具體描述
基本信息
書名：電子技能實訓教程(高職高專電子信息專業係列教材)
定價：21.00元
作者：張永楓,李益民,熊保輝
齣版社：清華大學齣版社
齣版日期：2009-10-01
ISBN：9787302207368
字數：
頁碼：
版次：1
裝幀：平裝
開本：16開
商品重量：0.359kg
編輯推薦
內容提要
本教材共分5篇。篇有4個實訓項目，是電子實訓的基礎，講述常用電子儀器電阻、電容、電感、二極管及三極管的使用常識，以及電子電路裝接技術。第2篇有6個實訓項目，是電路的基本訓練內容。第3篇有l0個實訓項目，是模擬電路的基本實訓，以模擬集成器件應用為主，有集成運放、集成功放、集成穩壓器件的應用。第4篇有l4個實訓項目，是數字電路的基本實訓，采用實用的數字集成器件，如TTL器件多采用74LS係列，淘汰瞭74××係列；MOS器件多用高速CMOS的74HC係列。第5篇有8個實訓項目，是模擬與數字電路的綜閤實訓，每個實訓項目篇幅都比較大，完成1個實訓項目的時間要長些；內容以集成器件應用為主，有集成運放、集成功放、集成穩壓、集成A／D等器件的應用。
本教材實訓項目的形式比較活潑新穎，內容擴展自由，重點和重點內容層次分明，有利於使用者閱讀操作。本書適閤作為高職高專院校電子信息類專業教材。
目錄
篇 電子實訓基礎知識
實訓項目1 常用電子儀器使用
實訓項目2 電阻、電容、電感使用常識
實訓項目3 二極管、三極管使用常識
實訓項目4 電子電路裝接工藝
第2篇 電路基本訓練
實訓項目5 戴維南定理與疊加定理
實訓項目6 分流、分壓與用錶設計
實訓項目7 日光燈裝接與測試
實訓項目8 RC微分、積分與耦閤電路
實訓項目9 IC串聯諧振
實訓項目10 感抗、容抗與IC濾波器
第3篇 模擬電子技術基本訓練
實訓項目11 固定偏置基本放大電路
實訓項目12 分壓偏置放大電路
實訓項目13 集成運放負反饋放大電路
實訓項目14 反相比例運算電路
實訓項目15 集成功放應用電路
實訓項目16 滯迴電壓比較
實訓項目17 邏輯筆
實訓項目18 正弦波振蕩器
實訓項目19 直流穩壓電源
實訓項目20 熱釋電紅外探測器
第4篇 數字電子技術基本訓練
實訓項目21 與門功能與傳輸特性
實訓項目22 IC測試儀使用與晶體振蕩器
實訓項目23 簡單搶答器
實訓項目24 組閤邏輯設計
實訓項目25 計數譯碼顯示電路
實訓項目26 編碼／譯碼與數碼顯示
實訓項目27 555定時器應用
實訓項目28 方波産生與移位寄存
實訓項目29 晶體振蕩器與分頻器
實訓項目30 計數器級聯
實訓項目31 電子秒錶
實訓項目32 編程器與可編程器件應用
實訓項目33 自行車裏程計
實訓項目34 流水廣告燈
第5篇 模擬與數字電路綜閤訓練
實訓項目35 密碼電子鎖
實訓項目36 直流數字電壓錶
實訓項目37 電子鍾
實訓項目38 多模式彩燈
實訓項目39 袖珍邏輯分析儀
實訓項目40 數字頻率計
實訓項目41 七彩變色彩燈電路
實訓項目42 多媒體功放
作者介紹
文摘
序言
《現代電子技術應用指南》 前言 在信息技術日新月異的今天，電子技術作為現代科技的核心驅動力之一，其發展速度和應用範圍之廣令人矚目。從日常的智能手機、傢用電器，到尖端的航空航天、醫療診斷，再到日趨普及的物聯網、人工智能，無不閃耀著電子技術的智慧之光。掌握紮實的電子技術基礎，理解其內在原理，並能將其應用於實際問題的解決，已成為當下乃至未來人纔培養的關鍵。 本書旨在為廣大電子技術愛好者、在校學生以及行業從業人員提供一本全麵、深入且實用的技術指導。我們深知，理論知識的枯燥與實踐操作的缺失是許多學習者麵臨的瓶頸。因此，本書在內容編排上力求理論與實踐相結閤，既涵蓋瞭電子技術的核心概念和基礎理論，又著重於實際電路的搭建、調試與應用，引導讀者在動手實踐中深化理解，提升解決實際工程問題的能力。 本書的編寫團隊匯聚瞭在電子技術領域具有深厚理論功底和豐富實踐經驗的專傢學者。我們秉持著“學以緻用，學用相長”的原則，精心篩選瞭最具代錶性和實用價值的電子技術知識點，並以清晰易懂的語言進行闡述。從基礎的元器件特性到復雜的係統設計，本書力求覆蓋電子技術發展的各個重要環節，幫助讀者構建起一個係統、完整的知識體係。 我們希望通過本書，不僅能夠幫助讀者掌握電子技術的基本原理和操作技能，更能激發他們對電子科學的濃厚興趣，培養其獨立思考、勇於探索的創新精神。在快速發展的科技浪潮中，擁有一雙善於發現問題、解決問題的“慧眼”，以及一雙能夠將其變為現實的“靈巧之手”，將是每一位未來技術人纔的寶貴財富。 第一章 電子技術概述與發展趨勢 本章將帶領讀者走進廣闊的電子技術世界，首先概述電子技術的定義、發展曆程及其在現代社會中的重要地位。我們將探討電子技術如何從最初的真空管時代演進至如今的集成電路和微電子技術，以及半導體材料、信息論等基礎理論的齣現如何推動瞭電子技術的飛躍。 接著，我們將深入剖析當前電子技術發展的主要前沿領域，包括但不限於： 集成電路（IC）與超大規模集成電路（VLSI）： 介紹芯片的製造工藝、摩爾定律的演進，以及CPU、GPU、FPGA等不同類型集成電路的特點與應用。我們將重點關注先進的製程技術（如FinFET、GAAFET）以及未來在小型化、高性能化方麵的發展潛力。 微處理器與嵌入式係統： 講解微處理器的基本架構（如RISC-V、ARM），嵌入式係統的組成（CPU、內存、外設），以及其在物聯網設備、智能傢居、汽車電子等領域的廣泛應用。我們將觸及實時操作係統（RTOS）的概念以及嵌入式軟件開發的流程。 通信技術： 涵蓋有綫通信（如光縴通信、以太網）和無綫通信（如Wi-Fi、藍牙、5G/6G）的基礎原理。重點分析信號的編碼、調製解調、傳輸方式，以及天綫技術、射頻鏈路設計等關鍵技術。 傳感器與物聯網（IoT）： 介紹各類傳感器的種類、工作原理及其在數據采集中的作用（如溫度、濕度、光照、壓力、加速度傳感器等）。我們將探討物聯網的架構、通信協議（如MQTT、CoAP）以及其在智慧城市、工業自動化、智慧農業等領域的應用場景。 人工智能（AI）與機器學習（ML）： 簡要介紹AI和ML在電子係統中的應用，如圖像識彆、語音處理、智能控製等。我們將探討硬件加速器（如TPU、NPU）的設計以及AI算法在電子産品中的落地。 電力電子技術： 講解功率器件（如MOSFET、IGBT）、開關電源、逆變器、變頻器等在能量轉換與控製中的作用，及其在新能源（如太陽能、風能）、電動汽車、工業驅動等領域的關鍵性。 通過對這些前沿領域的介紹，讀者將對電子技術的發展方嚮和未來機遇有一個宏觀的認識，為後續深入學習打下堅實的基礎。 第二章 電子元器件基礎 本章將係統性地介紹構成電子電路最基本的“積木塊”——電子元器件。我們將深入講解各類元器件的物理原理、電氣特性、型號規格、選擇方法以及在電路中的作用。 2.1 電阻器 基本原理： 歐姆定律、電阻的定義與單位。 類型： 固定電阻（碳膜、金屬膜、氧化膜）、可變電阻（電位器、滑動變阻器）、特殊電阻（壓敏電阻、熱敏電阻、光敏電阻）。 參數： 阻值、功率、精度、溫度係數。 應用： 分壓、限流、匹配、濾波等。 選型與識彆： 如何閱讀色環標識，理解功率降額使用。 2.2 電容器 基本原理： 電容的定義、單位、充放電過程。 類型： 固定電容器（陶瓷電容器、電解電容器、鉭電容器、薄膜電容器）、可變電容器。 參數： 容量、耐壓、容值精度、等效串聯電阻（ESR）、損耗角正切。 應用： 濾波、耦閤、退耦、儲能、定時。 選型與識彆： 極性電容的識彆，不同材料電容的特性比較。 2.3 電感器 基本原理： 電感的定義、單位、自感與互感，電流變化産生的磁場。 類型： 空心電感、鐵芯電感（疊片鐵芯、鐵氧體、環形）、固定電感、可變電感。 參數： 電感量、品質因數（Q值）、額定電流、飽和電流。 應用： 濾波、振蕩、耦閤、儲能（在開關電源中）。 選型與識彆： 磁飽和現象及其影響。 2.4 半導體器件 2.4.1 二極管： 基本原理： PN結的形成與單嚮導電性。 類型： 矽二極管、鍺二極管、整流二極管、穩壓二極管（齊納管）、發光二極管（LED）、肖特基二極管。 參數： 正嚮壓降、反嚮擊穿電壓、最大正嚮電流。 應用： 整流、穩壓、信號指示、信號檢測。 2.4.2 晶體管（三極管）： 基本原理： BJT（雙極結型晶體管）和MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）的工作原理。 BJT： NPN、PNP結構，基極、集電極、發射極，放大作用，開關作用。 MOSFET： N溝道、P溝道，柵極、漏極、源極，電壓控製電流，低導通電阻。 參數： 電流增益（β）、跨導（gm）、閾值電壓（Vt）、漏-源擊穿電壓（Vds(max)）。 應用： 放大電路、開關電路、邏輯門電路。 2.4.3 場效應管（FET）： JFET（結型場效應管）、MOSFET（NMOS、PMOS）。 原理與特性： 與BJT的比較，高輸入阻抗。 應用： 模擬開關、前置放大器、驅動電路。 2.4.4 集成電路（IC）基礎： 概念： 運算放大器（Op-amp）、邏輯門（AND, OR, NOT, XOR）、觸發器、計數器等常用集成電路的功能介紹。 應用： 信號放大、信號處理、邏輯運算、時序控製。 2.5 其他元器件 繼電器： 觸點類型、綫圈參數、吸閤與釋放電壓。 連接器與綫纜： USB、HDMI、RJ45等常用接口。 PCB（印製電路闆）基礎： 結構、走綫規則、過孔。 通過本章的學習，讀者將能夠準確識彆、理解和選擇各種電子元器件，為後續電路設計與分析奠定堅實的基礎。 第三章 模擬電路基礎與設計 本章將深入探討模擬電路的設計、分析與應用。模擬電路處理的是連續變化的信號，是許多基礎電子係統不可或缺的部分。 3.1 直流電源與穩壓電路 直流電源的構成： 變壓器、整流、濾波、穩壓。 整流電路： 半波整流、全波整流（橋式整流）的原理與計算。 濾波電路： 電容濾波、電感濾波、LC濾波的原理與設計。 穩壓電路： 綫性穩壓器： 三端穩壓器（如LM78XX係列、LM317係列）的工作原理、使用方法、效率與散熱問題。 齊納穩壓管穩壓電路： 基本原理與局限性。 開關穩壓器簡介： （在後麵章節會更詳細介紹，此處做概念引入）。 3.2 信號放大電路 放大器的基本概念： 增益、帶寬、輸入阻抗、輸齣阻抗。 單管放大電路： BJT單管放大電路： 共發射極放大電路（電壓並聯反饋）、共集電極放大電路（射極輸齣器）、共基極放大電路。靜態工作點的設置與偏置方式。 MOSFET單管放大電路： 共源放大電路、共漏放大電路（源極輸齣器）、共柵放大電路。 多級放大電路： 級間耦閤方式（阻容耦閤、直接耦閤、變壓器耦閤），提高增益。 集成運放（Op-amp）基礎： 理想運放模型： 虛短、虛斷。 基本運算電路： 反相比例器、同相比例器、加法器、減法器、積分電路、微分電路。 同相輸入、反相輸入、差分輸入。 共模抑製比（CMRR）、開環增益。 應用： 信號調理、濾波器設計（有源濾波器）、振蕩器。 3.3 信號的濾波與調理 濾波器分類： 低通、高通、帶通、帶阻濾波器。 無源濾波器： RC、RL、LC濾波器，一階、二階濾波器的設計。 有源濾波器： 基於運放的濾波器設計，Butterworth、Chebyshev等逼近逼近。 信號調理： 放大、衰減、偏移、隔離等。 3.4 振蕩器 振蕩器原理： 正弦振蕩器（RC振蕩器、LC振蕩器，如哈特萊振蕩器、科爾皮茲振蕩器）、非正弦振蕩器（方波、三角波振蕩器，如多諧振蕩器）。 晶體振蕩器： 石英晶體的特性，高精度、高穩定性。 振蕩器的穩定性： 頻率穩定度、幅度穩定性。 3.5 信號的産生與處理 波形發生器： 産生各種標準波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波）。 調製與解調基礎： （初步介紹，詳細在通信章節）。 模擬開關與多路選擇器。 通過本章的學習，讀者將能夠設計和分析簡單的模擬信號處理電路，並理解模擬電路在信號的放大、濾波、整形等方麵的作用。 第四章 數字電路基礎與設計 本章將引導讀者進入數字電路的奇妙世界。數字電路處理的是離散的0和1信號，是現代電子係統的核心基礎，尤其是在計算機、通信和控製係統中。 4.1 二進製數與邏輯門 二進製數係統： 二進製、八進製、十六進製與十進製的相互轉換。 邏輯代數： 布爾錶達式、基本邏輯門（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR）的符號、真值錶和邏輯功能。 邏輯門的集成實現： TTL（雙極型晶體管邏輯）和CMOS（互補金屬氧化物半導體）係列集成電路介紹。 4.2 組閤邏輯電路 組閤邏輯電路的特點： 輸齣僅由當前輸入決定，無記憶功能。 基本組閤邏輯電路： 編碼器（Encoder）： 如優先編碼器。 譯碼器（Decoder）： 如3-8譯碼器。 數據選擇器（Multiplexer/MUX）： 將多個輸入通道選擇一個輸齣。 數據分配器（Demultiplexer/DEMUX）： 將一個輸入通道分配給多個輸齣。 加法器/減法器： 半加器、全加器、二進製加法器。 比較器。 卡諾圖（Karnaugh Map）化簡法： 簡化布爾錶達式，優化電路設計。 時序邏輯電路中的應用。 4.3 時序邏輯電路 時序邏輯電路的特點： 輸齣不僅取決於當前輸入，還取決於電路的“狀態”（曆史信息），具有記憶功能。 觸發器（Flip-Flop）： 基本觸發器： SR觸發器、JK觸發器、D觸發器、T觸發器。 時鍾信號： 同步與異步觸發器。 邊沿觸發與電平觸發。 寄存器（Register）： 數據存儲單元，如移位寄存器。 計數器（Counter）： 加法計數器、減法計數器、可逆計數器。 同步計數器與異步計數器。 約翰遜計數器、瑞剋碼計數器。 狀態機（State Machine）設計： 有限狀態機（FSM）的概念，Mealy模型與Moore模型。 4.4 可編程邏輯器件（PLD） PLD概述： CPLD（復雜可編程邏輯器件）和FPGA（現場可編程門陣列）的概念。 Verilog/VHDL硬件描述語言（HDL）： 介紹HDL在描述數字邏輯和係統設計中的作用。 FPGA開發流程簡介： 綜閤、布局布綫、仿真。 應用： ASIC原型設計、高速信號處理、定製化數字邏輯實現。 4.5 數字係統設計基礎 狀態機的實現： 使用觸發器和組閤邏輯實現。 簡單的數字係統設計實例： 如交通燈控製器、自動售貨機控製邏輯。 通過本章的學習，讀者將能夠理解數字電路的基本原理，掌握組閤邏輯和時序邏輯的設計方法，並初步接觸現代數字係統設計的工具和流程。 第五章 現代電子係統設計與實踐 本章將引導讀者將前兩章所學的模擬與數字電路知識融會貫通，並結閤現代電子技術的發展，進行實際的係統設計與實現。我們將更側重於如何將理論知識轉化為可工作的電路，並解決實際工程中的問題。 5.1 嵌入式係統概覽 嵌入式係統的組成： 微控製器（MCU）、微處理器（MPU）、FPGA、DSP等處理器核心，內存（RAM, ROM, Flash），外設接口（GPIO, UART, SPI, I2C, ADC, DAC），電源管理。 主流嵌入式處理器架構： ARM Cortex-M係列（用於MCU），ARM Cortex-A係列（用於MPU）。 嵌入式開發環境： IDE（集成開發環境）、交叉編譯器、調試器。 實時操作係統（RTOS）簡介： FreeRTOS, RT-Thread等。 5.2 電源管理與低功耗設計 開關電源（SMPS）原理： buck（降壓）、boost（升壓）、buck-boost（升降壓）轉換器的工作原理。 LDO（低壓差綫性穩壓器）的應用與局限。 電池管理： 充電、放電、保護電路。 低功耗設計策略： 睡眠模式、動態電壓頻率調整（DVFS）、功耗優化技術。 電源效率與散熱設計。 5.3 PCB設計與製作 PCB設計軟件介紹： Altium Designer, Eagle, KiCad等。 原理圖設計： 元器件庫、連接關係。 PCB布局（Layout）： 元器件擺放、走綫規則、電源和地綫設計、信號完整性考慮。 疊層設計： 單層、雙層、多層PCB。 PCB製作工藝： 蝕刻、鑽孔、電鍍、阻焊、絲印。 SMT（錶麵貼裝技術）與DIP（雙列直插封裝）的焊接。 5.4 傳感器接口與信號采集 傳感器選型： 根據測量對象、精度、環境要求選擇閤適的傳感器。 模擬信號采集： ADC（模數轉換器）的原理、分辨率、采樣率、類型（SAR, Sigma-Delta）。 數字信號采集： SPI, I2C等接口協議。 信號處理： 放大、濾波、校準。 實際應用案例： 溫濕度監測、光照強度測量、加速度測量。 5.5 通信接口與協議 串行通信接口： UART（通用異步收發器）、SPI（串行外設接口）、I2C（集成電路總綫）。 原理、時序、應用場景。 並行通信接口： （簡單提及）。 無綫通信接口： Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee的基礎概念與應用。 網絡通信： Ethernet, TCP/IP協議棧基礎（概念介紹）。 5.6 調試與測試技術 示波器（Oscilloscope）使用： 波形觀察、參數測量、觸發設置。 萬用錶（Multimeter）使用： 電壓、電流、電阻、二極管等測量。 邏輯分析儀（Logic Analyzer）使用： 數字信號時序分析。 信號發生器（Signal Generator）使用： 産生測試信號。 調試技巧： 排除電路故障的係統方法。 仿真工具： Multisim, Proteus, LTspice等。 5.7 典型電子係統設計實例 實例一： 基於Arduino/STM32的智能小車係統。 硬件組成：MCU、電機驅動、傳感器（超聲波、紅外）、電源。 軟件設計：運動控製、障礙物檢測、路徑規劃。 實例二： 簡易數據采集與顯示係統。 硬件組成：傳感器、ADC、MCU、LCD顯示屏。 軟件設計：數據讀取、處理、顯示。 實例三： 簡單的無綫通信項目（如通過藍牙傳輸傳感器數據）。 硬件組成：MCU、藍牙模塊、傳感器。 軟件設計：數據打包、傳輸、接收、解析。 通過本章的學習，讀者將能夠掌握將理論知識應用於實際項目設計的基本流程，熟悉常用的電子設計工具和調試方法，並能夠獨立完成一些基礎的電子係統設計任務。 第六章 實踐項目指導與進階 本章將提供一係列精心設計的實踐項目，並指導讀者如何循序漸進地完成它們。我們將強調項目的設計思路、實現步驟、調試技巧以及可能的擴展方嚮。 6.1 項目選擇與目標設定 項目難度劃分： 入門級、進階級、高級級。 如何選擇適閤自己的項目： 興趣、可用資源、學習目標。 項目目標設定： 清晰、具體、可衡量。 6.2 入門級項目：LED閃爍器與簡易報警器 LED閃爍器： 使用555定時器IC： 講解其多諧振蕩器模式，控製LED閃爍頻率。 使用微控製器： 編程控製LED的開關，實現更靈活的閃爍模式。 實踐要點： 電路連接、元器件選擇、代碼編寫與燒錄。 簡易報警器： 光敏報警器： 利用光敏電阻和蜂鳴器，當光綫變化時觸發報警。 觸碰報警器： 利用開關或傳感器檢測物理接觸。 實踐要點： 傳感器信號處理、閾值設定、驅動蜂鳴器。 6.3 進階級項目：溫濕度監測與數據記錄係統 核心組件： DHT11/DHT22溫濕度傳感器、ESP8266/ESP32 Wi-Fi模塊（或Arduino+藍牙模塊）。 設計思路： 讀取傳感器數據。 通過Wi-Fi（或藍牙）將數據發送到本地服務器或雲平颱（如Thingspeak）。 （可選）本地存儲數據到SD卡。 實踐要點： 溫濕度傳感器的數據讀取協議。 Wi-Fi/藍牙模塊的AT指令或SDK開發。 MQTT協議在物聯網通信中的應用。 數據可視化。 6.4 進階級項目：基於STM32的DIY示波器/信號發生器 核心組件： STM32微控製器（具有ADC和DAC功能）、OLED顯示屏、按鍵、可能的ADC擴展模塊。 設計思路： DIY示波器： 利用STM32的ADC高速采樣輸入信號，並在OLED上顯示波形。 DIY信號發生器： 利用STM32的DAC生成不同波形（正弦、方波、三角波），並可通過按鍵控製頻率和幅度。 實踐要點： STM32的ADC/DAC配置與優化。 采樣定理（Nyquist–Shannon sampling theorem）。 圖形繪製算法。 用戶界麵設計。 6.5 高級項目：簡易語音識彆或圖像識彆係統 核心組件： 具備一定計算能力的微處理器（如Raspberry Pi）或FPGA、麥剋風陣列、攝像頭。 設計思路： 語音識彆： 預訓練的語音識彆模型，通過麥剋風采集聲音，進行識彆並執行指令。 圖像識彆： 部署預訓練的物體識彆模型（如YOLO），通過攝像頭識彆特定物體。 實踐要點： 嵌入式AI框架（如TensorFlow Lite, PyTorch Mobile）。 模型部署與優化。 硬件加速器的使用。 （可選）Linux環境下的開發。 6.6 項目的創新與擴展 功能增強： 在現有項目基礎上添加新功能。 集成化： 將多個小項目集成到一個更大的係統中。 用戶體驗優化： 提升人機交互界麵，增加智能化特性。 算法優化： 改進信號處理或控製算法，提高性能。 6.7 故障排除與優化技巧 常見硬件故障： 連接錯誤、器件損壞、焊接不良。 常見軟件故障： 邏輯錯誤、內存溢齣、死鎖。 係統性能瓶頸分析： 找齣限製係統性能的環節（如ADC采樣率、CPU處理速度、通信帶寬）。 代碼優化： 提高代碼效率，減少資源占用。 通過本章的項目實踐，讀者將能夠將所學知識係統地應用到實際工程中，掌握從構思到實現的全過程，並培養解決復雜工程問題的能力。 附錄 常用電子元器件手冊查閱指南 電子電路符號速查錶 國際單位製前綴錶 常用焊接技巧與安全指南 推薦學習資源與在綫社區 結束語 電子技術是一個充滿活力和創造力的領域。本書的編寫旨在為您打開一扇通往這個世界的窗戶，提供您所需的工具和知識。我們鼓勵您在學習過程中保持好奇心，勇於實踐，不怕失敗，不斷探索。願您在電子技術的探索之路上，收獲知識，成就創造，點亮未來！
