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數(shù)字邏輯電路實驗與實踐

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出版社:清華大學出版社出版時間:2024-08-01
開本: 16開 頁數(shù): 296
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數(shù)字邏輯電路實驗與實踐 版權信息

數(shù)字邏輯電路實驗與實踐 本書特色

“數(shù)字邏輯電路實驗”課程是電類專業(yè)基礎課,學生通過數(shù)字邏輯電路分析和設計、電路調(diào)試與測試,觀察實驗現(xiàn)象、分析實驗結果和實驗探索等環(huán)節(jié)學習,培育積極的勞動精神,培養(yǎng)學生嚴、實、能、用的工作作風。傳統(tǒng)的數(shù)字邏輯電路實驗呈現(xiàn)“自底向上”的特點,偏重對底層元器件的分析和設計,較少涉及系統(tǒng)級的集成與設計。為此,我們將現(xiàn)場可編程陣列FPGA引入數(shù)字邏輯電路實驗中,F(xiàn)PGA具有靈活性高、并行計算和開發(fā)周期短等優(yōu)點,可對復雜的數(shù)字系統(tǒng)進行設計與開發(fā),在云計算、大數(shù)據(jù)及人工智能等領域得到廣泛應用。目的是培養(yǎng)具有扎實基礎知識和寬廣專業(yè)技能,兼顧“基礎”和“系統(tǒng)”的新興電子信息技術人才培養(yǎng)需求。本教材在實驗內(nèi)容編排上力求實用,由淺入深,層層遞進,循序漸進培養(yǎng)學生系統(tǒng)設計能力。實例中實驗電路和程序都經(jīng)過編者調(diào)試與測試,將實驗原理、功能測試與應用相結合,注重工程實踐系統(tǒng)觀念的培養(yǎng)和綜合應用能力的訓練。

數(shù)字邏輯電路實驗與實踐 內(nèi)容簡介

“數(shù)字邏輯電路實驗”課程是電類專業(yè)基礎課,學生通過數(shù)字邏輯電路分析和設計、電路調(diào)試與測試,觀察實驗現(xiàn)象、分析實驗結果和實驗探索等環(huán)節(jié)學習,培育積極的勞動精神,培養(yǎng)學生嚴、實、能、用的工作作風。傳統(tǒng)的數(shù)字邏輯電路實驗呈現(xiàn)“自底向上”的特點,偏重對底層元器件的分析和設計,較少涉及系統(tǒng)級的集成與設計。為此,我們將現(xiàn)場可編程陣列FPGA引入數(shù)字邏輯電路實驗中,F(xiàn)PGA具有靈活性高、并行計算和開發(fā)周期短等優(yōu)點,可對復雜的數(shù)字系統(tǒng)進行設計與開發(fā),在云計算、大數(shù)據(jù)及人工智能等領域得到廣泛應用。目的是培養(yǎng)具有扎實基礎知識和寬廣專業(yè)技能,兼顧“基礎”和“系統(tǒng)”的新興電子信息技術人才培養(yǎng)需求。本教材在實驗內(nèi)容編排上力求實用,由淺入深,層層遞進,循序漸進培養(yǎng)學生系統(tǒng)設計能力。實例中實驗電路和程序都經(jīng)過編者調(diào)試與測試,將實驗原理、功能測試與應用相結合,注重工程實踐系統(tǒng)觀念的培養(yǎng)和綜合應用能力的訓練。本書面向中國民航大學的電子信息工程、通信工程、自動化、電氣工程及自動化、計算機科學與技術五個本科專業(yè)學生使用,可為作為普通高等院校電類本科生及專科生的實驗教學參考書,也可為社會上相關專業(yè)技術人員提供參考,具有較穩(wěn)定的市場需求。

數(shù)字邏輯電路實驗與實踐 目錄

第1章集成電路基礎 1.1集成電路發(fā)展概述 1.2集成電路封裝 1.3集成電路設計方法 1.3.1中小規(guī)模集成電路的設計方法 1.3.2電子設計自動化技術 1.3.3用戶現(xiàn)場可編程技術 第2章FPGA技術簡介 2.1FPGA概況 2.2FPGA的基本結構 2.2.1邏輯門陣列 2.2.2可配置邏輯模塊 2.2.3可編程輸入/輸出邏輯模塊 2.2.4布線資源 2.2.5時鐘網(wǎng)絡 2.3FPGA采用的可編程技術 2.3.1反熔絲技術 2.3.2可擦編程只讀存儲器技術 2.3.3閃存技術 2.3.4靜態(tài)隨機存儲器技術 2.4FPGA基本邏輯單元介紹 2.4.1靜態(tài)CMOS反相器 2.4.2D觸發(fā)器 2.4.3靜態(tài)隨機存儲器 2.4.4查找表的邏輯實現(xiàn) 2.5FPGA開發(fā)軟件和設計流程 第3章Quartus Prime 17.1軟件的使用 3.1Quartus Prime 17.1軟件簡介 3.2Quartus Prime 17.1軟件的操作 3.2.1新建工程項目 3.2.2輸入設計文件 3.2.3設計文件分析與綜合 3.2.4分配引腳與編譯 3.2.5下載與測試 3.3修改FPGA芯片配置 3.4基于IP核創(chuàng)建鎖相環(huán)(PLL)模塊 3.5嵌入式邏輯分析儀的使用 3.6ModelSim仿真軟件的使用 3.7大學計劃VMF仿真 第4章數(shù)字邏輯電路基礎實驗 4.1數(shù)字邏輯電路實驗操作基本要求 4.2數(shù)字邏輯電路實驗基礎知識 4.2.1數(shù)字信號 4.2.2常用數(shù)制和8421BCD編碼 4.2.3數(shù)字信號輸入方式 4.2.4邏輯門和邏輯模塊 4.2.5邏輯函數(shù)表達式 4.2.6數(shù)字邏輯電路分析 4.2.7數(shù)字邏輯電路設計 4.2.8數(shù)字邏輯電路調(diào)試與測試方法 4.3數(shù)字邏輯電路基礎實驗項目 4.3.1基礎實驗一: 門電路和組合邏輯電路分析及測試 4.3.2基礎實驗二: 譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器邏輯功能測試 4.3.3基礎實驗三: 編碼器與數(shù)值比較器邏輯功能測試 4.3.4基礎實驗四: 靜態(tài)顯示電路分析及綜合測試 4.3.5基礎實驗五: 實用分頻器設計及測試 4.3.6基礎實驗六: 觸發(fā)器邏輯功能測試及應用 4.3.7基礎實驗七: 簡單時序電路分析與設計及測試 4.3.8基礎實驗八: 集成計數(shù)器基本功能及分頻應用測試 4.3.9基礎實驗九: 動態(tài)顯示電路綜合設計及應用測試 4.3.10基礎實驗十: 任意進制計數(shù)器設計及綜合測試 4.3.11基礎實驗十一: 任意進制減法計數(shù)器設計及測試 4.3.12基礎實驗十二: 基于狀態(tài)機的時序邏輯電路設計及測試 4.3.13基礎實驗十三: 移位寄存器電路分析及綜合測試 4.3.14基礎實驗十四: 555時基電路綜合測試 4.3.15基礎實驗十五: ROM功能測試實驗 4.3.16基礎實驗十六: RAM功能測試實驗 4.3.17基礎實驗十七: 數(shù)字鎖相環(huán)(PLL)功能測試實驗 第5章數(shù)字邏輯電路綜合實踐 5.1數(shù)字邏輯電路綜合實踐設計概述 5.2綜合實踐項目的模塊化設計 5.2.1綜合實踐項目的模塊化設計概述 5.2.2綜合實踐項目的工程規(guī)范性 5.2.3綜合實踐項目的通用模塊 5.2.4模塊電路設計、調(diào)試與接口制作 5.3數(shù)字邏輯電路綜合實踐項目 5.3.1綜合實踐項目一: 簡易數(shù)字電子鐘設計及綜合測試 5.3.2綜合實踐項目二: 流水燈設計及綜合測試 5.3.3綜合實踐項目三: 簡易電子琴設計及綜合測試 5.3.4綜合實踐項目四: 音樂彩燈設計及綜合測試 5.3.5綜合實踐項目五: 簡易搶答器設計及綜合測試 5.3.6綜合實踐項目六: 智能交通燈設計及綜合測試 5.3.7綜合實踐項目七: 智能售貨機控制電路設計及綜合測試 5.3.8綜合實踐項目八: 電梯控制電路設計及綜合測試 5.3.9綜合實踐項目九: 簡易直流電動機控制電路設計及綜合測試 5.3.10綜合實踐項目十: 步進電動機控制電路設計及綜合測試 5.3.11綜合實踐項目十一: 民航機場客流量統(tǒng)計電路設計及綜合測試 5.3.12綜合實踐項目十二: 模擬飛機照明燈控制電路設計及綜合測試 第6章Verilog HDL語法簡介與應用案例 6.1HDL硬件描述語言介紹 6.2Verilog HDL語法簡介 6.2.1邏輯值 6.2.2Verilog數(shù)據(jù)類型、常量與變量 6.2.3關鍵字 6.2.4標識符 6.2.5運算符 6.2.6Verilog程序框架 6.3Verilog HDL應用案例 6.3.1編程案例一: 按鍵控制下LED點亮實驗 6.3.2編程案例二: 一位全加器實驗 6.3.3編程案例三: 數(shù)據(jù)選擇器實驗 6.3.4編程案例四: 譯碼器實驗 6.3.5編程案例五: D觸發(fā)器實驗 6.3.6編程案例六: 按鍵消抖實驗 6.3.7編程案例七: 十進制計數(shù)器實驗 6.3.8編程案例八: 分頻器設計實驗 6.3.9編程案例九: 數(shù)碼管動態(tài)顯示實驗 6.3.10編程案例十: 簡易電子琴設計 6.3.11編程案例十一: 自動音樂播放器 6.3.12編程案例十二: 跑馬燈控制設計 6.3.13編程案例十三: 簡易搶答器控制設計 6.3.14編程案例十四: 簡易數(shù)字電子鐘設計 6.3.15編程案例十五: 交通燈控制器 6.3.16編程案例十六: 直接數(shù)字頻率合成器 6.3.17編程案例十七: 高速A/D數(shù)據(jù)采集測試 6.3.18編程案例十八: FIR數(shù)字濾波器 第7章實驗中的常見問題及解決方法 7.1軟件操作常見問題及解決方法 7.1.1軟件窗口界面設置問題 7.1.2模塊中字體顯示嚴重重疊 7.2新建工程相關問題及解決方法 7.2.1新建工程路徑中出現(xiàn)亂碼 7.2.2無法打開設計實例 7.2.3編譯等快捷圖標為灰色,無法操作 7.2.4區(qū)分文件類型 7.3綜合編譯相關報錯及解決方法 7.3.1一般通用方法 7.3.2原理圖文件設計中的常見編譯錯誤 7.3.3狀態(tài)機文件設計中的常見編譯錯誤 7.3.4Verilog HDL文件設計中的常見編譯錯誤 7.4仿真調(diào)試與測試相關問題及解決方法 7.4.1ModelSim聯(lián)合仿真 7.4.2仿真文件路徑問題 7.4.3未全編譯導致無法時序仿真 7.5引腳綁定相關問題及解決方法 7.5.1彈窗提示引腳分配不成功 7.5.2誤關引腳分配列表 7.6程序下載相關問題及解決方法 7.6.1測試程序無法下載到實驗板上 7.6.2設計文件下載到實驗板后實驗現(xiàn)象與預期不符 7.7SignalTap Ⅱ波形測量相關問題及解決方法 7.7.1SignalTap Ⅱ無法識別下載器和實驗板芯片 7.7.2Matching Nodes列表中無法找到全部待測節(jié)點 7.7.3部分測試節(jié)點無波形或波形不正確 參考文獻 附錄AQuartus Prime常用模塊 附錄BQuartus Prime常用文件擴展名
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數(shù)字邏輯電路實驗與實踐 作者簡介

王淑艷,教授,工學博士,中國民航大學工程技術訓練中心教師,工程技術訓練中心于2013年就被正式批準成為“國家級實驗教學示范中心”。本人二十多年一直兢兢業(yè)業(yè)從事本科基礎教學工作,主講“數(shù)字邏輯電路實驗”為天津市線上線下混合式一流課程。

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