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数字电路与EDA实践教程 版权信息
- ISBN：9787030288004
- 条形码：9787030288004 ; 978-7-03-028800-4
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>>
数字电路与EDA实践教程 内容简介
本书内容包括两大部分：数字电路实验和可编程逻辑实验。**部分包括：数字电路的基本实验技术、元器件常识和实验技巧。设计了11个数字电路基础实验题目，教师可以根据不同专业、不同层次的学生而灵活组织教学内容。第二部分是可编程逻辑实验部分，有可编程器件介绍，电子设计自动化的软件介绍，数字系统设计方法，VHDL程序设计方法等。设计了10个实验题目以及8个课程设计题目。内容根据自编教材使用过程中学生和教师的建议作了增删，知识的介绍循序渐进、由浅入深。在实验题目的设计上考虑了突出了设计性、研究性，以及老师的指导性作用。特别是第二部分内容也可以进一步作为学生选修课教学和毕业设计的参考教材。
数字电路与EDA实践教程 目录
目录
前言
上篇 数字电路实验
第1章 数字电路实验基础 3
1.1 数字电路实验基础知识 3
1.1.1 数字电路实验的特点 3
1.1.2 数字电路实验的基本过程 3
1.1.3 实验预习 3
1.1.4 数字电路实验中的操作规范 4
1.1.5 数字电路实验的布线原则 4
1.1.6 实验数据记录和实验报告要求 5
1.2 集成门电路基础知识 5
1.2.1 概述 5
1.2.2 CMOS逻辑门 6
1.2.3 TTL逻辑门 7
1.2.4 逻辑门使用注意事项 9
1.3 数字信源状态分析实验箱简介 9
1.3.1 技术指标及主要功能 10
1.3.2 使用说叫 10
1.4 数字电路实验故障分析与查找 11
1.4.1 数字实验电路的测试 11
1.4.2 数字实验的故障查找与排查 12
1.4.3 常用的故障查找方法 13
第2章 数字电路实验 14
2.1 数字电路基础实验 14
实验1 门电路的逻辑功能验证及逻辑变换 14
实验2 集成逻辑门的参数测斌 17
实验3 组合逻辑电路的设计（编码器和译码器） 24
实验4 组合逻辑电路的设计（数据选择器和全加器） 31
实验5 组合逻辑电路的竞争与冒险 35
实验6 触发器及其应用 38
实验7 小规模SSI计数器及其应用 43
实验8 计数器及其应用 47
实验9 移位寄存器及其应用 53
实验10 555定时器及其应用 59
实验11 数模／模数转换器基本应用 65
2.2 数字电路综合实验 71
综合一 交通灯控制系统 71
综合二 多路彩灯的设计 72
综合二 抢答器的设计 73
综合四 数字钟逻辑电路的设计 74
综合五 数字频率计的设计 75
下篇 可编程逻辑设计
第3章 数字系统设计基础 79
3.1 数字系统基本结构 79
3.2 现代数字系统描述工具和设计方法 80
3.2.1 数字系统设计的描述工具 80
3.2.2 数字系统设计步骤及方法 85
3.3 设计举例 87
3.3.1 交通灯控制器的设计 87
3.3.2 乘法器设计 89
第4章 EDA技术及可编程逻辑器件 91
4.1 EDA技术简介 91
1.1.1 概述 91
4.1.2 EDA技术的基本特征 91
4.1.3 未来EDA技术的发展趋势 93
4.2 可编程逻辑器件的分类和特点 93
4.2.1 可编程逻辑器件的分类 93
4.2.2 CPLD和FPGA的结构 94
4.2.3 CPLD和FPGA的特点 99
4.3 下一代可编程逻辑器件设计技术展望 101
4.4 MAX 7000系列芯片介绍 101
4.4.1 MAX 7000系列的结构 101
4.4.2 MAX 7000系列的技术性能、特点及软件工作环境 106
第5章 VHDL硬件描述语言 108
5.1 VHDL程序结构 108
5.1.1 实体 109
5.1.2 结构体 111
5.1.3 库与包的调用 113
5.1.4 VHDL与定义数据类型 114
5.1.5 IEEE预定义标准逻辑位与矢量 115
5.1.6 用户自定义的数据类型 116
5.2 VHDL语言的描述方法 116
5.2.1 行为描述方法 117
5.2.2 数据流描述方法 118
5.2.3 结构描述方法 119
5.2.4 混合描述方法 120
5.3 VHDL数据对象 122
5.3.1 信号 122
5.3.2 变量 124
5.3.3 常数 125
5.4 VHDL运算符 126
5.4.1 算术运算符 126
5.4.2 并置运算符 126
5.4.3 关系运算符 127
5.4.4 逻辑运算符 127
5.5 VHDL并行语句 128
5.5.1 并行信号赋值语句 128
5.5.2 进程语句 131
5.5.3 块语句 133
5.5.4 生成语句generate 134
5.6 VHDL顺序语句 135
5.6.1 赋值语句 135
5.6.2 流程控制语句 136
5.6.3 Null语句 139
5.7 状态机的VHDL设计 139
5.7.1 Moore型状态机的VHDL描述 140
5.7.2 Mealy型状态机的VHDL描述 141
第6章 EDA软件 144
6.1 MAX+plus Ⅱ软件简介 144
6.1.1 概述 144
6.1.2 界面介绍 145
6.1.3 设计输入 147
6.1.4 设计编译 154
6.1.5 设计验证 162
6.1.6 器件编程 168
6.1.7 参数型宏器件 171
6.2 其他EDA软件简介 172
6.2.1 Quartus Ⅱ使用简介 172
6.2.2 ISE使用简介 175
第7章 EDA基础实验 179
7.1 实验要求 179
7.1.1 概述 179
7.1.2 实验报告的撰写 179
7.2 实验电路板 180
7.2.1 实验电路板简介 180
7.2.2 芯片管脚图 181
7.3 实验课题 182
实验1 用原理图输入法设计门电路 182
实验2 用文本输入法设计门电路 184
实验3 组合逻辑电路设计（一）——编译码器设计 189
实验4 组合逻辑电路设计（二）——三态门、数选器、逻辑运算器 195
实验5 显示驱动电路设计 200
实验6 触发器设计 204
实验7 移位寄存器设计 209
实验8 计数器设计 213
实验9 序列检测器设计 217
实验10 LPM模块应用设计 220
实验11 电子琴电子设计 224
实验12 移位相加8位乘法器电路设计 229
第8章 EDA课程设计 234
课题1 抢答器设计 234
课题2 多路彩灯控制器 235
课题3数字秒表的设计 236
课题4 函数发生器 237
课题5 自动售货机 238
课题6 出租车计费器 239
课题7 洗衣机控制器 241
课题8 电梯控制器 242
课题9 VGA图像显示控制器 243
课题10 PS/2键盘接口控制器设计 245
参考文献 249
前言
上篇 数字电路实验
第1章 数字电路实验基础 3
1.1 数字电路实验基础知识 3
1.1.1 数字电路实验的特点 3
1.1.2 数字电路实验的基本过程 3
1.1.3 实验预习 3
1.1.4 数字电路实验中的操作规范 4
1.1.5 数字电路实验的布线原则 4
1.1.6 实验数据记录和实验报告要求 5
1.2 集成门电路基础知识 5
1.2.1 概述 5
1.2.2 CMOS逻辑门 6
1.2.3 TTL逻辑门 7
1.2.4 逻辑门使用注意事项 9
1.3 数字信源状态分析实验箱简介 9
1.3.1 技术指标及主要功能 10
1.3.2 使用说叫 10
1.4 数字电路实验故障分析与查找 11
1.4.1 数字实验电路的测试 11
1.4.2 数字实验的故障查找与排查 12
1.4.3 常用的故障查找方法 13
第2章 数字电路实验 14
2.1 数字电路基础实验 14
实验1 门电路的逻辑功能验证及逻辑变换 14
实验2 集成逻辑门的参数测斌 17
实验3 组合逻辑电路的设计（编码器和译码器） 24
实验4 组合逻辑电路的设计（数据选择器和全加器） 31
实验5 组合逻辑电路的竞争与冒险 35
实验6 触发器及其应用 38
实验7 小规模SSI计数器及其应用 43
实验8 计数器及其应用 47
实验9 移位寄存器及其应用 53
实验10 555定时器及其应用 59
实验11 数模／模数转换器基本应用 65
2.2 数字电路综合实验 71
综合一 交通灯控制系统 71
综合二 多路彩灯的设计 72
综合二 抢答器的设计 73
综合四 数字钟逻辑电路的设计 74
综合五 数字频率计的设计 75
下篇 可编程逻辑设计
第3章 数字系统设计基础 79
3.1 数字系统基本结构 79
3.2 现代数字系统描述工具和设计方法 80
3.2.1 数字系统设计的描述工具 80
3.2.2 数字系统设计步骤及方法 85
3.3 设计举例 87
3.3.1 交通灯控制器的设计 87
3.3.2 乘法器设计 89
第4章 EDA技术及可编程逻辑器件 91
4.1 EDA技术简介 91
1.1.1 概述 91
4.1.2 EDA技术的基本特征 91
4.1.3 未来EDA技术的发展趋势 93
4.2 可编程逻辑器件的分类和特点 93
4.2.1 可编程逻辑器件的分类 93
4.2.2 CPLD和FPGA的结构 94
4.2.3 CPLD和FPGA的特点 99
4.3 下一代可编程逻辑器件设计技术展望 101
4.4 MAX 7000系列芯片介绍 101
4.4.1 MAX 7000系列的结构 101
4.4.2 MAX 7000系列的技术性能、特点及软件工作环境 106
第5章 VHDL硬件描述语言 108
5.1 VHDL程序结构 108
5.1.1 实体 109
5.1.2 结构体 111
5.1.3 库与包的调用 113
5.1.4 VHDL与定义数据类型 114
5.1.5 IEEE预定义标准逻辑位与矢量 115
5.1.6 用户自定义的数据类型 116
5.2 VHDL语言的描述方法 116
5.2.1 行为描述方法 117
5.2.2 数据流描述方法 118
5.2.3 结构描述方法 119
5.2.4 混合描述方法 120
5.3 VHDL数据对象 122
5.3.1 信号 122
5.3.2 变量 124
5.3.3 常数 125
5.4 VHDL运算符 126
5.4.1 算术运算符 126
5.4.2 并置运算符 126
5.4.3 关系运算符 127
5.4.4 逻辑运算符 127
5.5 VHDL并行语句 128
5.5.1 并行信号赋值语句 128
5.5.2 进程语句 131
5.5.3 块语句 133
5.5.4 生成语句generate 134
5.6 VHDL顺序语句 135
5.6.1 赋值语句 135
5.6.2 流程控制语句 136
5.6.3 Null语句 139
5.7 状态机的VHDL设计 139
5.7.1 Moore型状态机的VHDL描述 140
5.7.2 Mealy型状态机的VHDL描述 141
第6章 EDA软件 144
6.1 MAX+plus Ⅱ软件简介 144
6.1.1 概述 144
6.1.2 界面介绍 145
6.1.3 设计输入 147
6.1.4 设计编译 154
6.1.5 设计验证 162
6.1.6 器件编程 168
6.1.7 参数型宏器件 171
6.2 其他EDA软件简介 172
6.2.1 Quartus Ⅱ使用简介 172
6.2.2 ISE使用简介 175
第7章 EDA基础实验 179
7.1 实验要求 179
7.1.1 概述 179
7.1.2 实验报告的撰写 179
7.2 实验电路板 180
7.2.1 实验电路板简介 180
7.2.2 芯片管脚图 181
7.3 实验课题 182
实验1 用原理图输入法设计门电路 182
实验2 用文本输入法设计门电路 184
实验3 组合逻辑电路设计（一）——编译码器设计 189
实验4 组合逻辑电路设计（二）——三态门、数选器、逻辑运算器 195
实验5 显示驱动电路设计 200
实验6 触发器设计 204
实验7 移位寄存器设计 209
实验8 计数器设计 213
实验9 序列检测器设计 217
实验10 LPM模块应用设计 220
实验11 电子琴电子设计 224
实验12 移位相加8位乘法器电路设计 229
第8章 EDA课程设计 234
课题1 抢答器设计 234
课题2 多路彩灯控制器 235
课题3数字秒表的设计 236
课题4 函数发生器 237
课题5 自动售货机 238
课题6 出租车计费器 239
课题7 洗衣机控制器 241
课题8 电梯控制器 242
课题9 VGA图像显示控制器 243
课题10 PS/2键盘接口控制器设计 245
参考文献 249
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数字电路与EDA实践教程 节选
上篇 数字电路实验 第1章 数字电路实验基础 1.1 数字电路实验基础知识 数字电路逻辑设计是高等工科院校电类各专业重要的基础课，也是实用性、创造性、工程性较强的专业技术基础课.数字电路实验是依据教学、科研的具体要求进行电路设计、安装和调试，是具有较强实践性的一门课程.通过数字电路实验能够使学生巩固所学理论知识，培养实际运用知识的能力，逐步掌握数字电路从基本功能的实现到系统实现的方法，从而有效地培养学生解决实际问题的能力. 1.1.1 数字电路实验的特点 1.理论性较强 如果没有正确的理论指导，就不可能设计出性能稳定、符合实验要求的电路，就拟定不出正确的实验方案和步骤.所以，要做好数字电路实验，首先要学好数字电路逻辑设计这门理论课程. 2.工艺性较强 有了较成熟的实验方案，但由于工艺不合理，就不会取得满意的实验结果，可能得不出实验结论，甚至导致实验失败，因此，要认真掌握电子工艺技术. 3.测试技术要求较高 实验电路类型很多，不同电路的功能或指标不同，采用的测量仪器和方法也不同.所以，要熟练掌握基本电子测量技术和测量仪器的使用. 1.1.2 数字电路实验的基本过程 数字电路实验的基本过程包括：确定实验内容，选定*佳的实验方案和实验线路，拟定实验步骤，选择仪器和元器件，安装调试，总结书写实验报告. 1.1.3 实验预习 实验预习的好坏，直接关系到实验是否能顺利进行，也将直接影响到实验结果.所以，学生做实验前应按照每个实验前的实验预习要求严格进行准备，其中包括：实验的基本原理，仪器的基本使用方法，实验的设计思路及设计原理图，熟悉实验中所用的器件，写出实验的方法和步骤，记录数据的表格和波形坐标. 1.1.4 数字电路实验中的操作规范 正确的操作方法和操作程序，是顺利进行实验的保障.所以，要求在每个操作步骤之前要做到心中有数.要注意的问题如下： (1)直流电压和交流电源电压要满足实验要求. (2)要遵循正确的实验步骤，即先接线后通电，实验结束后先断电再拆线. (3)要确保连接点接触良好和电路布局合理，避免造成短路等故障. (4)要保证通电情况下不插拔器件. (5)要准确完整地记录实验数据并与理论值进行比较、分析. (6)实验结束后，整理实验仪器，清理实验台. 1.1.5 数字电路实验的布线原则 数字电路实验中的布线原则上应直观、合理，以消除或降低其他各种原因引起的干扰.实验当中，学生布线错误的情况很多，布线错误不仅会引起电路的故障，严重的还会造成元器件损坏，所以，合理科学的布线在数字电路实验中十分重要.正确布线的原则包括以下几点： (1)向数字逻辑EDA 实验箱上插集成电路芯片时，应注意缺口方向，一般实验用到的是双列直插式芯片，若缺口朝左的话，引脚序号从左下方的**个引脚开始，按逆时针方向依次递增至左上方的**个引脚. (2)插集成芯片时先校准芯片两排引脚，使之与实验箱上的插孔对应，轻轻将芯片插上，在确定引脚与插孔完全吻合后，再稍微用力将其插紧，以免造成集成电路芯片的弯曲或接触不良. (3)导线的选取：一般选直径为0.6~0.8mm 的单股导线，对于各种颜色的线学生可自行区分为不同的用途，一般电源线用红色线，地线用黑色线. (4)布线要做到有序进行，随意乱接易造成错接、漏接.接线方法很多，较好的方法是先接固定电平，然后接电源和地，再接门电路闲置输入端、触发器、计数器的置位复位端等，*后按输入输出依次布线. (5)连线避免过长，避免从集成芯片上方跨接，避免过多的线重叠交错，避免短线连接起来当作长线使用. (6)多个集成芯片一起使用时，注意集成元器件的合理布局.布线时，顺便对单个集成元器件进行功能测试.要养成这样一种良好的习惯，这样做不仅不会增加布线工作量，还可以减少排查故障的时间. (7)布线和调试工作往往要交替进行，对使用元器件较多的实验，可将总电路分成若干相对独立的部分，逐个布线、调试，然后再将各部分连接起来. 1.1.6 实验数据记录和实验报告要求 实验数据是实验过程中获得的**手资料，所以实验记录必须清楚、合理、正确，否则必须重复实验，找到原因.对于实验记录表格，学生可以自己设计. 实验报告是培养学生科学实验总结能力和分析思维能力的有效手段，也是一项重要的基本功训练，它能很好地巩固实验结果，加深对基本理论的认识和理解，从而进一步扩大知识面.实验报告是一份技术总结，要求文字简洁、内容清楚、图表工整，其中实验内容和结果是报告的主要部分，主要内容包括： (1)实验课题的方框图、逻辑图、状态图、真值表及文字说明等，对于设计性课题，还应有整个设计过程和关键的设计技巧说明. (2)实验记录和经过整理的数据、表格、曲线及波形图应使用专用实验报告简易坐标格，并且用三角板、曲线板等工具描绘，力求画得准确，不得随手示意画. (3)实验结果分析、讨论及结论，对讨论的范围没有严格要求，一般应对重要的实验现象、结论加以讨论，以便进一步加深理解.此外，对实验中的异常现象，可进行一些简要说明.对实验中的收获，可谈一些心得体会. 1.2 集成门电路基础知识 1.2.1 概述 数字电路研究的主要问题是输入输出信号之间状态变化的逻辑关系，即电路的逻辑功能，用逻辑“1”和“0”表示，它们分别代表高、低不同的电压范围，称其为高、低电平.一般有两种逻辑体制：正逻辑和负逻辑.正逻辑体制规定：高电平为逻辑值1，低电平为逻辑值0；负逻辑体制规定：低电平为逻辑值1，高电平为逻辑值0.如无特别说明，我们通常采用正逻辑体制. 基本逻辑门有与门、非门、或门，表示方法如表1.1所示. 表1.1 与、或、非基本逻辑门表示法 基本逻辑门可以构成复合逻辑门，其表示法如表1.2所示. 表1.2 复合逻辑门表示法 逻辑门由半导体开关元件构成，将这些开关元件与电阻等集成在一起，就构成了集成逻辑门.由互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconducGtor)材料构成的称CMOS逻辑门，由晶体管-晶体管逻辑(transistor-transistor-logic)材料构成的称TTL逻辑门. 1.2.2 CMOS逻辑门 CMOS集成逻辑门具有工艺简单、集成度高、抗干扰能力强、静态功耗低、工作稳定性好、开关速度高等优点，应用十分广泛.CMOS逻辑门作为开关元件，其开关需要一定的条件.下面根据非门的电压传输特性曲线，来分析元件的开关条件与逻辑电平的关系，如图1.1所示. 从图1.1可以看出，在1.5~3.5V 输入电压范围内，不易确定输出状态，为了保证元件工作的稳定性，制造了如下的电平范围标准： (1)输出高电平电压范围为VCC-0.1V~VCC.
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