路、時序邏輯電路等基本單元的工作原理、設計方法和分析技巧。 2. 熟練運用EDA工具： 掌握至少一種主流的EDA（Electronic Design Automation）軟件（如Quartus II、Vivado等）的設計流程，包括原理圖輸入、HDL語言編程、仿真、綜閤、布局布綫和下載等。 3. 掌握硬件描述語言（HDL）： 學習並能運用Verilog或VHDL等HDL語言進行數字電路的設計和描述，理解其語法結構和應用。 4. 理解接口技術的核心概念： 掌握串行接口、並行接口、總綫結構、時序控製、電平轉換等關鍵概念，理解不同接口技術在實際應用中的作用。 5. 實現典型的接口電路： 能夠根據設計要求，利用數字集成電路或FPGA等硬件平颱，設計並實現常見的接口電路，如UART、SPI、I2C、USB接口等。 6. 培養創新設計與解決問題的能力： 通過實驗項目的設計與調試，鍛煉學生獨立分析問題、解決問題的能力，激發創新思維，為後續的課程學習和工程實踐打下堅實基礎。 7. 提升工程實踐素養： 熟悉電子設計自動化流程，掌握規範的實驗操作和文檔撰寫，培養嚴謹的工程態度。 二、 實驗內容概述 本教程的實驗內容涵蓋瞭數字電子技術和接口技術的各個重要方麵，既有基礎的單元電路實現，也有復雜係統的設計與集成。實驗設計循序漸進，從簡單到復雜，從理論驗證到實際應用，力求讓學生在實踐中鞏固理論知識，提升技能水平。 （一）數字電子技術部分 1. 基本邏輯門電路及其組閤： 實驗目的： 驗證基本邏輯門（與門、或門、非門、與非門、或非門、異或門）的工作特性；學習組閤邏輯電路的設計與實現方法；掌握邏輯函數的化簡。 實驗內容： 靜態和動態測試基本邏輯門電路的輸入輸齣波形和真值錶。 利用基本邏輯門搭建簡單的組閤邏輯電路，如譯碼器、編碼器、多路選擇器、數據分配器等。 利用不同邏輯器件（TTL、CMOS）實現同一邏輯功能，比較其性能差異。 使用EDA工具設計並仿真一個簡單的組閤邏輯功能（如一位乘法器）。 2. 組閤邏輯電路的設計與實現： 實驗目的： 掌握組閤邏輯電路的分析和設計方法；學習使用邏輯門集成電路或FPGA實現復雜的組閤邏輯。 實驗內容： 設計並實現一個兩位全加器或減法器，觀察其進位和結果。 設計一個簡單的LED顯示驅動電路，實現數字0-9的顯示。 使用EDA工具實現一個算術邏輯單元（ALU），包含加法、減法、邏輯運算等功能。 學習使用邏輯綜閤工具將邏輯錶達式或原理圖轉化為門級網錶。 3. 時序邏輯電路基礎： 實驗目的： 理解觸發器（D觸發器、T觸發器、JK觸發器）的工作原理；掌握時序邏輯電路的設計方法；學習狀態機的概念。 實驗內容： 驗證不同觸發器的工作特性，包括同步和異步置位/復位功能。 設計並實現一個基本的移位寄存器（左移、右移）。 設計並實現一個簡單的計數器（加計數、減計數、任意模計數）。 學習同步時序邏輯電路和異步時序邏輯電路的區彆。 4. 寄存器與計數器： 實驗目的： 深入理解寄存器和計數器的結構和工作原理；掌握其在數據存儲和定時控製中的應用。 實驗內容： 實現一個8位並行加載的寄存器，學習數據在寄存器間的傳輸。 設計並實現一個秒錶或計時器，利用計數器實現精確的時間測量。 使用HDL語言設計一個具有使能和復位功能的任意模計數器，並在FPGA上實現。 探索僞隨機序列發生器（PN序列）的基本原理和實現。 5. 有限狀態機（FSM）設計： 實驗目的： 掌握有限狀態機（Mealy型和Moore型）的設計流程；理解狀態圖、狀態錶和狀態編碼；學習使用HDL實現狀態機。 實驗內容： 設計一個簡單的有限狀態機，例如一個交通燈控製器或一個序列檢測器。 使用時序圖和狀態圖來描述FSM的行為。 將FSM的狀態編碼，並編寫HDL代碼實現。 在仿真環境中驗證FSM的正確性。 將FSM下載到FPGA，觀察其在實際硬件上的運行效果。 6. 數字係統集成與FPGA應用： 實驗目的： 學習如何將多個數字模塊集成到一個完整的係統中；掌握FPGA的開發流程；熟悉片上係統（SoC）的基本概念。 實驗內容： 設計一個簡單的微處理器係統的核心模塊，如CPU的指令譯碼部分或數據通路。 使用IP核（如RAM、ROM、定時器）來構建更復雜的係統。 學習使用FPGA開發闆進行項目開發，包括工程創建、資源分配、時序約束和下載。 設計一個簡單的基於FPGA的數字信號處理（DSP）模塊，例如FIR濾波器。 探索RISC-V等開源指令集架構在FPGA上的實現。 （二）接口技術部分 1. 串行通信接口（UART）： 實驗目的： 理解UART的工作原理、通信協議和時序；掌握串行通信的幀結構和錯誤檢測機製；學習在單片機或FPGA上實現UART接口。 實驗內容： 學習UART的波特率、數據位、停止位、校驗位等參數的設置。 使用邏輯分析儀或示波器觀察UART通信的波形。 在PC端使用串口調試助手與實驗平颱進行通信。 在FPGA上設計並實現一個UART發送器和接收器。 實現不同波特率下的數據傳輸，並測試數據完整性。 2. 同步串行通信接口（SPI & I2C）： 實驗目的： 理解SPI和I2C接口的工作原理、主從模式、通信時序和地址機製；掌握在嵌入式係統中實現這些接口。 實驗內容： SPI接口： 學習SPI的四綫製（MOSI, MISO, SCK, SS）通信協議。 實現SPI主設備與SPI從設備（如EEPROM、ADC/DAC）的數據讀寫。 在FPGA上設計SPI主控製器，控製外部SPI設備。 I2C接口： 學習I2C的兩綫製（SDA, SCL）通信協議。 理解I2C的START、STOP、ACK/NACK機製。 實現I2C主設備與I2C從設備（如傳感器、RTC）的數據讀寫。 在FPGA上設計I2C主控製器，與I2C外設交互。 3. 並行通信接口與總綫技術： 實驗目的： 理解並行通信的工作原理和時序；學習總綫結構的概念，如數據總綫、地址總綫和控製總綫；掌握並行接口的設計與應用。 實驗內容： 設計一個簡單的並行數據傳輸模塊，實現多個數據位的同步傳輸。 學習使用並行I/O擴展芯片（如8255）與微控製器或FPGA進行交互。 模擬一個簡單的存儲器讀寫總綫時序。 研究通用並行接口（如Centronics接口）的基本原理（可選）。 4. 外部中斷與輸入/輸齣（I/O）控製： 實驗目的： 理解中斷的工作原理和中斷服務程序（ISR）；掌握外部中斷的觸發方式和優先級設置；學習高效的I/O控製方法。 實驗內容： 利用按鈕或開關作為外部中斷源，觸發中斷並執行相應的處理程序。 設計一個多中斷源係統，學習中斷優先級管理。 實現中斷驅動的數據采集或控製任務。 探索使用DMA（Direct Memory Access）進行高效數據傳輸。 5. 數模與模數轉換接口（ADC & DAC）： 實驗目的： 理解ADC和DAC的基本工作原理、參數（如分辨率、采樣率）；學習如何在數字係統中集成ADC和DAC。 實驗內容： 使用ADC將模擬信號（如電壓、溫度）轉換為數字量。 使用DAC將數字量轉換為模擬信號，驅動揚聲器或顯示設備。 在FPGA上設計一個簡單的ADC/DAC數據采集與輸齣係統。 學習如何控製ADC/DAC的采樣率和工作模式。 6. USB接口基礎（選修或進階）： 實驗目的： 初步瞭解USB接口的標準、拓撲結構和通信協議；學習USB設備的基本枚舉過程；瞭解USB接口在現代電子係統中的重要性。 實驗內容： 瞭解USB的host和device角色。 學習USB的端點（endpoint）、管道（pipe）等概念。 通過USB轉串口模塊，模擬USB設備與PC的通信。 （進階）在FPGA上實現一個簡單的USB設備控製器（如HID類設備）。 三、 實驗方法與考核 1. 實驗方式： 仿真實驗： 大量使用EDA工具進行電路仿真，包括功能仿真和時序仿真，是驗證設計正確性的重要手段。 硬件實驗： 在數字電路實驗箱、FPGA開發闆等硬件平颱上實現和調試電路。 項目式學習： 鼓勵學生分組完成小型設計項目，將所學知識融會貫通。 2. 考核方式： 實驗報告： 每次實驗後，學生需提交規範的實驗報告，包含實驗目的、實驗原理、實驗電路圖、實驗數據、仿真波形、硬件測試結果、分析討論以及心得體會。 實驗操作： 考察學生在實驗過程中的動手能力、規範性和解決問題的能力。 成果展示： 部分實驗項目或課程設計需要進行成果展示和答辯。 筆試或在綫測試： 檢驗學生對實驗理論知識的掌握程度。 四、 學習建議 理論與實踐並重： 在進行實驗前，務必深入理解相關的理論知識，掌握實驗的基本原理和操作步驟。 善用仿真工具： 仿真工具是調試和驗證電路的強大武器，熟練掌握其使用方法，能大大提高實驗效率，減少硬件損耗。 仔細閱讀實驗手冊： 詳細閱讀實驗手冊中的每一步說明，避免因疏忽而導緻錯誤。 勤於思考，勇於提問： 在實驗過程中遇到問題，不要輕易放棄，多思考問題的原因，必要時積極嚮老師或同學請教。 注重文檔規範： 實驗報告是展示學習成果的重要載體，務必做到圖文並茂、數據真實、分析透徹、邏輯清晰。 團隊閤作： 鼓勵與同學交流討論，共同解決問題，培養團隊協作能力。 本實驗教程將幫助電子與通信工程類專業的學生構建堅實的數字電子技術和接口技術知識體係，為他們在未來的學習和職業生涯中打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

我對這本《數字電子技術與接口技術實驗教程》的整體印象是，它是一本非常有指導意義的參考書。在學習數字電子技術的過程中，我們常常會遇到一些比較抽象的概念，比如邏輯狀態、時序控製等等，而這本書通過大量的圖示和詳細的步驟說明，將這些概念變得生動易懂。我特彆喜歡它在介紹接口技術的部分，它不僅僅羅列瞭各種接口的標準和協議，更重要的是，它通過一些實例，展示瞭這些接口在實際應用中的重要性，比如如何用SPI接口連接傳感器，如何用UART接口實現單片機之間的通信。這些內容讓我對數字電子技術與通信技術的結閤有瞭更深刻的認識，也讓我對未來的學習方嚮有瞭更明確的規劃。雖然我還沒完全掌握書中的所有知識點，但我相信，隻要我認真按照書中的指導進行實驗和學習，一定能夠對數字電子技術和接口技術有更全麵、更深入的理解，為我今後的專業學習和職業發展打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本《數字電子技術與接口技術實驗教程》給我的感覺是，它不僅僅是一本教科書，更像是一位經驗豐富的老師，耐心地引導著我們探索數字世界的奧秘。在閱讀過程中，我發現書中對每一個實驗的步驟都進行瞭非常細緻的描述，並且配有清晰的電路圖和實物連接圖，這極大地降低瞭實驗操作的難度。尤其是那些關於接口技術的講解，它深入淺齣地闡述瞭不同接口的工作原理、通信方式以及應用場景，讓我能夠快速理解這些看似復雜的技術。我尤其對書中關於嵌入式係統開發的一些實驗項目感到興奮，因為這些項目能夠讓我們親手搭建實際的電子産品，從而加深對理論知識的理解，培養解決實際問題的能力。我相信，通過這本書的學習，我不僅能夠掌握數字電子技術和接口技術的基本原理，更能培養齣紮實的動手能力和創新精神，為我未來從事電子與通信工程相關的工作打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本《數字電子技術與接口技術實驗教程》的時候，我腦海中閃過的第一個念頭是：終於有一本教材，不像我之前讀過的某些書那樣，枯燥乏味，隻是一堆堆堆砌的公式和概念。這本書的排版設計，特彆是那些實驗部分的插圖，清晰直觀，即使是一個初學者，也能快速抓住重點。我注意到，作者在介紹每一個實驗項目時，都非常注重理論聯係實際，不僅解釋瞭實驗的目的和原理，還深入剖析瞭實際操作中可能遇到的難點和注意事項。這對於我們這些希望將理論知識應用於實踐的學生來說，無疑是雪中送炭。我尤其期待那些關於各種通信接口技術的章節，比如UART、SPI、I2C等等，這些都是現代電子係統中不可或缺的組成部分。我知道，掌握瞭這些接口技術，就如同掌握瞭不同電子設備之間溝通的語言，可以讓我們構建齣更復雜、更智能的係統。我希望通過這本書的學習，能夠真正做到“學以緻用”，不僅能通過考試，更能為將來的學習和工作打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

一本沉甸甸的書，封麵設計樸素卻透著一股專業範兒，讓我這個對數字世界充滿好奇但又略顯迷茫的大學生，對即將展開的探索充滿瞭期待。翻開扉頁，看到“高等學校電子與通信工程類專業‘十二五’規劃教材”的字樣，心中便湧起一股莫名的安全感，仿佛握住瞭一塊堅實的基石。雖然我還沒來得及深入研讀其中的每一個公式和電路圖，但從目錄的設置和章節的標題來看，這本書似乎能為我勾勒齣數字電子技術的宏大圖景，從最基本的邏輯門原理，到復雜的微處理器係統，再到我們生活中無處不在的通信接口，似乎都涵蓋其中。我尤其對那些“實驗教程”的字眼充滿瞭興趣，因為我知道，理論知識的學習固然重要，但隻有親手搭建電路，調試程序，纔能真正理解那些抽象的概念，纔能將書本上的知識轉化為解決實際問題的能力。我設想著，將來在實驗課上，我能利用這本書提供的指導，一步步構建齣屬於自己的數字電路，看著指示燈閃爍，看著數據在屏幕上跳躍，那種成就感一定會讓我愛上電子工程這個領域。

評分☆☆☆☆☆

我非常欣賞這本書在內容組織上的獨到之處。它將數字電子技術和接口技術這兩個看似獨立但又緊密相關的領域巧妙地結閤在一起，形成瞭一個完整的學習體係。書中的實驗部分設計得非常人性化，從最簡單的邏輯門操作，到復雜的總綫通信，都循序漸進，讓初學者能夠逐步掌握核心技術。我特彆喜歡書中對各種通信協議的講解，它不僅僅是枯燥的理論描述，而是通過生動的圖解和實際的應用案例，讓我能夠深刻理解這些協議在現實世界中的作用。例如，它會通過一個具體的例子，展示如何使用I2C接口讀取傳感器的數據，或者如何利用UART接口實現設備之間的信息交換。這種“理論+實踐”的學習模式，對於我們這些希望將知識轉化為能力的大學生來說，無疑是至關重要的。我期待著能夠通過這本書的學習，不僅在理論上有所突破，更能在動手實踐中獲得寶貴的經驗，為我未來的職業發展增添一份信心。