电路与计算机原理综合实验 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

本书是为高等院校电子信息类专业大学本科“电子线路实验”、“计算机组成原理实验”、“单片机技术实验”课程编写的。书中内容安排合理，实验衔接性好，实用性强，突出了对学生实验动手能力的培养。

全书共分为四部分：模拟电子技术实验（包含13个实验）、数字电子技术实验（包含8个实验）、计算机组成原理实验（包含8个实验）和单片机技术实验（包含8个实验）。

本书在内容选择、次序安排等方面，体现的指导思想是理论教学与实际应用相结合，既易于教师组织教学，也便于学生直接运用。

目录

第一部分 模拟电子技术实验

模拟电子技术概述 2

实验一 信号源、数字万用表和示波器使用实验 5

实验二 单级交流放大电路 12

实验三 两级交流放大电路 17

实验四 负反馈放大电路 19

实验五 集成运算电路 22

实验六 积分与微分电路 27

实验七 波形发生电路 31

实验八 有源滤波电路 35

实验九 电压比较电路 39

实验十 RC正弦波振荡电路 42

实验十一 乙类推挽单电源功率放大电路 45

实验十二 串联稳压电路 48

实验十三 集成稳压电路 53

第二部分 数字电子技术实验

数字电子技术概述 58

实验一 门电路逻辑功能及测试 60

实验二 组合逻辑电路（半加器、全加器及逻辑运算） 67

实验三 R-S触发器、D触发器和J-K触发器 70

实验四 计数器及寄存器 74

实验五 三态输出触发器及锁存器 77

实验六 NE555时间基准电路应用 80

实验七 寄存器及其应用 84

实验八 译码器和数据选择器 87

第三部分 计算机组成原理实验

计算机组成原理概述 90

实验一 基本运算器实验 95

实验二 随机存取存储器实验 100

实验三 时序发生器设计实验 105

实验四 微程序控制器实验 108

实验五 具有基本输入/输出功能的总线接口实验 122

实验六 具有中断控制功能的总线接口实验 126

实验七 具有DMA控制功能的总线接口实验 129

实验八 CPU与简单模型机设计实验 131

第四部分 单片机技术实验

单片机技术概述 146

实验一 数据传送(RAM→XRAM) 148

实验二 双字节BCD码(十进制数)加法 150

实验三 双字节BCD码(十进制数)减法 153

实验四 双字节BCD码(十进制数)乘法 157

实验五 双字节BCD码除以单字节BCD码 162

实验六 冒泡排序 167

实验七 电子钟(定时器、中断)综合实验 170

实验八 频率计(定时器、计数器、中断)综合实验 173

附录 集成电路引脚图 176

《嵌入式系统设计与开发实践》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的嵌入式系统设计与开发实践指导。它将引导读者从基础理论出发，逐步掌握嵌入式系统的硬件平台选择、软件开发流程、常用工具链的使用，以及系统集成与调试的关键技术。本书强调理论与实践相结合，通过丰富的实例和案例分析，帮助读者将所学知识融会贯通，具备独立进行嵌入式系统项目开发的能力。 第一部分：嵌入式系统基础 本部分将为读者打下坚实的嵌入式系统理论基础。 第一章 嵌入式系统概述 1.1 什么是嵌入式系统 定义与特点：深入解析嵌入式系统的核心概念，如专用性、实时性、集成性、可靠性等，并与通用计算机系统进行对比。 应用领域：广泛介绍嵌入式系统在消费电子、工业控制、医疗设备、通信网络、汽车电子、航空航天等各个领域的典型应用，展示其无处不在的重要性。 发展趋势：探讨嵌入式系统在物联网、人工智能、边缘计算等前沿技术驱动下的最新发展动向。 1.2 嵌入式系统组成 硬件平台：详细讲解嵌入式系统的硬件组成，包括微处理器/微控制器（MCU）、存储器（RAM、ROM、Flash）、输入/输出设备（I/O）、外围接口（UART、SPI、I2C、USB、Ethernet等）、电源管理单元等。 软件平台：阐述嵌入式系统的软件层次，包括底层驱动程序、操作系统（RTOS或裸机）、中间件、应用层软件等。 典型嵌入式微处理器/微控制器架构：介绍ARM、MIPS、RISC-V等主流架构的基本原理和特点，以及不同架构在实际应用中的选型考量。 1.3 嵌入式开发环境 交叉编译环境：解释交叉编译的概念，介绍GCC、Clang等编译器在嵌入式开发中的作用，以及构建目标平台可执行文件的流程。 调试工具：讲解GDB、JTAG/SWD接口调试器、逻辑分析仪、示波器等硬件和软件调试工具的使用方法，强调其在发现和解决问题中的关键作用。 集成开发环境（IDE）：介绍Eclipse、Keil MDK、IAR Embedded Workbench、VS Code（配合插件）等主流嵌入式IDE的特点和使用技巧，以及如何配置项目工程。 第二章 微控制器（MCU）原理与选型 2.1 MCU核心架构 CPU核心：深入分析RISC与CISC指令集、流水线技术、中断机制、DMA（Direct Memory Access）等CPU核心的关键组成部分。 存储器体系：讲解片上SRAM、Flash、EEPROM的工作原理、读写时序以及容量和速度的权衡。 外围设备接口：详细阐述GPIO（General Purpose Input/Output）、定时器/计数器、ADC（Analog-to-Digital Converter）、DAC（Digital-to-Analog Converter）、PWM（Pulse Width Modulation）等通用外围接口的功能、工作模式和配置方法。 2.2 常用MCU系列介绍 ARM Cortex-M系列：重点介绍STM32、NXP LPC、TI MSP432等基于ARM Cortex-M内核的MCU系列，分析其不同型号的性能、功耗、外设配置和成本优势，为读者提供选型指导。 其他经典MCU系列：简要介绍AVR、PIC等系列MCU的特点，使其对不同应用场景下的MCU选择有更全面的认识。 2.3 MCU选型原则 性能需求：根据应用对处理速度、功耗、存储容量的要求进行分析。 外设需求：对照项目所需接口和功能，选择具备相应外围设备的MCU。 成本与功耗：在满足功能的前提下，平衡项目成本和运行功耗。 生态系统与社区支持：考虑供应商提供的开发工具、文档、社区资源等。 第二部分：嵌入式软件开发 本部分将聚焦嵌入式系统的软件开发过程，从底层驱动到上层应用。 第三章 底层驱动程序开发 3.1 GPIO驱动 配置与控制：学习如何配置GPIO的输入/输出模式、上拉/下拉电阻、速度等，以及如何读写GPIO端口。 实例：通过控制LED亮灭、读取按键输入等简单实例，掌握GPIO驱动的基本操作。 3.2 中断机制 中断原理：深入理解中断发生的过程、中断向量表、中断服务程序（ISR）的编写原则。 外部中断配置：学习如何配置MCU的外部中断引脚，并编写处理外部事件的ISR。 定时器中断：配置定时器触发中断，用于周期性任务或事件计时。 3.3 常用通信接口驱动 UART/USART：学习UART的异步通信原理，配置波特率、数据位、停止位、校验位，并实现串口通信。 SPI（Serial Peripheral Interface）：理解SPI总线的同步通信特点，配置主/从模式、时钟极性与相位，并与SPI设备（如传感器、存储器）通信。 I2C（Inter-Integrated Circuit）：掌握I2C总线的半双工、多主、多从通信方式，配置设备地址、读写操作，并与I2C设备（如EEPROM、传感器）通信。 3.4 存储器访问驱动 Flash存储器读写：学习如何通过标准接口（如SPI Flash、Parallel Flash）或内部Flash访问指令，实现数据的擦除、写入和读取。 EEPROM访问：掌握EEPROM的字节/页面读写操作。 第四章 实时操作系统（RTOS） 4.1 RTOS基础概念 任务（Task）：理解任务的概念、生命周期、优先级、上下文切换。 任务调度：介绍实时操作系统中的调度算法，如优先级调度、轮转调度、多级反馈调度等，以及它们对系统实时性的影响。 任务间通信与同步：讲解信号量、互斥锁、消息队列、事件标志组等RTOS提供的进程间通信（IPC）和同步机制。 内存管理：介绍RTOS中的内存分配策略，如静态分配、动态分配（伙伴系统、内存池）。 4.2 常用RTOS介绍 FreeRTOS：重点介绍FreeRTOS的特点、API函数、移植流程，并通过实例演示如何创建任务、使用队列和信号量。 RT-Thread、uC/OS等：简要介绍其他主流RTOS的优势和适用场景。 4.3 RTOS应用实践 多任务并发设计：如何利用RTOS实现多个独立任务的并发运行，提高系统响应速度和资源利用率。 实时性保障：理解RTOS如何通过优先级调度和抢占机制保证关键任务的实时性。 应用实例：结合实际项目，演示如何使用RTOS管理传感器数据采集、通信协议处理、用户界面更新等任务。 第五章 嵌入式Linux开发 5.1 嵌入式Linux概述 Linux内核与用户空间：讲解Linux系统的基本架构，包括内核、Shell、用户应用程序。 嵌入式Linux与桌面Linux的区别：分析嵌入式Linux在资源受限、实时性、硬件接口等方面的特殊要求。 5.2 嵌入式Linux开发环境搭建 交叉编译工具链：介绍如何为目标平台（如ARM）搭建交叉编译工具链。 构建系统：讲解Buildroot、Yocto Project等自动化构建系统的原理和使用方法，用于生成嵌入式Linux根文件系统。 Bootloader（如U-Boot）：介绍Bootloader的作用，以及如何配置和移植U-Boot。 Linux内核移植：概述Linux内核的裁剪、配置和编译过程。 5.3 嵌入式Linux应用程序开发 用户空间编程：使用C/C++语言进行用户空间应用程序的开发，利用Linux系统提供的API（如POSIX API）。 设备驱动模型：介绍Linux内核中的设备驱动模型，包括字符设备、块设备、网络设备驱动的编写思路。 常用通信协议栈：讲解TCP/IP协议栈在嵌入式Linux中的应用，实现网络通信。 系统服务与守护进程：学习如何开发后台运行的系统服务。 5.4 嵌入式Linux开发板实践 以Raspberry Pi、BeagleBone Black等典型开发板为例，演示嵌入式Linux系统的烧写、配置和应用开发流程。 开发板上的硬件接口利用：如何通过Linux驱动程序访问GPIO、SPI、I2C等硬件接口。 第三部分：系统集成与调试 本部分将指导读者如何将各个模块整合起来，并进行有效的调试。 第六章 嵌入式系统集成 6.1 硬件接口设计与选择 连接器与线缆：讲解不同类型连接器的选型原则，如USB、RJ45、Molex等，以及信号完整性注意事项。 接口匹配：确保不同模块之间的信号电平、时序、协议兼容。 电源设计：考虑系统的功耗、稳压、滤波等电源设计需求。 6.2 软件模块集成 模块化设计原则：如何将大型项目分解为易于管理和测试的软件模块。 接口定义与文档：明确模块间的接口规范，并进行详细文档记录。 版本控制：利用Git等版本控制工具管理代码，确保团队协作和代码的可追溯性。 6.3 系统构建与部署 Makefile与构建脚本：学习如何编写Makefile和Shell脚本来自动化编译、链接、打包过程。 固件烧写与更新：掌握将编译好的固件烧录到目标硬件设备的方法，包括JTAG、SWD、串口、SD卡等。 OTA（Over-the-Air）更新：介绍远程固件更新的原理和实现方案。 第七章 嵌入式系统调试技术 7.1 软件调试方法 断点与单步执行：掌握在IDE中使用断点、单步进入/跨越/跳出等功能进行代码调试。 变量监视与修改：学习如何查看和修改程序运行时的变量值，理解程序执行流程。 日志输出：通过printf、syslog等方式在程序中添加日志信息，辅助问题定位。 内存检查：使用工具检查内存使用情况，发现内存泄漏、越界访问等问题。 7.2 硬件调试工具 JTAG/SWD接口调试：利用专门的调试器连接MCU，进行硬件级别的代码调试和内存访问。 逻辑分析仪：抓取和分析数字信号的时序，用于排查通信协议、硬件时序问题。 示波器：观察模拟信号和数字信号的波形，用于分析信号质量、噪声等。 万用表：测量电压、电流、电阻等基本电气参数，用于检查电源、信号通路。 7.3 典型调试案例分析 死机/异常重启问题：分析程序逻辑错误、中断处理不当、资源竞争等导致的死机原因，并给出调试思路。 通信错误：通过逻辑分析仪和代码调试，定位UART、SPI、I2C等通信接口的错误。 性能瓶颈：利用性能分析工具，找出程序运行缓慢的原因，并进行优化。 第四部分：项目实践 本部分通过一系列完整的项目案例，巩固读者所学知识，并提升实际项目开发能力。 第八章 传感器数据采集与处理 8.1 项目概述 设计目标：开发一个能够采集温湿度、光照等传感器数据的嵌入式系统。 硬件选型：选择合适的MCU、传感器（如DHT11/DHT22、BH1750）、通信模块。 软件架构：采用RTOS进行任务管理，实现传感器驱动、数据处理、通信发送等功能。 8.2 详细设计与实现 传感器驱动开发：编写各传感器的读取驱动程序。 RTOS任务设计：创建传感器读取任务、数据处理任务、通信任务。 通信协议实现：选择MQTT、HTTP或自定义协议将数据发送到云平台或本地服务器。 8.3 测试与优化 数据准确性验证：与标准仪器对比，确保传感器数据可靠。 功耗优化：调整休眠模式、优化任务调度，降低系统功耗。 第九章 嵌入式设备网络通信 9.1 项目概述 设计目标：构建一个可以通过网络远程控制的嵌入式设备（如智能灯、电机控制器）。 硬件选型：选择具备网络接口（如Ethernet、Wi-Fi）的MCU或嵌入式Linux开发板。 软件架构：实现网络通信协议栈、设备控制逻辑。 9.2 详细设计与实现 网络协议选择：实现TCP/IP、UDP、HTTP、MQTT等协议。 远程控制接口设计：设计API或Web界面，实现远程命令的接收与解析。 安全性考虑：实现基本的网络安全措施，如密码认证。 9.3 部署与远程管理 设备注册与发现：实现设备在网络中的注册和被发现机制。 远程固件升级（OTA）：集成OTA功能，实现设备的远程固件更新。 第十章 嵌入式系统综合应用案例 10.1 智能家居网关 设计目标：构建一个能够连接和管理多种智能家居设备的网关。 关键技术：多协议通信（Zigbee, Bluetooth, Wi-Fi）、设备状态同步、用户接口。 10.2 工业自动化控制器 设计目标：开发一个用于工业生产线的PLC（可编程逻辑控制器）或数据采集模块。 关键技术：实时性要求、RS485/CAN总线通信、Modbus协议、高可靠性设计。 本书不仅提供了理论知识，更注重实践能力的培养。通过阅读本书，读者将能够掌握嵌入式系统开发的全过程，为从事相关领域的研发工作奠定坚实的基础。