電路與計算機原理綜閤實驗 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

本書是為高等院校電子信息類專業大學本科“電子綫路實驗”、“計算機組成原理實驗”、“單片機技術實驗”課程編寫的。書中內容安排閤理，實驗銜接性好，實用性強，突齣瞭對學生實驗動手能力的培養。

全書共分為四部分：模擬電子技術實驗（包含13個實驗）、數字電子技術實驗（包含8個實驗）、計算機組成原理實驗（包含8個實驗）和單片機技術實驗（包含8個實驗）。

本書在內容選擇、次序安排等方麵，體現的指導思想是理論教學與實際應用相結閤，既易於教師組織教學，也便於學生直接運用。

目錄

第一部分 模擬電子技術實驗

模擬電子技術概述 2

實驗一 信號源、數字萬用錶和示波器使用實驗 5

實驗二 單級交流放大電路 12

實驗三 兩級交流放大電路 17

實驗四 負反饋放大電路 19

實驗五 集成運算電路 22

實驗六 積分與微分電路 27

實驗七 波形發生電路 31

實驗八 有源濾波電路 35

實驗九 電壓比較電路 39

實驗十 RC正弦波振蕩電路 42

實驗十一 乙類推挽單電源功率放大電路 45

實驗十二 串聯穩壓電路 48

實驗十三 集成穩壓電路 53

第二部分 數字電子技術實驗

數字電子技術概述 58

實驗一 門電路邏輯功能及測試 60

實驗二 組閤邏輯電路（半加器、全加器及邏輯運算） 67

實驗三 R-S觸發器、D觸發器和J-K觸發器 70

實驗四 計數器及寄存器 74

實驗五 三態輸齣觸發器及鎖存器 77

實驗六 NE555時間基準電路應用 80

實驗七 寄存器及其應用 84

實驗八 譯碼器和數據選擇器 87

第三部分 計算機組成原理實驗

計算機組成原理概述 90

實驗一 基本運算器實驗 95

實驗二 隨機存取存儲器實驗 100

實驗三 時序發生器設計實驗 105

實驗四 微程序控製器實驗 108

實驗五 具有基本輸入/輸齣功能的總綫接口實驗 122

實驗六 具有中斷控製功能的總綫接口實驗 126

實驗七 具有DMA控製功能的總綫接口實驗 129

實驗八 CPU與簡單模型機設計實驗 131

第四部分 單片機技術實驗

單片機技術概述 146

實驗一 數據傳送(RAM→XRAM) 148

實驗二 雙字節BCD碼(十進製數)加法 150

實驗三 雙字節BCD碼(十進製數)減法 153

實驗四 雙字節BCD碼(十進製數)乘法 157

實驗五 雙字節BCD碼除以單字節BCD碼 162

實驗六 冒泡排序 167

實驗七 電子鍾(定時器、中斷)綜閤實驗 170

實驗八 頻率計(定時器、計數器、中斷)綜閤實驗 173

附錄 集成電路引腳圖 176

《嵌入式係統設計與開發實踐》 內容簡介 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的嵌入式係統設計與開發實踐指導。它將引導讀者從基礎理論齣發，逐步掌握嵌入式係統的硬件平颱選擇、軟件開發流程、常用工具鏈的使用，以及係統集成與調試的關鍵技術。本書強調理論與實踐相結閤，通過豐富的實例和案例分析，幫助讀者將所學知識融會貫通，具備獨立進行嵌入式係統項目開發的能力。 第一部分：嵌入式係統基礎 本部分將為讀者打下堅實的嵌入式係統理論基礎。 第一章 嵌入式係統概述 1.1 什麼是嵌入式係統 定義與特點：深入解析嵌入式係統的核心概念，如專用性、實時性、集成性、可靠性等，並與通用計算機係統進行對比。 應用領域：廣泛介紹嵌入式係統在消費電子、工業控製、醫療設備、通信網絡、汽車電子、航空航天等各個領域的典型應用，展示其無處不在的重要性。 發展趨勢：探討嵌入式係統在物聯網、人工智能、邊緣計算等前沿技術驅動下的最新發展動嚮。 1.2 嵌入式係統組成 硬件平颱：詳細講解嵌入式係統的硬件組成，包括微處理器/微控製器（MCU）、存儲器（RAM、ROM、Flash）、輸入/輸齣設備（I/O）、外圍接口（UART、SPI、I2C、USB、Ethernet等）、電源管理單元等。 軟件平颱：闡述嵌入式係統的軟件層次，包括底層驅動程序、操作係統（RTOS或裸機）、中間件、應用層軟件等。 典型嵌入式微處理器/微控製器架構：介紹ARM、MIPS、RISC-V等主流架構的基本原理和特點，以及不同架構在實際應用中的選型考量。 1.3 嵌入式開發環境 交叉編譯環境：解釋交叉編譯的概念，介紹GCC、Clang等編譯器在嵌入式開發中的作用，以及構建目標平颱可執行文件的流程。 調試工具：講解GDB、JTAG/SWD接口調試器、邏輯分析儀、示波器等硬件和軟件調試工具的使用方法，強調其在發現和解決問題中的關鍵作用。 集成開發環境（IDE）：介紹Eclipse、Keil MDK、IAR Embedded Workbench、VS Code（配閤插件）等主流嵌入式IDE的特點和使用技巧，以及如何配置項目工程。 第二章 微控製器（MCU）原理與選型 2.1 MCU核心架構 CPU核心：深入分析RISC與CISC指令集、流水綫技術、中斷機製、DMA（Direct Memory Access）等CPU核心的關鍵組成部分。 存儲器體係：講解片上SRAM、Flash、EEPROM的工作原理、讀寫時序以及容量和速度的權衡。 外圍設備接口：詳細闡述GPIO（General Purpose Input/Output）、定時器/計數器、ADC（Analog-to-Digital Converter）、DAC（Digital-to-Analog Converter）、PWM（Pulse Width Modulation）等通用外圍接口的功能、工作模式和配置方法。 2.2 常用MCU係列介紹 ARM Cortex-M係列：重點介紹STM32、NXP LPC、TI MSP432等基於ARM Cortex-M內核的MCU係列，分析其不同型號的性能、功耗、外設配置和成本優勢，為讀者提供選型指導。 其他經典MCU係列：簡要介紹AVR、PIC等係列MCU的特點，使其對不同應用場景下的MCU選擇有更全麵的認識。 2.3 MCU選型原則 性能需求：根據應用對處理速度、功耗、存儲容量的要求進行分析。 外設需求：對照項目所需接口和功能，選擇具備相應外圍設備的MCU。 成本與功耗：在滿足功能的前提下，平衡項目成本和運行功耗。 生態係統與社區支持：考慮供應商提供的開發工具、文檔、社區資源等。 第二部分：嵌入式軟件開發 本部分將聚焦嵌入式係統的軟件開發過程，從底層驅動到上層應用。 第三章 底層驅動程序開發 3.1 GPIO驅動 配置與控製：學習如何配置GPIO的輸入/輸齣模式、上拉/下拉電阻、速度等，以及如何讀寫GPIO端口。 實例：通過控製LED亮滅、讀取按鍵輸入等簡單實例，掌握GPIO驅動的基本操作。 3.2 中斷機製 中斷原理：深入理解中斷發生的過程、中斷嚮量錶、中斷服務程序（ISR）的編寫原則。 外部中斷配置：學習如何配置MCU的外部中斷引腳，並編寫處理外部事件的ISR。 定時器中斷：配置定時器觸發中斷，用於周期性任務或事件計時。 3.3 常用通信接口驅動 UART/USART：學習UART的異步通信原理，配置波特率、數據位、停止位、校驗位，並實現串口通信。 SPI（Serial Peripheral Interface）：理解SPI總綫的同步通信特點，配置主/從模式、時鍾極性與相位，並與SPI設備（如傳感器、存儲器）通信。 I2C（Inter-Integrated Circuit）：掌握I2C總綫的半雙工、多主、多從通信方式，配置設備地址、讀寫操作，並與I2C設備（如EEPROM、傳感器）通信。 3.4 存儲器訪問驅動 Flash存儲器讀寫：學習如何通過標準接口（如SPI Flash、Parallel Flash）或內部Flash訪問指令，實現數據的擦除、寫入和讀取。 EEPROM訪問：掌握EEPROM的字節/頁麵讀寫操作。 第四章 實時操作係統（RTOS） 4.1 RTOS基礎概念 任務（Task）：理解任務的概念、生命周期、優先級、上下文切換。 任務調度：介紹實時操作係統中的調度算法，如優先級調度、輪轉調度、多級反饋調度等，以及它們對係統實時性的影響。 任務間通信與同步：講解信號量、互斥鎖、消息隊列、事件標誌組等RTOS提供的進程間通信（IPC）和同步機製。 內存管理：介紹RTOS中的內存分配策略，如靜態分配、動態分配（夥伴係統、內存池）。 4.2 常用RTOS介紹 FreeRTOS：重點介紹FreeRTOS的特點、API函數、移植流程，並通過實例演示如何創建任務、使用隊列和信號量。 RT-Thread、uC/OS等：簡要介紹其他主流RTOS的優勢和適用場景。 4.3 RTOS應用實踐 多任務並發設計：如何利用RTOS實現多個獨立任務的並發運行，提高係統響應速度和資源利用率。 實時性保障：理解RTOS如何通過優先級調度和搶占機製保證關鍵任務的實時性。 應用實例：結閤實際項目，演示如何使用RTOS管理傳感器數據采集、通信協議處理、用戶界麵更新等任務。 第五章 嵌入式Linux開發 5.1 嵌入式Linux概述 Linux內核與用戶空間：講解Linux係統的基本架構，包括內核、Shell、用戶應用程序。 嵌入式Linux與桌麵Linux的區彆：分析嵌入式Linux在資源受限、實時性、硬件接口等方麵的特殊要求。 5.2 嵌入式Linux開發環境搭建 交叉編譯工具鏈：介紹如何為目標平颱（如ARM）搭建交叉編譯工具鏈。 構建係統：講解Buildroot、Yocto Project等自動化構建係統的原理和使用方法，用於生成嵌入式Linux根文件係統。 Bootloader（如U-Boot）：介紹Bootloader的作用，以及如何配置和移植U-Boot。 Linux內核移植：概述Linux內核的裁剪、配置和編譯過程。 5.3 嵌入式Linux應用程序開發 用戶空間編程：使用C/C++語言進行用戶空間應用程序的開發，利用Linux係統提供的API（如POSIX API）。 設備驅動模型：介紹Linux內核中的設備驅動模型，包括字符設備、塊設備、網絡設備驅動的編寫思路。 常用通信協議棧：講解TCP/IP協議棧在嵌入式Linux中的應用，實現網絡通信。 係統服務與守護進程：學習如何開發後颱運行的係統服務。 5.4 嵌入式Linux開發闆實踐 以Raspberry Pi、BeagleBone Black等典型開發闆為例，演示嵌入式Linux係統的燒寫、配置和應用開發流程。 開發闆上的硬件接口利用：如何通過Linux驅動程序訪問GPIO、SPI、I2C等硬件接口。 第三部分：係統集成與調試 本部分將指導讀者如何將各個模塊整閤起來，並進行有效的調試。 第六章 嵌入式係統集成 6.1 硬件接口設計與選擇 連接器與綫纜：講解不同類型連接器的選型原則，如USB、RJ45、Molex等，以及信號完整性注意事項。 接口匹配：確保不同模塊之間的信號電平、時序、協議兼容。 電源設計：考慮係統的功耗、穩壓、濾波等電源設計需求。 6.2 軟件模塊集成 模塊化設計原則：如何將大型項目分解為易於管理和測試的軟件模塊。 接口定義與文檔：明確模塊間的接口規範，並進行詳細文檔記錄。 版本控製：利用Git等版本控製工具管理代碼，確保團隊協作和代碼的可追溯性。 6.3 係統構建與部署 Makefile與構建腳本：學習如何編寫Makefile和Shell腳本來自動化編譯、鏈接、打包過程。 固件燒寫與更新：掌握將編譯好的固件燒錄到目標硬件設備的方法，包括JTAG、SWD、串口、SD卡等。 OTA（Over-the-Air）更新：介紹遠程固件更新的原理和實現方案。 第七章 嵌入式係統調試技術 7.1 軟件調試方法 斷點與單步執行：掌握在IDE中使用斷點、單步進入/跨越/跳齣等功能進行代碼調試。 變量監視與修改：學習如何查看和修改程序運行時的變量值，理解程序執行流程。 日誌輸齣：通過printf、syslog等方式在程序中添加日誌信息，輔助問題定位。 內存檢查：使用工具檢查內存使用情況，發現內存泄漏、越界訪問等問題。 7.2 硬件調試工具 JTAG/SWD接口調試：利用專門的調試器連接MCU，進行硬件級彆的代碼調試和內存訪問。 邏輯分析儀：抓取和分析數字信號的時序，用於排查通信協議、硬件時序問題。 示波器：觀察模擬信號和數字信號的波形，用於分析信號質量、噪聲等。 萬用錶：測量電壓、電流、電阻等基本電氣參數，用於檢查電源、信號通路。 7.3 典型調試案例分析 死機/異常重啓問題：分析程序邏輯錯誤、中斷處理不當、資源競爭等導緻的死機原因，並給齣調試思路。 通信錯誤：通過邏輯分析儀和代碼調試，定位UART、SPI、I2C等通信接口的錯誤。 性能瓶頸：利用性能分析工具，找齣程序運行緩慢的原因，並進行優化。 第四部分：項目實踐 本部分通過一係列完整的項目案例，鞏固讀者所學知識，並提升實際項目開發能力。 第八章 傳感器數據采集與處理 8.1 項目概述 設計目標：開發一個能夠采集溫濕度、光照等傳感器數據的嵌入式係統。 硬件選型：選擇閤適的MCU、傳感器（如DHT11/DHT22、BH1750）、通信模塊。 軟件架構：采用RTOS進行任務管理，實現傳感器驅動、數據處理、通信發送等功能。 8.2 詳細設計與實現 傳感器驅動開發：編寫各傳感器的讀取驅動程序。 RTOS任務設計：創建傳感器讀取任務、數據處理任務、通信任務。 通信協議實現：選擇MQTT、HTTP或自定義協議將數據發送到雲平颱或本地服務器。 8.3 測試與優化 數據準確性驗證：與標準儀器對比，確保傳感器數據可靠。 功耗優化：調整休眠模式、優化任務調度，降低係統功耗。 第九章 嵌入式設備網絡通信 9.1 項目概述 設計目標：構建一個可以通過網絡遠程控製的嵌入式設備（如智能燈、電機控製器）。 硬件選型：選擇具備網絡接口（如Ethernet、Wi-Fi）的MCU或嵌入式Linux開發闆。 軟件架構：實現網絡通信協議棧、設備控製邏輯。 9.2 詳細設計與實現 網絡協議選擇：實現TCP/IP、UDP、HTTP、MQTT等協議。 遠程控製接口設計：設計API或Web界麵，實現遠程命令的接收與解析。 安全性考慮：實現基本的網絡安全措施，如密碼認證。 9.3 部署與遠程管理 設備注冊與發現：實現設備在網絡中的注冊和被發現機製。 遠程固件升級（OTA）：集成OTA功能，實現設備的遠程固件更新。 第十章 嵌入式係統綜閤應用案例 10.1 智能傢居網關 設計目標：構建一個能夠連接和管理多種智能傢居設備的網關。 關鍵技術：多協議通信（Zigbee, Bluetooth, Wi-Fi）、設備狀態同步、用戶接口。 10.2 工業自動化控製器 設計目標：開發一個用於工業生産綫的PLC（可編程邏輯控製器）或數據采集模塊。 關鍵技術：實時性要求、RS485/CAN總綫通信、Modbus協議、高可靠性設計。 本書不僅提供瞭理論知識，更注重實踐能力的培養。通過閱讀本書，讀者將能夠掌握嵌入式係統開發的全過程，為從事相關領域的研發工作奠定堅實的基礎。