数字电路设计 仿真 测试 第2版PDF电子书下载

1 实验基础知识 1

1.1 数字集成电路简介 1

1.1.1 概述 1

1.1.2 TTL集成电路 1

1.1.3 CMOS集成电路 2

1.2 数字集成电路型号命名规则 3

1.2.1 国内TTL、CMOS集成电路型号命名规则 3

1.2.2 国际TTL、CMOS集成电路型号命名规则 3

1.3 数字集成电路的主要性能参数 4

1.3.1 直流电源电压 4

1.3.2 输入／输出逻辑电平 4

1.3.3 传输延时 5

1.3.4 输入／输出电流 5

1.3.5 功耗 6

1.4 数字集成电路使用注意事项 6

1.5 实验报告的基本要求 6

2 Proteus仿真软件快速入门 8

2.1 Proteus概述 8

2.2 电路原理图编辑 8

2.2.1 Proteus ISIS编辑环境 8

2.2.2 Proteus ISIS原理图输入 9

2.2.3 电路原理图编辑实例 12

2.3 Proteus ISIS的库元件 14

2.3.1 库元件的分类 14

2.3.2 各子类介绍 15

2.4 Proteus中常用仪器简介 20

2.4.1 激励源 20

2.4.2 虚拟仪器 21

2.4.3 图表仿真工具 24

2.5 Proteus电路仿真方法 25

2.5.1 Proteus ISIS实时仿真 25

2.5.2 实时仿真中的电路测量 26

2.5.3 基于数字图表的电路分析 27

3 数字电路基础实验 30

3.1 常用集成门电路实验 30

3.1.1 实验目的 30

3.1.2 实验仪器及元器件 30

3.1.3 预习要求 30

3.1.4 实验原理 30

3.1.5 基础性实验任务及要求 31

3.1.6 设计性实验任务及要求 33

3.1.7 思考题 33

3.2 组合逻辑电路实验（一） 33

3.2.1 实验目的 33

3.2.2 实验仪器及元器件 33

3.2.3 预习要求 34

3.2.4 实验原理 34

3.2.5 基础性实验任务及要求 36

3.2.6 设计性实验任务及要求 38

3.2.7 思考题 38

3.3 组合逻辑电路实验（二） 38

3.3.1 实验目的 38

3.3.2 实验仪器及元器件 38

3.3.3 预习要求 39

3.3.4 实验原理 39

3.3.5 基础性实验任务及要求 40

3.3.6 设计性实验任务及要求 40

3.3.7 思考题 41

3.4 时序逻辑电路实验（一） 41

3.4.1 实验目的 41

3.4.2 实验仪器及元器件 41

3.4.3 预习要求 41

3.4.4 实验原理 41

3.4.5 基础性实验任务及要求 44

3.4.6 设计性实验任务及要求 45

3.4.7 思考题 45

3.5 时序逻辑电路实验（二） 45

3.5.1 实验目的 45

3.5.2 实验仪器及元器件 45

3.5.3 预习要求 46

3.5.4 实验原理 46

3.5.5 基础性实验任务及要求 48

3.5.6 设计性实验任务及要求 48

3.5.7 思考题 48

3.6 555定时器实验 48

3.6.1 实验目的 48

3.6.2 实验仪器及元器件 49

3.6.3 预习要求 49

3.6.4 实验原理 49

3.6.5 基础性实验任务及要求 52

3.6.6 设计性实验任务及要求 52

3.6.7 思考题 53

3.7 D/A转换器实验 53

3.7.1 实验目的 53

3.7.2 实验仪器及元器件 53

3.7.3 预习要求 53

3.7.4 实验原理 53

3.7.5 基础性实验任务及要求 54

3.7.6 设计性实验任务及要求 55

3.7.7 思考题 56

3.8 A/D转换器实验 56

3.8.1 实验目的 56

3.8.2 实验仪器及元器件 56

3.8.3 预习要求 56

3.8.4 实验原理 56

3.8.5 基础性实验任务及要求 57

3.8.6 设计性实验任务及要求 58

3.8.7 思考题 58

4 数字电路基础实验的Proteus仿真 59

4.1 逻辑门电路的仿真 59

4.1.1 与非门的功能仿真验证 59

4.1.2 三态门的功能仿真验证 59

4.1.3 三态门的应用仿真验证 60

4.1.4 OC门的功能仿真验证 60

4.2 组合逻辑电路的仿真 61

4.2.1 二进制译码器74LS138的功能仿真验证 61

4.2.2 编码与译码显示电路的功能仿真验证 61

4.3 时序逻辑电路的仿真 63

4.3.1 JK触发器74LS76构成二分频、四分频电路的功能仿真验证 63

4.3.2 集成计数器74LS161构成六进制加法计数器的功能仿真验证 63

4.3.3 集成计数器74LS161构成十进制加法计数器的功能仿真验证 63

4.3.4 集成计数器74LS161构成六十进制加法计数器的功能仿真验证 64

4.4 555定时器的仿真 65

4.4.1 555定时器构成多谐振荡器的功能仿真验证 65

4.4.2 555定时器构成单稳态触发器的功能仿真验证 65

4.4.3 555定时器构成施密特触发器的功能仿真验证 66

4.5 A/D与D/A转换器的仿真 66

4.5.1 A/D转换器的功能仿真验证 66

4.5.2 D/A转换器的功能仿真验证 66

4.6.3 A/D与D/A联合实验的仿真验证 67

5 数字电路综合设计实验 69

5.1 数字密码锁设计 69

5.1.1 设计任务与要求 69

5.1.2 课题分析及设计思路 69

5.1.3 集成电路及元器件选择 71

5.1.4 原理图绘制与电路仿真 71

5.1.5 电路安装与调试 71

5.1.6 设计、仿真及实验问题研究 71

5.2 十进制数的动态显示电路设计 72

5.2.1 设计任务与要求 72

5.2.2 课题分析及设计思路 72

5.2.3 集成电路及元器件选择 73

5.2.4 原理图绘制与电路仿真 73

5.2.5 电路安装与调试 73

5.2.6 设计、仿真及实验问题研究 74

5.3 模M的十进制加／减可逆计数器设计 74

5.3.1 设计任务与要求 74

5.3.2 课题分析及设计思路 74

5.3.3 集成电路及元器件选择 76

5.3.4 原理图绘制与电路仿真 76

5.3.5 电路安装与调试 76

5.3.6 设计、仿真及实验问题研究 77

5.4 多功能数字钟设计 77

5.4.1 设计任务与要求 77

5.4.2 课题分析及设计思路 78

5.4.3 集成电路及元器件选择 82

5.4.4 原理图绘制与电路仿真 82

5.4.5 电路安装与调试 82

5.4.6 设计、仿真及实验问题研究 82

5.5 多路抢答器设计 83

5.5.1 设计任务与要求 83

5.5.2 课题分析及设计思路 83

5.5.3 集成电路及元件选择 85

5.5.4 原理图绘制与电路仿真 86

5.5.5 电路安装与调试 86

5.5.6 设计、仿真及实验问题研究 87

5.6 简易频率计设计 87

5.6.1 任务与要求 87

5.6.2 课题分析及设计思路 87

5.6.3 集成电路及元器件选择 90

5.6.4 原理图绘制与电路仿真 90

5.6.5 电路安装与调试 90

5.6.6 设计、仿真及实验问题研究 91

5.7 多路序列信号发生器设计 91

5.7.1 设计任务与要求 92

5.7.2 课题分析及设计思路 92

5.7.3 集成电路及元器件选择 95

5.7.4 原理图绘制与电路仿真 95

5.7.5 电路安装与调试 96

5.7.6 设计、仿真及实验问题研究 97

5.8 出租车计价器控制电路设计 97

5.8.1 设计任务与要求 97

5.8.2 课题分析及设计思路 98

5.8.3 集成电路及元器件选择 101

5.8.4 原理图绘制与电路仿真 101

5.8.5 电路安装与调试 101

5.8.6 设计、仿真及实验问题研究 101

5.9 交通信号灯控制电路设计 102

5.9.1 方案设计 102

5.9.2 组合逻辑电路设计 104

5.9.3 时序逻辑电路设计 106

6 可编程技术 109

6.1 EDA技术概述 109

6.2 硬件描述语言概述 110

6.2.1 VHDL 110

6.2.2 Verilog HDL 111

6.2.3 Verilog HDL与VHDL的区别 111

6.3 可编程逻辑器件概述 112

6.3.1 可编程逻辑器件简介 112

6.3.2 CPLD简介 113

6.3.3 FPGA简介 114

6.3.4 可编程逻辑器件的一般设计流程 116

6.4 SOPC技术概述 118

6.4.1 SOPC技术实现方式 118

6.4.2 SOPC的特点 120

6.4.3 SOPC系统开发流程 120

7 VHDL语言基础 122

7.1 VHDL概述 122

7.1.1 VHDL简介 122

7.1.2 VHDL与Verilog HDL的比较 122

7.2 VHDL的基本结构 123

7.2.1 实体 123

7.2.2 结构体 125

7.2.3 库 127

7.2.4 包 128

7.2.5 配置 129

7.3 VHDL的数据对象、数据类型和运算操作符 130

7.3.1 VHDL数据对象 130

7.3.2 VHDL数据类型 134

7.3.3 VHDL运算操作符 138

7.4 VHDL的顺序语句 140

7.4.1 赋值语句 140

7.4.2 流程控制语句 140

7.4.3 等待语句 144

7.4.4 返回语句和空操作语句 145

7.5 VHDL的并行语句 146

7.5.1 并行信号赋值语句 146

7.5.2 进程语句 148

7.5.3 元件例化语句 151

7.5.4 生成语句 152

7.5.5 并行过程调用语句 153

8 Verilog HDL语言基础 156

8.1 Verilog HDL基本结构 156

8.1.1 简单的Verilog HDL例子 156

8.1.2 Verilog HDL模板 157

8.1.3 逻辑功能定义 158

8.2 Verilog HDL词法约束 159

8.2.1 关键字 159

8.2.2 标识符 160

8.2.3 注释 160

8.2.4 代码编写标准 161

8.3 数据类型 161

8.3.1 线网类型 161

8.3.2 寄存器类型 162

8.3.3 常数类型 163

8.4 运算符及其表达式 165

8.4.1 算术运算符 166

8.4.2 逻辑运算符 166

8.4.3 位运算符 167

8.4.4 关系运算符 167

8.4.5 归约运算符 168

8.4.6 移位运算符 168

8.4.7 条件运算符 168

8.4.8 位拼接运算符 168

8.4.9 运算符的优先级 169

8.5 语句及结构 169

8.5.1 赋值语句 170

8.5.2 块语句 172

8.5.3 条件语句 174

8.5.4 循环语句 177

8.5.5 结构说明语句 181

8.6 预编译处理命令 187

8.6.1 宏定义预编译处理命令 187

8.6.2 文件包含预编译处理命令 188

8.6.3 时间尺度预编译处理命令 189

8.6.4 条件预编译处理命令 190

8.7 Testbench 191

9 数字电路的CPLD/FPGA实现 198

9.1 QuartusⅡ使用指南 198

9.2 组合逻辑电路实验（一） 209

9.2.1 实验目的 209

9.2.2 实验仪器及元器件 209

9.2.3 预习要求 209

9.2.4 实验内容 209

9.2.5 思考题 214

9.3 组合逻辑电路实验（二） 214

9.3.1 实验目的 214

9.3.2 实验仪器及元器件 214

9.3.3 预习要求 214

9.3.4 实验内容 214

9.3.5 思考题 218

9.4 时序逻辑电路实验（一） 218

9.4.1 实验目的 218

9.4.2 实验仪器及元器件 218

9.4.3 预习要求 218

9.4.4 实验内容 218

9.4.5 思考题 223

9.5 时序逻辑电路实验（二） 223

9.5.1 实验目的 223

9.5.2 实验仪器及元器件 224

9.5.3 预习要求 224

9.5.4 实验内容 224

9.5.5 思考题 229

9.6 多功能数字钟设计 230

9.6.1 实验目的 230

9.6.2 实验仪器及元器件 230

9.6.3 预习要求 230

9.6.4 设计性实验任务及要求 230

9.6.5 设计思路 230

9.6.6 仿真与测试 234

9.6.7 思考题 235

9.7 简易频率计设计 235

9.7.1 实验目的 235

9.7.2 实验仪器及元器件 235

9.7.3 预习要求 235

9.7.4 设计性实验任务及要求 235

9.7.5 设计思路 236

9.7.6 仿真与测试 238

9.7.7 思考题 240

9.8 出租车计价器控制电路设计 240

9.8.1 实验目的 240

9.8.2 实验仪器及元器件 240

9.8.3 预习要求 240

9.8.4 设计性实验任务及要求 240

9.8.5 设计思路 240

9.8.6 仿真与测试 244

9.8.7 思考题 244

9.9 交通信号灯控制电路设计 244

9.9.1 实验目的 244

9.9.2 实验仪器及元器件 245

9.9.3 预习要求 245

9.9.4 设计性实验任务及要求 245

9.9.5 设计思路 245

9.9.6 仿真与测试 247

9.9.7 思考题 248

附录 249

附录A 常用数字集成电路引脚排列图 249

附录B CPLD/FPGA实验装置介绍 256

附录C FPGA实验箱使用说明书 264

参考文献 273