本書是大學信息類專業硬件技術基礎實驗教材，內容包括教材的編寫背景、硬件技術基礎系列實驗之間的關系和教學實施方案； 基礎電路實驗、實習、常用電子儀器與儀表的使用以及綜合實例； 從自制數字系統設計實驗平臺以及相關軟件的知識入手，全面介紹FPGA開發與應用技術（硬件邏輯關系的ＶＨＤＬ描述、邏輯分析、軟硬件調試、綜合實例等）； 計算機組成的邏輯設計、體系結構、指令和復雜數字系統設計； 單片機系統的處理層、芯片層、開發板層上相關軟硬件開發； 基于FPGA的USB通信實例等。
本書由淺入深地設計實驗內容，可作為高等院校、高職院校的計算機、電子、通信等信息類專業實踐環節的硬件技術基礎實驗教材。
《計算機硬件技術基礎實驗教程（第2版）》是信息類專業的硬件通識實踐教材，內容包括教材的編寫背景、硬件技術基礎系列實驗間的關系和教學實施方案；基礎電路實驗、常用電子儀器與儀表的使用及實例；FPGA開發與應用技術及相關實例；計算機組成的邏輯設計、體系結構、指令和復雜數字系統設計；單片機系統的處理層、芯片層、開發板層上相關軟硬件開發；基于FPGA的USB通信實例等。? 《計算機硬件技術基礎實驗教程（第2版）》旨在培訓五大技能：電子電路分析與電氣性能指標測量；EDA仿真與硬件平臺應用；計算機模型硬件描述；原型芯片行為模型構建；創客硬件開發。
前言
計算機硬件技術基礎系列實驗是信息類專業配套開設的必修實驗課。此類實驗課能夠幫助學生從物理芯片層、數字邏輯層、體系結構層了解數字系統硬件邏輯設計，有利于進一步學習計算機接口技術、嵌入式技術等高級應用，也有利于提升學生的實踐能力。1999年，在以培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才的學院教育指導思想的指引下，以提高學生的綜合能力、培養創新人才為主線，結合課程自身的特點和技術發展趨勢，實驗室開展了一系列的硬件技術基礎實驗教學改革。歷經15年，探索出一條適合信息專業學生加強綜合能力的硬件實驗教學鏈條式教育培養模式，獲得了廣大教師和學生的認可。借此我們把多年的教學研究總結歸納并重新整合，編寫出實驗教材與廣大教師和學生分享。全書共6章，簡單介紹如下：第1章主要從硬件技術基礎實驗教學中存在的問題及解決思路入手，闡述了硬件實驗教學模式、實驗設備研發、實驗內容系統化設定，實驗教學方法研究，綜合考核與測試制度的制定等方面的教學實施方案。第2章分3個層次介紹了基礎電路的相關實驗及綜合設計內容，學生能掌握物理層面的相關知識（元器件、集成電路的認識、基本原理、性能測試、性能分析），掌握常用電子儀器與儀表的使用技能。第3章介紹自制硬件數字系統設計平臺以及相關軟件的使用，將FPGA開發與應用的相關知識循序漸進地融合到實驗項目以及綜合設計項目中，學生能掌握邏輯層面的相關知識（數字部件、組件的認識、基本原理、性能測試、性能分析），初步學會數字系統設計的方法和初步的FPGA開發與應用技術：用硬件描述語言VHDL描述硬件內部的邏輯關系；數字系統性能測試與邏輯分析技能；軟件工具使用中的技巧，軟硬件調試的方法與技巧等。第4章以CPU為典型案例，分7大部分（總線、運算器、存儲器、數據通路、時序電路、微程序控制器、模型機與程序運行）設定實驗內容，且每個模塊又分別設計了幾個小實驗，并可依據原理框圖用圖形法或硬件描述語言等方法實現，學生能掌握復雜數字系統的結構原理、設計原理、性能測試、性能分析，進一步掌握FPGA開發與應用技術。
第5章講述單片機系統全過程以8位RISC式AVR CPU軟核為中心，首先從單片機系統程序處理角度入手，借助原型芯片行為模型，方便完成軟件編程與硬件邏輯設計； 其次，案例設計片上系統虛擬平臺從仿真上展示了單片機周邊必不可少的數據輸入與輸出； 最后，自然過渡至創客硬件開發板，項目驅動智能硬件構件裝配、應用開發與調試實踐。第6章通過展示自制數字系統實驗箱的通信功能，介紹基于FT245BM和FPGA的USB接口設計實例。該教材是我們15年改革的歸納總結，現有的課程內容安排、教學組織、教學方法以及考核模式極大地調動了學生對硬件知識以及硬件實驗的學習積極性，實驗內容的精心設計解決了硬件實驗課程教學缺乏系統性的問題，同時，教師在實驗教學過程中應用摸索總結了多種適用的實驗教學方法，結合綜合考核與測試制度，通過鏈條式教育，強化學生做中學并掌握相關知識與技能，更深層次、更大范圍地激發和挖掘學生的潛能，培養具有創新意識、創造性思維和創新能力的人才。在本書的編寫及實驗教學中，湖南大學信息科學與工程學院的李仁發教授、徐成教授及信息技術實驗室的老師們給予了極大的幫助和支持。李仁發教授任院長期間大力支持硬件技術實驗教學改革。徐成教授設計了DDA系列數字系統實驗平臺并提供了實驗平臺資料。劉三一、錢彭飛老師設計了HBE硬件基礎電路實驗箱和低頻電路實驗箱并提供了實驗平臺資料。在此，編者對他們表示衷心的感謝。如果您對本書有任何疑問或希望獲取相關幫助，可以通過以下方式聯系到我們：fangkq601@sina.com。由于編者水平有限，書中難免存在不足，敬請各位讀者批評指正。
編者2016年10月
C O N T E N T S
目錄
第1章緒論
1.1教材編寫背景
1.2實施方案
第2章基礎電路篇
2.1常用元器件的識別與簡單測試
2.2常用電子儀器的正確使用
2.3集成門電路功能測試
2.4集電極開路門與三態輸出門的應用
2.5集成與非門電路參數的測試
2.6編碼器、譯碼器及數碼管顯示實驗
2.7雙穩態觸發器
2.8計數器及寄存器實驗
2.9555集成定時器及其應用
2.10晶體管共射極單管放大器
2.11多級放大電路和級間負反饋
2.12差動放大器
2.13互補對稱功率放大器
2.14場效應管放大電路
2.15集成運算放大器的應用
2.16AD/DA轉換器實驗
2.17程控脈沖信號發生器設計
2.18直流穩壓電源
2.19電路仿真設計
2.20電路設計與制作實習
2.21綜合設計
第3章數字邏輯篇
3.1軟硬件平臺介紹
3.2軟硬件平臺的使用
3.3常用組合邏輯電路設計
3.4觸發器及應用
3.5移位寄存器
3.6計數器
3.7序列檢測器
3.8交通燈控制器
3.9出租車計費器
3.10簡易電子琴
3.11DDS波形發生器
3.12綜合設計
第4章計算機組成原理篇
4.1總線數據傳輸
4.2運算器
4.3存儲器
4.4數據通路
4.5時序電路
4.6微程序控制器
4.7模型機組成與程序運行
第5章單片機系統篇
5.1AVR架構
5.2AVR匯編
5.3數據存儲
5.4微處理器軟核
5.5SOPC模型
5.6硬件測試
5.7綜合實踐1
5.8AVR虛擬平臺
5.9AVR的Timer與ADC
5.10AVR的Arduino仿真
5.11綜合實踐2
第6章USB通信篇
6.1USB通信模塊演示設計
6.2CRC算法的FPGA實現
附錄A常用電子儀器儀表使用簡介
A.1數字式萬用表的使用方法
A.2示波器的使用方法
A.3EE1641D函數信號發生器
A.4自制HBE硬件技術基礎電路實驗箱
A.5自制低頻電路實驗箱
附錄B電路仿真軟件Multisim操作簡介
B.1Multisim 基本操作
B.2Multisim 菜單欄
B.3Multisim
元件
B.4Multisim 儀器儀表的使用
B.5Multisim 電路分析方法
附錄C簡單CPU模擬器
附錄D波形MIF生成器
附錄E基本邏輯元件庫
E.1緩沖器
E.2觸發器及鎖存器
E.3輸入輸出單元
E.4邏輯基元
E.5其他基元
附錄F舊式功能電路庫
F.1加法器
F.2算術邏輯單元
F.3緩沖器
F.4比較器
F.5轉換器
F.6計數器
F.7譯碼器
F.8數字濾波器
F.9誤碼檢測核定電路
F.10編碼器
F.11分頻器
F.12鎖存器
F.13乘法器
F.14多路選擇器
F.15同位產生器/檢查器
F.16比率乘法器
F.17寄存器
F.18移位寄存器
F.19存儲寄存器
F.20小規模集成電路
F.21真值/補碼I/O器件
附錄G參數式元件庫
G.1門
G.2算術組件
G.3存儲組件
G.4其他組件
附錄HWindows 8系統USBBlaster驅動程序安裝方法
參考文獻
新書資訊