基本信息
- 作者： 艾明晶
- 丛书名： 普通高校本科计算机专业特色教材精选·计算机硬件
- 出版社：清华大学出版社
- ISBN：9787302338277
- 上架时间：2014-3-7
- 出版日期：2014 年3月
- 开本：16开
- 页码：340
- 版次：1-1
- 所属分类：计算机 > 计算机控制与仿真 > 电路设计 > Protel/EDA
内容简介
书籍
计算机书籍
《EDA设计实验教程》以培养学生的系统设计能力、激发学生的创新意识和培养自主设计能力为目标，以适应学生的个性化差异、满足不同基础学生的多样化需求为宗旨，构建了3个层次（设计型、综合型、自主型）的实验体系。全书分为3章，第1章“常用数字电路和数字系统实验”通过设计型实验培养学生的数字电路基本设计能力；第2章“复杂数字系统实验”通过综合型实验培养学生的大规模数字系统的综合设计能力；第3章“自主设计实验”通过自主型实验激发学生的创新意识，培养学生的自主设计能力。
在内容的组织上，本书注重内容和能力培养上的层次化；在内容的表述上，采用启发式教学取代“Step by Step”式的步骤说明来引导学生自主进行设计。与大多数强调实验步骤细节的实验教材不同的是，本书突出实验的设计思路、知识重点和技能难点，遵循人类认知事物的客观规律，按照“提出任务、分析问题、解决问题、总结方法”的思路设计每一个实验。在“实验报告”部分，提出了与本实验密切相关的若干问题，引导学生对实验原理、相关知识、设计思路及实验方法进行思考、归纳和总结。
《EDA设计实验教程》强调思路、方法和技巧，同时具有内容丰富、逻辑清晰、深入浅出、突出应用、综合性和趣味性强、详略得当、图文并茂等特点。
《EDA设计实验教程》既可以作为高等院校计算机专业或电子专业的EDA设计课程实验教材，也可以作为相关领域工程技术人员和硬件设计人员的自学和培训教材。
计算机书籍
《EDA设计实验教程》以培养学生的系统设计能力、激发学生的创新意识和培养自主设计能力为目标，以适应学生的个性化差异、满足不同基础学生的多样化需求为宗旨，构建了3个层次（设计型、综合型、自主型）的实验体系。全书分为3章，第1章“常用数字电路和数字系统实验”通过设计型实验培养学生的数字电路基本设计能力；第2章“复杂数字系统实验”通过综合型实验培养学生的大规模数字系统的综合设计能力；第3章“自主设计实验”通过自主型实验激发学生的创新意识，培养学生的自主设计能力。
在内容的组织上，本书注重内容和能力培养上的层次化；在内容的表述上，采用启发式教学取代“Step by Step”式的步骤说明来引导学生自主进行设计。与大多数强调实验步骤细节的实验教材不同的是，本书突出实验的设计思路、知识重点和技能难点，遵循人类认知事物的客观规律，按照“提出任务、分析问题、解决问题、总结方法”的思路设计每一个实验。在“实验报告”部分，提出了与本实验密切相关的若干问题，引导学生对实验原理、相关知识、设计思路及实验方法进行思考、归纳和总结。
《EDA设计实验教程》强调思路、方法和技巧，同时具有内容丰富、逻辑清晰、深入浅出、突出应用、综合性和趣味性强、详略得当、图文并茂等特点。
《EDA设计实验教程》既可以作为高等院校计算机专业或电子专业的EDA设计课程实验教材，也可以作为相关领域工程技术人员和硬件设计人员的自学和培训教材。
作译者
艾明晶，博士，北京航空航天大学计算机学院副教授、教学实验中心副主任，虚拟现实技术与系统国家重点实验室研究人员，北京市高等教育学会计算机教育研究会理事。北京航空航天大学校精品课程《大学计算机基础》课程负责人之一，主讲本科生《大学计算机基础》、《数字逻辑》和《计算机EDA设计》课程，主编出版教材4部，参与出版译著3部。潜心教学改革研究，先后获得校成飞奖教金、西飞奖教金、Nokia-北航奖教金和优秀班主任一等奖等奖励；获得校优秀教学成果奖一等奖2项、二等奖2项、三等奖6项。主要研究方向为视频编码与图像处理、嵌入式系统和虚拟现实等。主持并完成国家重要科研项目多项，包括国家863计划课题和总装预研项目等。在国内学术期刊和国际学术会议上发表学术论文30余篇，申请发明专利3项，获授权发明专利4项，获得软件著作权3项。
目录
《EDA设计实验教程》
第1章常用数字电路和数字系统实验1
实验1-1按键消抖电路1
一、 实验目的1
二、 实验任务1
三、 实验原理1
四、 实验指导2
五、 实验报告4
实验1-2电子抢答器5
一、 实验目的5
二、 实验任务5
三、 预习要求5
四、 实验原理5
五、 实验指导6
六、 实验报告11
实验1-3电子秒表电路11
一、 实验目的11
二、 实验任务12
三、 预习要求12
四、 设计思路12
第1章常用数字电路和数字系统实验1
实验1-1按键消抖电路1
一、 实验目的1
二、 实验任务1
三、 实验原理1
四、 实验指导2
五、 实验报告4
实验1-2电子抢答器5
一、 实验目的5
二、 实验任务5
三、 预习要求5
四、 实验原理5
五、 实验指导6
六、 实验报告11
实验1-3电子秒表电路11
一、 实验目的11
二、 实验任务12
三、 预习要求12
四、 设计思路12
前言
随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，电子电路的设计方法和工具已经发生了彻底的变革，EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）技术已逐渐成为硬件设计的主流方式。EDA技术是以计算机为工作平台，以EDA软件工具为开发环境，以硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL）为设计语言，以可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）为目标器件，以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的电子产品自动化设计技术。它是在计算机的辅助下完成电子产品设计方案的输入、处理、仿真和下载的一种硬件设计技术。EDA技术的出现使得数字系统传统的手工设计方法逐渐被自动设计方法所取代。对于理工科大学生来说，学习和掌握EDA技术，是非常必要的。
目前国内外不乏介绍EDA技术、硬件描述语言或PLD设计的通用教材，也不乏介绍某一门硬件类课程（如“数字逻辑”、“计算机组成原理”、“计算机接口与通信”）的理论教材，但是，如何灵活应用EDA技术去设计各种数字电路和复杂数字系统，尚没有专门的、系统的实验教材。
学生在学习了很多的理论知识、语言和工具并做了几个实验后发现，他们只会以教材的“Step by Step”式步骤说明为指导，完成一些简单电路的设计，但如果面对一个实际的电路设计需求，却不知如何下手。针对这种现象，笔者一直在思考，实验教材究竟应该怎样编写，才能够有效引导学生去主动学习、思考和探究，并通过实践真正掌握数字电路和系统的设计方法及仿真验证方法？
笔者认为，首先，在内容的组织上，应注重内容和能力培养的层次化。为此，本书精心设计了不同层次、不同类型有（设计型、综合型、自主型）的多个实验，按不同特点分布在各章中，且侧重点各有不同。通过设计型实验培养学生的数字电路基本设计能力；通过综合型实验培养学生的大规模数字系统的综合设计能力；通过自主型实验激发学生的创新意识，培养学生的自主设计能力。本书实验内容多样性和应用性强，涉及常用数字电路、计算机接口电路、自动控制电路以及游戏等不同的应用。每章安排的实验由浅入深，循序渐进，学生除完成教学内容规定的实验外，还可以选做难度较大的实验。
第1章“常用数字电路和数字系统实验”包括7个实验，均为设计型实验，实验内容涉及实际生活和工作中人们常见的各种数字电路和数字系统，如按键消抖电路、电子抢答器、电子秒表电路等；还涉及有限状态机的设计，即全自动洗衣机控制器；涉及数字传输中常用的校验和纠错电路，即循环冗余校验CRC电路。此外，有两个实验涉及对常用输出设备（VGA显示器、LCD）的控制，即“基于ROM的VGA显示”和“LCD显示控制电路”。通过这些实验，一方面可以使学生熟悉和掌握硬件描述语言和各种EDA工具的使用；另一方面可以使学生了解和掌握同步时序逻辑电路、异步时序逻辑电路、基于有限状态机的控制电路的设计方法，以及VGA显示器的工作时序及其控制电路的工作原理和设计方法、ROM和RAM的使用方法、EDA设计实验教程前言LCD显示控制电路的工作原理和设计方法。
第2章“复杂数字系统实验”包括6个实验，均为综合型实验，内容涉及电子日历和电子时钟、电梯控制器、PS/2键盘和鼠标控制的电子琴、LCD显示1位十进制计算器、对抗性弹球游戏等复杂数字系统。这些实验规模较大，趣味性强，贴近生活，有助于激发学生的学习兴趣和创新意识。通过这些实验，使学生熟练掌握对PS/2键盘鼠标、VGA显示器、LCD等各种外设的控制方法，了解对于一个复杂系统，从根据基本的行为模型或功能要求规划电路、建立逻辑模型到实现整个系统的设计过程，并掌握其中的设计思路与方法，从而培养学生的综合设计能力和解决实际问题的能力。在该章最后提供了一个难度较大的游戏类创新实验“推箱子游戏”，学生可以小组合作，采用project的方式设计和完成实验，这将有利于培养提高学生的创新能力、系统设计能力和团队协作精神。
第3章“自主设计实验”包括7个实验，即出租车计价器、卡式电话计费器、乐曲演奏电路、乒乓球游戏机、自动售货机、银行自动排号叫号系统和可控函数信号发生器。每个实验只提设计要求，并给出必要的设计思路和提示，但不提供详细的设计过程，要求学生自主完成一个系统从设计到实现的全过程。这种自主型实验为学生提供了充分的自由想象和自由发挥的空间，促使学生主动思考、规划设计方案、自主设计、独立完成，能有效启发和引导学生综合运用现有的知识，甚至需要学生自学一些新技术，来完成实验任务。这将有利于培养锻炼学生的自主学习能力、自主设计能力和创新精神。
其次，在内容的表述上，应采用启发式教学取代“Step by Step”式的步骤说明来引导学生自主进行设计。相比于大多数教材在实验指导中给出详细操作步骤，甚至给出完整的源代码，本教材更注重的是传授现代数字系统的设计思想和设计方法。为避免学生照搬已有的设计，在教材中不提供完整的源代码，只给出程序框架或部分源代码，主要是对实验的关键环节和难点部分，给出较详细的思路和必要的提示，这样引导学生掌握设计的要点，再通过自己的思考和自主设计，完成实验。
与一般教材不同的是，本教材遵循人类认知事物的客观规律，按照“提出任务→分析问题→解决问题→总结方法”的思路设计每一个实验。教材具有如下特色。
1. 采用启发式教学，突出实验的设计思路
与大多数强调实验步骤细节的教材不同，本书突出实验的设计思路，不是简单地告诉学生怎么做，而是启发学生在遇到一个问题时怎么想，采用什么方法去解决，引导学生做好方案设计和规划，并对设计方法进行必要的思考和总结。
在“预习要求”中，针对实验原理和实验内容提出了若干思考题和预习要求，引导学生在弄懂实验原理的基础上做好充分的准备工作，如模块划分、编写程序、进行仿真等，以保障课堂实验效果。
过去那种“Step by Step”式的实验教学模式，是难以启发学生的创新思维的，更谈不上创新能力的培养。“授人以鱼，不如授人以渔”。在“实验指导”中，改变“Step by Step”式的实验步骤分解方式，结合实验的目标和任务，引出实验方法和步骤。首先给出总体设计思路，使学生了解如何根据实验要求进行合理的模块划分。然后在各子模块的设计中，只给出程序框架，但并不提供完整的源代码；对于重点和难点部分，则详细分析怎样做、为什么这样做，通过启发式教学引导学生自主完成设计。需要特别注意的地方会用“注意”来醒目表示，对于实用性很强的小技巧或是某个知识的深化和延伸，则用“提示”来醒目表示，便于学生及时抓住重点。
在“实验报告”中，提出了与本实验密切相关的若干思考题，引导学生对实验原理、相关知识、设计思路及实验方法进行思考、归纳和总结，对实验现象进行分析，对典型问题进行探究和思考，从而进一步深化对知识的理解和灵活应用。
2. 理论和实践相结合，注重拓宽学生的知识面
相比于大多数实验教材只告诉学生怎么做，本教材在“实验原理”中首先介绍要设计的电路其工作原理是什么，涉及哪些方面的知识。这样使学生对以前从未接触过的一些实际电路、系统或知识，能够有一个感性认识，并且能迅速掌握其基本原理和工作时序，从而设计出系统。
比如，本书系统介绍了有限状态机的设计方法、PS/2键盘鼠标接口标准、VGA显示器工作时序、LCD显示控制电路原理、ROM和RAM的设计方法等，这些都是非常有用的知识。在学习掌握理论知识的基础上，再通过具体的实验来设计实现相关的电路和系统，达到理论与实践的有机结合，这将有助于扩大学生的知识面，激发学生对各种知识的兴趣，积极参加各类科技活动。
此外,还介绍了ROM的两种创建方法，生成MIF文件的两种方法。引脚锁定除了常见的通过分配编辑器进行引脚分配的方法外，还专门介绍了通过修改设置文件（[工程名].qsf）进行引脚锁定的方法。这些方法对于帮助学生完成设计大有裨益。
3. 综合性和趣味性强，面向实际应用
本书特别注重教材的综合性、趣味性与实用性，大多数实验都是贴近生活与实际应用的电路设计，如全自动洗衣机控制器、电梯控制器、出租车计价器、乐曲演奏电路、自动售货机、PS/2键盘和鼠标控制的电子琴、LCD显示1位十进制计算器、对抗性弹球游戏、可控函数信号发生器、推箱子游戏等。这些实验都具有一定的难度和挑战性，可以大大激发学生的学习兴趣和创新意识。
目前国内外不乏介绍EDA技术、硬件描述语言或PLD设计的通用教材，也不乏介绍某一门硬件类课程（如“数字逻辑”、“计算机组成原理”、“计算机接口与通信”）的理论教材，但是，如何灵活应用EDA技术去设计各种数字电路和复杂数字系统，尚没有专门的、系统的实验教材。
学生在学习了很多的理论知识、语言和工具并做了几个实验后发现，他们只会以教材的“Step by Step”式步骤说明为指导，完成一些简单电路的设计，但如果面对一个实际的电路设计需求，却不知如何下手。针对这种现象，笔者一直在思考，实验教材究竟应该怎样编写，才能够有效引导学生去主动学习、思考和探究，并通过实践真正掌握数字电路和系统的设计方法及仿真验证方法？
笔者认为，首先，在内容的组织上，应注重内容和能力培养的层次化。为此，本书精心设计了不同层次、不同类型有（设计型、综合型、自主型）的多个实验，按不同特点分布在各章中，且侧重点各有不同。通过设计型实验培养学生的数字电路基本设计能力；通过综合型实验培养学生的大规模数字系统的综合设计能力；通过自主型实验激发学生的创新意识，培养学生的自主设计能力。本书实验内容多样性和应用性强，涉及常用数字电路、计算机接口电路、自动控制电路以及游戏等不同的应用。每章安排的实验由浅入深，循序渐进，学生除完成教学内容规定的实验外，还可以选做难度较大的实验。
第1章“常用数字电路和数字系统实验”包括7个实验，均为设计型实验，实验内容涉及实际生活和工作中人们常见的各种数字电路和数字系统，如按键消抖电路、电子抢答器、电子秒表电路等；还涉及有限状态机的设计，即全自动洗衣机控制器；涉及数字传输中常用的校验和纠错电路，即循环冗余校验CRC电路。此外，有两个实验涉及对常用输出设备（VGA显示器、LCD）的控制，即“基于ROM的VGA显示”和“LCD显示控制电路”。通过这些实验，一方面可以使学生熟悉和掌握硬件描述语言和各种EDA工具的使用；另一方面可以使学生了解和掌握同步时序逻辑电路、异步时序逻辑电路、基于有限状态机的控制电路的设计方法，以及VGA显示器的工作时序及其控制电路的工作原理和设计方法、ROM和RAM的使用方法、EDA设计实验教程前言LCD显示控制电路的工作原理和设计方法。
第2章“复杂数字系统实验”包括6个实验，均为综合型实验，内容涉及电子日历和电子时钟、电梯控制器、PS/2键盘和鼠标控制的电子琴、LCD显示1位十进制计算器、对抗性弹球游戏等复杂数字系统。这些实验规模较大，趣味性强，贴近生活，有助于激发学生的学习兴趣和创新意识。通过这些实验，使学生熟练掌握对PS/2键盘鼠标、VGA显示器、LCD等各种外设的控制方法，了解对于一个复杂系统，从根据基本的行为模型或功能要求规划电路、建立逻辑模型到实现整个系统的设计过程，并掌握其中的设计思路与方法，从而培养学生的综合设计能力和解决实际问题的能力。在该章最后提供了一个难度较大的游戏类创新实验“推箱子游戏”，学生可以小组合作，采用project的方式设计和完成实验，这将有利于培养提高学生的创新能力、系统设计能力和团队协作精神。
第3章“自主设计实验”包括7个实验，即出租车计价器、卡式电话计费器、乐曲演奏电路、乒乓球游戏机、自动售货机、银行自动排号叫号系统和可控函数信号发生器。每个实验只提设计要求，并给出必要的设计思路和提示，但不提供详细的设计过程，要求学生自主完成一个系统从设计到实现的全过程。这种自主型实验为学生提供了充分的自由想象和自由发挥的空间，促使学生主动思考、规划设计方案、自主设计、独立完成，能有效启发和引导学生综合运用现有的知识，甚至需要学生自学一些新技术，来完成实验任务。这将有利于培养锻炼学生的自主学习能力、自主设计能力和创新精神。
其次，在内容的表述上，应采用启发式教学取代“Step by Step”式的步骤说明来引导学生自主进行设计。相比于大多数教材在实验指导中给出详细操作步骤，甚至给出完整的源代码，本教材更注重的是传授现代数字系统的设计思想和设计方法。为避免学生照搬已有的设计，在教材中不提供完整的源代码，只给出程序框架或部分源代码，主要是对实验的关键环节和难点部分，给出较详细的思路和必要的提示，这样引导学生掌握设计的要点，再通过自己的思考和自主设计，完成实验。
与一般教材不同的是，本教材遵循人类认知事物的客观规律，按照“提出任务→分析问题→解决问题→总结方法”的思路设计每一个实验。教材具有如下特色。
1. 采用启发式教学，突出实验的设计思路
与大多数强调实验步骤细节的教材不同，本书突出实验的设计思路，不是简单地告诉学生怎么做，而是启发学生在遇到一个问题时怎么想，采用什么方法去解决，引导学生做好方案设计和规划，并对设计方法进行必要的思考和总结。
在“预习要求”中，针对实验原理和实验内容提出了若干思考题和预习要求，引导学生在弄懂实验原理的基础上做好充分的准备工作，如模块划分、编写程序、进行仿真等，以保障课堂实验效果。
过去那种“Step by Step”式的实验教学模式，是难以启发学生的创新思维的，更谈不上创新能力的培养。“授人以鱼，不如授人以渔”。在“实验指导”中，改变“Step by Step”式的实验步骤分解方式，结合实验的目标和任务，引出实验方法和步骤。首先给出总体设计思路，使学生了解如何根据实验要求进行合理的模块划分。然后在各子模块的设计中，只给出程序框架，但并不提供完整的源代码；对于重点和难点部分，则详细分析怎样做、为什么这样做，通过启发式教学引导学生自主完成设计。需要特别注意的地方会用“注意”来醒目表示，对于实用性很强的小技巧或是某个知识的深化和延伸，则用“提示”来醒目表示，便于学生及时抓住重点。
在“实验报告”中，提出了与本实验密切相关的若干思考题，引导学生对实验原理、相关知识、设计思路及实验方法进行思考、归纳和总结，对实验现象进行分析，对典型问题进行探究和思考，从而进一步深化对知识的理解和灵活应用。
2. 理论和实践相结合，注重拓宽学生的知识面
相比于大多数实验教材只告诉学生怎么做，本教材在“实验原理”中首先介绍要设计的电路其工作原理是什么，涉及哪些方面的知识。这样使学生对以前从未接触过的一些实际电路、系统或知识，能够有一个感性认识，并且能迅速掌握其基本原理和工作时序，从而设计出系统。
比如，本书系统介绍了有限状态机的设计方法、PS/2键盘鼠标接口标准、VGA显示器工作时序、LCD显示控制电路原理、ROM和RAM的设计方法等，这些都是非常有用的知识。在学习掌握理论知识的基础上，再通过具体的实验来设计实现相关的电路和系统，达到理论与实践的有机结合，这将有助于扩大学生的知识面，激发学生对各种知识的兴趣，积极参加各类科技活动。
此外,还介绍了ROM的两种创建方法，生成MIF文件的两种方法。引脚锁定除了常见的通过分配编辑器进行引脚分配的方法外，还专门介绍了通过修改设置文件（[工程名].qsf）进行引脚锁定的方法。这些方法对于帮助学生完成设计大有裨益。
3. 综合性和趣味性强，面向实际应用
本书特别注重教材的综合性、趣味性与实用性，大多数实验都是贴近生活与实际应用的电路设计，如全自动洗衣机控制器、电梯控制器、出租车计价器、乐曲演奏电路、自动售货机、PS/2键盘和鼠标控制的电子琴、LCD显示1位十进制计算器、对抗性弹球游戏、可控函数信号发生器、推箱子游戏等。这些实验都具有一定的难度和挑战性，可以大大激发学生的学习兴趣和创新意识。
作者其它作品
大学计算机基础实验教程（第2版）
- ￥28.50
- ￥23.65
- 大学计算机基础（第2版）
- 大学计算机基础实验指导
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