具体描述
基本信息
书名：电子技术实验教程/高等学校电子信息系列
定价：19.80元
作者：禹永植
出版社：哈尔滨工程大学出版社
出版日期：2014-03-01
ISBN：9787566107770
字数：
页码：150
版次：1
装帧：平装
开本：16开
商品重量：0.4kg
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内容提要
《电子技术实验教程/高等学校电子信息系列》为了适应近年来电子技术的飞速发展，满足当前教学改革的需要。在以往的实验教材基础上，结合多年的教学成果和教学经验编写而成。全书共7章分为两部分，部分为1～4章，介绍电子技术实验的基础知识、常用仪器的操作、Multisim仿真软件以及QuartusⅡ仿真软件的使用；第二部分为5～7章，包含了电子技术基础、综合及创新性的实验内容。
《电子技术实验教程/高等学校电子信息系列》与理论教学紧密结合，实验内容包含电子技术的主要理论知识，提供了大量基础实验、综合及创新性实验，不仅使学生易于学习、掌握理论知识，而且能够更快地提高学生对电子电路设计及操作能力。基础实验以验证性实验为主，方便学生自主学习研究；综合性实验帮助学生拓展设计思路。创新性实验激发学生的学习热情，提高工程实践能力。《电子技术实验教程/高等学校电子信息系列》借助Multisim及QuanusⅡ仿真软件进行实验设计，为学生今后的学习、适应技术发展和社会的需要打下良好的基础。
《电子技术实验教程/高等学校电子信息系列》可作为高等学校通信、电子信息等专业课程的实验教材，也可供教师及工程技术人员参考。
目录
章 电子技术实验基本理论
1.1 电子技术实验的目的与要求
1.2 测量误差基本知识
1.3 测量数据的处理
第2章 常用电子仪器及使用
2.1 DSll02E数字示波器
2.2 TFG3150L DDS函数信号发生器
2.3 HYl71-3S直流稳压电源
2.4 SM2030数字交流毫伏表
2.5万用表
第3章 Multisim 10基本功能及操作
3.1 Multisim 10基本界面
3.2 Multisim 10电路创建及分析
3.3 Multisim 10常用虚拟仪器
第4章 QuartusⅡ基本功能及操作
4.1 Quartus Ⅱ基本界面
4.2 Quartus Ⅱ基本操作
第5章 电子技术基础实验
5.1 共发射级单管放大电路
5.2 多级放大电路与负反馈
5.3 功率放大电路
5.4 集成运算放大器的线性运算
5.5 门电路与组合逻辑 电路
5.6 编码器和译码器
5.7 触发器
5.8 计数器
5.9 555集成定时器及应用
5.10 模数转换
第6章 电子技术综合性实验
6.1 单管交流放大电路的设计与实现
6.2 集成直流稳压电源的设计与实现
6.3 集成运算放大器的非线性应用
6.4 有源滤波器的设计与实现
6.5 正弦波振荡电路的设计与实现
6.6 组合、时序逻辑 电路的设计与实现
6.7 红外报警器电路
6.8 定时报警电路的设计与实现
6.9 AD转换与温度传感器
第7章 电子技术设计性实验
7.1 心电信号放大器
7.2 函数信号发生器
7.3 8路智力竞赛抢答器
7.4 多功能数字钟
7.5 实用的家用电器定时插座
参考文献
作者介绍
文摘
序言
《现代电子系统设计与实践》 内容概述 本书是一部全面深入的现代电子系统设计与实践指南，旨在为读者提供构建、分析和优化复杂电子系统所需的理论知识、工程方法和实践经验。全书围绕“从概念到实现”的主线，系统地阐述了电子系统设计的各个环节，涵盖了从基础的数字逻辑到高级的嵌入式系统开发，再到信号处理和通信系统的实现。本书强调理论与实践相结合，通过丰富的案例分析和实验指导，帮助读者掌握解决实际工程问题的能力。 第一部分：电子系统基础 本部分为深入学习现代电子系统设计奠定坚实基础。 第一章：数字逻辑与组合逻辑电路设计 绪论： 介绍数字电路的基本概念，包括二进制、逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR, XNOR）及其真值表和波形。阐述布尔代数的基本定律和定理，以及它们在简化逻辑表达式中的应用。 组合逻辑电路的分析与设计： 详细讲解如何分析和设计组合逻辑电路，包括卡诺图（Karnaugh Maps）法、奎因-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）算法等简化方法。重点介绍常用组合逻辑模块，如编码器（Encoders）、译码器（Decoders）、数据选择器（Multiplexers, MUX）和数据分配器（Demultiplexers, DEMUX）的设计原理与应用。 硬件描述语言（HDL）入门： 引入VHDL或Verilog等硬件描述语言，演示如何使用HDL来描述和实现组合逻辑电路。讲解HDL的基本语法、数据类型、运算符以及行为级和结构级建模。 实例分析： 通过设计一个简易的加法器（Adder）、减法器（Subtractor）或简单的ALU（Arithmetic Logic Unit）来巩固所学知识。 第二章：时序逻辑电路与状态机设计 触发器（Flip-Flops）与寄存器（Registers）： 深入介绍各种类型的触发器，如SR触发器、D触发器、JK触发器和T触发器，讲解它们的翻转特性、时序图和应用。介绍由触发器构成的寄存器，用于存储数据。 计数器（Counters）： 讲解同步计数器（Synchronous Counters）和异步计数器（Asynchronous Counters）的设计原理，包括加法计数器、减法计数器和任意模计数器。 状态机（State Machines）： 详细阐述有限状态机（Finite State Machines, FSM）的概念，包括米利（Mealy）型和摩尔（Moore）型状态机的区别与联系。讲解状态机的分析与设计方法，包括状态图、状态表和状态分配。 HDL与时序逻辑： 演示如何使用HDL来描述和实现时序逻辑电路，包括触发器、寄存器、计数器和状态机。 实例分析： 设计一个简单的交通灯控制器或一个串行数据检测器，以期加深对状态机设计的理解。 第三章：存储器及其接口技术 存储器概述： 介绍各种类型的存储器，包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。详细讲解RAM的类型，如静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）的工作原理、性能特点及应用场景。介绍ROM的类型，如掩模ROM（Mask ROM）、可编程ROM（PROM）、可擦写可编程ROM（EPROM）和电可擦可编程ROM（EEPROM）。 存储器组织与寻址： 讲解存储器的位宽、字长、地址线和数据线之间的关系，以及如何通过地址解码器（Address Decoder）来选择特定的存储单元。 存储器接口： 探讨不同类型的存储器与微处理器（Microprocessor）或微控制器（Microcontroller）的接口方式。介绍存储器映射（Memory Mapping）和I/O映射（I/O Mapping）概念。 FPGA中的存储器： 介绍如何在现场可编程门阵列（FPGA）等可编程逻辑器件中实例化RAM和ROM。 实例分析： 设计一个简单的存储器控制器，用于管理外部RAM或Flash存储器。 第二部分：微处理器与嵌入式系统 本部分将带领读者进入微处理器和嵌入式系统设计的核心领域。 第四章：微处理器架构与工作原理 CPU核心： 介绍中央处理器（CPU）的基本结构，包括指令集架构（ISA）、流水线（Pipelining）、缓存（Cache）和分支预测（Branch Prediction）等概念。 指令周期： 详细分析CPU执行一条指令的完整过程，包括取指令（Fetch）、指令译码（Decode）、执行（Execute）、访存（Memory Access）和写回（Write-back）等阶段。 典型微处理器架构： 介绍ARM、MIPS或RISC-V等典型微处理器的架构特点，以及它们的优势和应用。 总线接口： 讲解CPU与内存、外设之间的数据传输机制，包括地址总线（Address Bus）、数据总线（Data Bus）和控制总线（Control Bus）。 中断系统： 阐述中断的概念、类型（硬件中断、软件中断）以及中断处理流程。 第五章：嵌入式系统开发基础 嵌入式系统概述： 定义嵌入式系统，并分析其组成部分，包括硬件（处理器、存储器、外设）和软件（操作系统、应用软件）。探讨嵌入式系统的特点（实时性、功耗、成本、可靠性）及其在各个领域的应用。 微控制器（MCU）介绍： 重点介绍微控制器（MCU）的工作原理和常用功能，如定时器/计数器（Timers/Counters）、模数转换器（ADC）、数模转换器（DAC）、通信接口（UART, SPI, I2C）等。 嵌入式开发环境： 介绍嵌入式开发所需的工具链，包括交叉编译器（Cross-Compiler）、调试器（Debugger）、集成开发环境（IDE）和仿真器（Simulator）。 外设驱动开发： 讲解如何为嵌入式系统中的各种外设编写驱动程序，以实现与硬件的交互。 实例分析： 使用一款常见的微控制器（如STM32, Arduino平台等），完成一个简单的LED闪烁、按键扫描或串口通信的实验。 第六章：实时操作系统（RTOS）与多任务编程 RTOS概念与原理： 介绍实时操作系统（RTOS）的核心概念，包括任务（Task）、任务调度（Task Scheduling）、进程间通信（IPC）、中断处理和同步机制（如信号量、互斥锁）。 常见RTOS： 简要介绍FreeRTOS, RT-Thread, uCOS等主流RTOS的特点和应用。 多任务编程： 讲解如何在RTOS环境下进行多任务编程，包括任务的创建、挂起、恢复、优先级管理以及任务间的通信与同步。 实时性保障： 探讨RTOS如何保证系统的实时响应能力，以及如何分析和优化系统的实时性能。 实例分析： 在RTOS环境下，实现一个多任务应用程序，例如一个传感器数据采集任务与一个显示任务协同工作，并使用信号量或消息队列进行任务间通信。 第七章：嵌入式系统调试与性能优化 调试技术： 介绍嵌入式系统调试的常用方法和工具，包括断点（Breakpoints）、单步执行（Single-Stepping）、变量监视（Variable Watch）、内存查看（Memory Inspection）和逻辑分析仪（Logic Analyzer）。 硬件调试： 讲解使用JTAG/SWD接口等硬件调试器进行在线调试（In-Circuit Debugging）。 软件调试： 介绍printf调试、日志记录（Logging）等软件调试技巧。 性能分析： 探讨如何对嵌入式系统的运行性能进行分析，包括CPU利用率、内存占用、功耗和响应时间。 优化策略： 介绍常见的嵌入式系统性能优化方法，包括算法优化、代码优化（如减少函数调用、使用高效的数据结构）、内存管理优化和功耗优化。 实例分析： 针对一个已实现的嵌入式应用，通过调试工具找出性能瓶颈，并应用优化技术提高其运行效率。 第三部分：信号处理与通信基础 本部分将触及现代电子系统中至关重要的信号处理和通信技术。 第八章：模拟信号处理基础 滤波理论： 介绍模拟滤波器的基本概念，包括低通滤波器（Low-Pass Filter, LPF）、高通滤波器（High-Pass Filter, HPF）、带通滤波器（Band-Pass Filter, BPF）和带阻滤波器（Band-Stop Filter, BSF）。讲解滤波器参数，如截止频率（Cutoff Frequency）、带宽（Bandwidth）、品质因数（Quality Factor, Q）和衰减斜率（Roll-off Rate）。 滤波器类型： 深入探讨巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）和贝塞尔（Bessel）等滤波器类型，分析它们的频率响应特性和优缺点。 滤波器设计： 讲解RC滤波器、RL滤波器和LC滤波器的设计方法，以及有源滤波器（如使用运算放大器）的设计。 运算放大器（Op-Amp）应用： 介绍运算放大器作为核心元件在放大器、滤波器、积分器、微分器等模拟电路中的应用。 实例分析： 设计一个用于去除电源纹波的低通滤波器，或一个用于信号调理的放大器电路。 第九章：数字信号处理（DSP）入门 离散时间信号与系统： 介绍离散时间信号（DT Signals）及其采样（Sampling）过程。讲解离散时间系统的基本概念，如线性时不变（LTI）系统、冲激响应（Impulse Response）和卷积（Convolution）。 傅里叶变换（FT）与离散傅里叶变换（DFT）： 阐述傅里叶变换在信号频谱分析中的作用。介绍离散傅里叶变换（DFT）及其快速傅里叶变换（FFT）算法，用于计算离散信号的频谱。 数字滤波器设计： 介绍无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器，讲解它们的设计原理和方法。 DSP处理器： 简要介绍专用数字信号处理器（DSP）的特点和优势，以及它们在高性能信号处理任务中的应用。 实例分析： 使用FFT算法对采集到的音频信号进行频谱分析，或设计一个简单的数字低通滤波器来去除噪声。 第十章：通信系统基础 调制与解调： 介绍模拟调制技术，如幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。讲解数字调制技术，如幅度键控（ASK）、频率键控（FSK）、相位键控（PSK）和正交幅度调制（QAM）。 信道与噪声： 分析通信过程中可能遇到的各种信道特性和噪声干扰，以及它们对信号质量的影响。 数据编码与解码： 介绍信源编码（如Huffman编码）、信道编码（如汉明码、卷积码）和行波编码（如曼彻斯特编码）等技术。 通信协议基础： 简要介绍常见的通信协议，如UART, SPI, I2C, USB, Ethernet等，以及它们在不同通信场景下的应用。 无线通信基础： 介绍无线电波的传播特性、天线原理和基本的无线通信系统架构（如蜂窝网络）。 实例分析： 实现一个简单的串行通信模块，用于在两个设备之间传输数据，并讲解如何进行基本的错误检测。 第四部分：系统集成与高级应用 本部分将指导读者如何将前面所学的知识融会贯通，应用于更复杂的系统设计。 第十一章：传感器技术与数据采集 传感器分类与原理： 介绍各类常用传感器，如温度传感器、湿度传感器、光敏传感器、压力传感器、加速度传感器、陀螺仪等，并阐述其工作原理。 信号调理电路： 讲解如何设计和构建传感器信号调理电路，包括放大、滤波、偏置和激励等。 数据采集系统（DAS）： 阐述数据采集系统的组成，包括传感器、信号调理、ADC、微处理器/DSP和存储器。 采样率与分辨率： 讨论数据采集中的关键参数，如采样率（Sampling Rate）和分辨率（Resolution），以及它们对采集数据质量的影响。 实例分析： 设计一个基于特定传感器的环境监测系统，实现对温度、湿度等数据的采集和初步处理。 第十二章：嵌入式系统中的通信接口与网络 串行通信接口： 详细讲解UART、SPI、I2C等常用串行通信接口的工作原理、时序和应用。 并行通信接口： 介绍并行通信的特点及其在某些特定场景下的应用。 总线协议： 探讨CAN总线、USB总线等更复杂的通信总线协议，以及它们在汽车电子、工业自动化和消费电子中的应用。 嵌入式网络： 介绍嵌入式系统如何连接到局域网（LAN）或广域网（WAN），如TCP/IP协议栈在嵌入式设备上的实现。 实例分析： 将一个嵌入式设备通过以太网接口连接到网络，实现远程数据传输或控制。 第十三章：FPGA与ASIC设计流程 FPGA概述： 介绍现场可编程门阵列（FPGA）的架构、配置原理和优势。 FPGA开发流程： 详细讲解使用HDL进行FPGA设计、仿真、综合、布局布线和下载的完整流程。 ASIC概述： 介绍专用集成电路（ASIC）的概念、设计流程和与FPGA的区别。 IP核的应用： 讲解如何利用预先设计的IP核（Intellectual Property Cores）来加速FPGA或ASIC的设计。 实例分析： 使用FPGA实现一个数字信号处理算法，如FIR滤波器或FFT。 第十四章：现代电子系统设计挑战与趋势 功耗管理： 探讨低功耗设计技术在移动设备、物联网（IoT）和可穿戴设备中的重要性，以及相关的优化策略。 互连技术： 介绍高速互连技术，如SerDes（串行/解串器）、光纤通信等，以及它们在数据中心和高性能计算中的作用。 人工智能（AI）与机器学习（ML）在电子系统中的应用： 讨论AI/ML如何集成到嵌入式系统和硬件加速器中，实现智能感知、决策和控制。 物联网（IoT）平台与系统： 阐述构建和部署物联网解决方案的关键技术和挑战。 安全设计： 探讨在电子系统设计中考虑信息安全、硬件安全和防篡改设计的重要性。 未来展望： 对电子信息领域未来的发展趋势进行展望，如异构计算、量子计算在电子工程中的潜在影响等。 总结 《现代电子系统设计与实践》旨在为有志于从事电子系统设计、开发和研究的读者提供一个系统、全面且实用的学习平台。本书通过深入浅出的讲解、丰富的案例分析和循序渐进的实验指导，帮助读者构建扎实的理论基础，掌握先进的设计方法，并培养解决复杂工程问题的实践能力。无论您是高校学生、工程技术人员还是科研工作者，本书都将是您在电子信息领域探索与创新的宝贵参考。
