F  O R E W O R D

前言

计算机硬件技术基础系列实验是信息类专业配套开设的必修实验课。此类实验课能够帮助学生从物理芯片层、数字逻辑层、体系结构层了解数字系统硬件逻辑设计，有利于进一步学习计算机接口技术、嵌入式技术等高级应用，也有利于提升学生的实践能力。

1999年，在以培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才的学院教育指导思想的指引下，以提高学生的综合能力、培养创新人才为主线，结合课程自身的特点和技术发展趋势，实验室开展了一系列的硬件技术基础实验教学改革。历经15年，探索出一条适合信息专业学生加强综合能力的硬件实验教学链条式教育培养模式，获得了广大教师和学生的认可。借此我们把多年的教学研究总结归纳并重新整合，编写出实验教材与广大教师和学生分享。

全书共6章，简单介绍如下：

第1章主要从硬件技术基础实验教学中存在的问题及解决思路入手，阐述了硬件实验教学模式、实验设备研发、实验内容系统化设定，实验教学方法研究，综合考核与测试制度的制定等方面的教学实施方案。

第2章分3个层次介绍了基础电路的相关实验及综合设计内容，学生能掌握物理层面的相关知识（元器件、集成电路的认识、基本原理、性能测试、性能分析），掌握常用电子仪器与仪表的使用技能。

第3章介绍自制硬件数字系统设计平台以及相关软件的使用，将FPGA开发与应用的相关知识循序渐进地融合到实验项目以及综合设计项目中，学生能掌握逻辑层面的相关知识（数字部件、组件的认识、基本原理、性能测试、性能分析），初步学会数字系统设计的方法和初步的FPGA开发与应用技术：用硬件描述语言VHDL描述硬件内部的逻辑关系；数字系统性能测试与逻辑分析技能；软件工具使用中的技巧，软硬件调试的方法与技巧等。

第4章以CPU为典型案例，分7大部分（总线、运算器、存储器、数据通路、时序电路、微程序控制器、模型机与程序运行）设定实验内容，且每个模块又分别设计了几个小实验，并可依据原理框图用图形法或硬件描述语言等方法实现，学生能掌握复杂数字系统的结构原理、设计原理、性能测试、性能分析，进一步掌握FPGA开发与应用技术。

第5章讲述单片机系统全过程以8位RISC式AVR CPU软核为中心，首先从单片机系统程序处理角度入手，借助原型芯片行为模型，方便完成软件编程与硬件逻辑设计； 其次，案例设计片上系统虚拟平台从仿真上展示了单片机周边必不可少的数据输入与输出； 最后，自然过渡至创客硬件开发板，项目驱动智能硬件构件装配、应用开发与调试实践。

第6章通过展示自制数字系统实验箱的通信功能，介绍基于FT245BM和FPGA的USB接口设计实例。

该教材是我们15年改革的归纳总结，现有的课程内容安排、教学组织、教学方法以及考核模式极大地调动了学生对硬件知识以及硬件实验的学习积极性，实验内容的精心设计解决了硬件实验课程教学缺乏系统性的问题，同时，教师在实验教学过程中应用摸索总结了多种适用的实验教学方法，结合综合考核与测试制度，通过链条式教育，强化学生做中学并掌握相关知识与技能，更深层次、更大范围地激发和挖掘学生的潜能，培养具有创新意识、创造性思维和创新能力的人才。

在本书的编写及实验教学中，湖南大学信息科学与工程学院的李仁发教授、徐成教授及信息技术实验室的老师们给予了极大的帮助和支持。李仁发教授任院长期间大力支持硬件技术实验教学改革。徐成教授设计了DDA系列数字系统实验平台并提供了实验平台资料。刘三一、钱彭飞老师设计了HBE硬件基础电路实验箱和低频电路实验箱并提供了实验平台资料。在此，编者对他们表示衷心的感谢。

如果您对本书有任何疑问或希望获取相关帮助，可以通过以下方式联系到我们：fangkq601@sina.com。由于编者水平有限，书中难免存在不足，敬请各位读者批评指正。

编者2016年10月