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出版者:Thomson Learning

作者:Roth

出品人:

页数:580

译者:

出版时间:2007-2

价格:$ 299.39

装帧:HRD

isbn号码:9780534384623

丛书系列:

图书标签:

• VHDL
• VHDL
• 数字系统设计
• 可编程逻辑器件
• FPGA
• 数字电路
• 硬件描述语言
• 电子工程
• 计算机工程
• Verilog
• EDA

《电路分析基础与应用》 简介 本书深入浅出地介绍了电路分析的核心概念、理论和实践方法，旨在为读者打下坚实的电子工程学科基础。从最基础的直流电路分析，到复杂的交流电路、瞬态响应以及非线性电路，本书都进行了系统而详尽的阐述。通过大量实例和精心设计的习题，读者将能够掌握分析和解决各类电路问题的能力，为后续深入学习其他电子工程领域奠定坚实的基础。 章节概览 第一章：电路的基本概念与元件 本章将引导读者认识电路世界的基本构成单位——电路元件。我们将从最基本的概念如电压、电流、电阻、电容、电感以及功率和能量的定义和物理意义入手。在此基础上，我们将介绍常见的电路元件，包括理想电阻、理想电容、理想电感，以及它们在不同电路分析中的作用。同时，本章还将引入节点、支路、回路等基本电路拓扑概念，为后续的电路分析方法打下基础。我们将强调欧姆定律和功率守恒定律在理解电路行为中的重要性。 第二章：直流电路分析 直流电路是电路分析的起点，也是许多实际应用的基础。本章将系统介绍分析直流电路的各种方法。我们将从基尔霍夫定律（KCL和KVL）开始，这是分析任何电路的基础。接着，我们将深入探讨节点电压法和网孔电流法，这两种系统化的分析方法能够帮助我们高效地求解复杂直流电路的电流和电压。此外，本章还将介绍等效电路的概念，包括戴维宁定理和诺顿定理，它们能够简化复杂电路，便于分析。电阻的串联和并联、电位和电势差的概念也将得到详细讲解。 第三章：交流电路分析 随着电子技术的发展，交流电路在现代社会中无处不在。本章将重点介绍交流电路的分析方法。我们将引入相量（phasor）的概念，这是一种强大的数学工具，能够将时域中的正弦量转换为频域中的复数，极大地简化了交流电路的计算。我们将分析交流电路中电阻、电容、电感元件的阻抗特性，以及它们在交流电路中的行为。RL、RC和RLC串联和并联电路的分析将是本章的重点。此外，我们还将讨论功率因数、平均功率、无功功率和视在功率等概念，这对于理解交流电能的传输和利用至关重要。 第四章：交流电路中的谐振与滤波 谐振电路在许多电子设备中扮演着关键角色，例如收音机、电视机和各种通信系统。本章将深入研究RLC串联和并联电路的谐振现象。我们将分析谐振频率、阻抗特性以及品质因数（Q值）对谐振电路性能的影响。在此基础上，我们将介绍滤波器的概念及其在信号处理中的应用。读者将学习如何设计和分析低通、高通、带通和带阻滤波器，以满足特定的频率选择性需求。 第五章：瞬态响应分析 许多电路元件，特别是电容和电感，具有储能特性，这使得电路在输入信号变化时会产生暂态过程。本章将聚焦于一阶和二阶电路的瞬态响应分析。我们将通过微分方程的方法，系统地求解电容和电感在直流或交流输入作用下的电压和电流随时间的变化规律。我们将详细分析RC、RL以及RLC电路的充电和放电过程，理解时间常数（τ）在瞬态响应中的作用。 第六章：三相电路分析 三相电路是现代电力系统中广泛使用的电力传输方式。本章将介绍三相电源和三相负载的连接方式，包括星形连接（Y）和三角形连接（Δ）。我们将分析三相电路的电压、电流关系，以及功率的计算。理解三相电路的平衡与不平衡状态，以及如何进行三相功率的测量，对于电力工程专业的学生尤为重要。 第七章：非线性电路基础 与理想的线性元件不同，实际的许多电子元件，如二极管和晶体管，表现出非线性特性。本章将介绍非线性电路的基本分析方法。我们将使用图形法（如伏安特性曲线）来分析非线性元件的行为。我们还将介绍叠加定理在非线性电路中的局限性，以及一些近似的分析方法。二极管的简单模型和应用将作为非线性电路分析的入门。 第八章：电路分析的数学工具 本章将回顾和补充在电路分析中常用的数学工具，包括复数运算、微分方程的求解方法、拉普拉斯变换等。拉普拉斯变换作为一种强大的频域分析工具，能够极大地简化包含电容和电感元件的电路的瞬态和稳态分析。我们将展示如何利用拉普拉斯变换来求解电路的微分方程，以及如何通过逆拉普拉斯变换得到时域解。 第九章：电路模型与仿真 在现代工程实践中，电路仿真软件扮演着至关重要的角色。本章将介绍常用的电路仿真软件（如SPICE及其衍生软件）的基本原理和使用方法。读者将学习如何建立电路模型，进行仿真参数设置，并解读仿真结果。通过仿真，我们可以更直观地理解电路的行为，验证理论计算的正确性，并对设计进行优化。 本书特色 理论与实践相结合： 本书不仅强调理论的深度，更注重其实际应用。每章都包含丰富的例题，覆盖了不同难度和类型的电路分析问题。 循序渐进的教学方法： 内容从基础概念开始，逐步深入到复杂的分析技术，确保读者能够稳步掌握知识。 清晰易懂的语言： 使用简洁明了的语言阐述复杂的概念，避免使用过于晦涩的术语。 丰富的习题： 每章末尾都附有大量精心设计的习题，包括概念题、计算题和应用题，帮助读者巩固所学知识。 数学工具的整合： 在讲解电路分析方法的同时，适时引入和回顾所需的数学工具，帮助读者更好地理解。 目标读者 本书适合于电子工程、通信工程、电气工程及其相关专业的本科生，以及需要巩固电路分析基础的工程师和技术人员。 通过学习本书，读者将能够深刻理解电路的工作原理，熟练运用各种分析方法解决实际问题，为进一步学习高级电子工程课程打下坚实的基础。

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这本书对于VHDL语言特性的深入挖掘，尤其是在类型系统和包（Package）管理方面，确实展现了作者深厚的功力。许多初学者往往只停留在`std_logic`和`std_logic_vector`的简单使用上，但这本书深入探讨了如何自定义数据类型来增强代码的自文档化能力，以及如何利用重载（Overloading）运算符来简化数学运算的描述。这部分内容对于提升代码的抽象层次非常有帮助，让设计者能够跳出单纯的位操作，更多地从算法和数据结构的角度去思考硬件实现。然而，这种深度也带来了一个问题：对于那些主要目标是快速验证概念原型（Proof of Concept）的读者来说，这些高级特性显得有些“杀鸡用牛刀”。比如，书中对“文件I/O”在测试平台（Testbench）中应用的讨论，虽然技术上完全正确，但在实际的仿真环境中，我们通常会依赖更高级的脚本语言（如Python或Tcl）来管理输入激励，而不是直接在VHDL内部处理复杂的外部文件读写。这本书的关注点似乎放在了“理论上能做什么”上，而非“工程实践中最常用和最高效的做法是什么”。

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这本书的封面设计，说实话，第一眼看过去有点像是那种上世纪末的教科书风格，那种厚重、略显单调的排版，让人不禁对内容产生一丝疑虑。我本来是期待一些更现代、更直观的图文布局，毕竟涉及到数字系统设计这种需要大量可视化辅助理解的领域。不过，翻开内页后，这种初步的印象倒是被一些扎实的理论内容所取代。作者在基础概念的阐述上非常细致，像是对待一个完全没有接触过数字电路的新手，从最基本的逻辑门开始，一步步构建起对组合逻辑和时序逻辑的理解框架。特别是对于状态机的描述部分，作者似乎下足了功夫，用了很多篇幅来推导和解释不同类型的有限状态机（FSM）的设计流程，包括状态编码的选择对资源利用率的影响。虽然讲解过程略显冗长，缺乏一些快速上手的“捷径”，但对于希望打下坚实基础，理解底层原理的读者来说，这种详尽无疑是宝贵的。只是，书中引用的范例代码块，很多时候感觉更新不够及时，有些语法结构虽然在VHDL标准中是合法的，但在当前主流的综合工具链中可能需要进行额外的调整，这给实际的仿真和实现带来了一些小小的摩擦。整体来看，它更像是一本深度聚焦于“为什么”和“怎么做”的理论参考书，而非快速实现的工具手册。

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我对这本书的仿真与验证章节印象最为深刻，但也是最感到遗憾的部分。作者花了篇幅讲解了如何编写VHDL测试平台，包括使用`process`来生成时钟和输入激励，以及如何使用`assert`语句进行基本的结果检查。这无疑是数字设计流程中至关重要的一环。但是，书中对现代验证方法学的覆盖非常有限。我期待看到至少是对SystemVerilog/UVM验证平台概念的介绍，或者至少是对基于属性规范（PSL/SVA）的形式化验证思想的讨论。目前这本书的验证视角完全停留在传统的、基于波形对比的仿真阶段。这种“隧道视野”对于现代SoC设计而言是远远不够的。在当前硬件复杂性指数级增长的背景下，仅依靠手工编写的激励和检查，效率低下且容易遗漏关键的覆盖点。这本书更像是一本专注于“如何用VHDL描述电路”的指南，而不是一本覆盖“如何用VHDL验证电路并交付可靠产品”的全面手册。对于追求高效、高质量交付的读者，这部分内容需要配合其他更前沿的验证书籍共同阅读。

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从语言风格和叙事节奏上来说，这本书的作者似乎非常偏爱教科书式的、严谨的学术语调。这种风格的好处是逻辑链条非常清晰，每一个论点都有明确的推导和证明。但带来的负面影响是，阅读体验相对枯燥，缺乏必要的“引导性”和“启发性”。在我阅读那些关于数据通路和控制单元分离设计的章节时，我常常需要来回翻阅前面的定义，以确保我没有遗漏任何一个细微的前提条件。这本书没有采用那种“先看结果，再剖析原理”的渐进式教学法，而是采用了“先建立理论框架，再套用实例”的自顶向下结构。对于那些天生对数字逻辑不那么敏感，需要通过具体应用场景来反推理论的读者（比如我），这种阅读过程会显得有些吃力。我更喜欢那种在引入复杂概念时，能穿插一些行业内的“最佳实践”或者“常见陷阱”的提醒。这本书的严谨性毋庸置疑，但它的“可亲近性”却有待提高，它更适合在课堂上作为教师的讲义参考，而不是让自学者感到轻松愉快的伴读。

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我最近在攻克一个复杂的SoC模块的接口设计，急需一本能提供清晰、实战性VHDL范例的书籍作为参考。然而，阅读《Digital Sys Design Using Vhdl》的过程中，我发现这本书的重点似乎更偏向于学术探讨和概念验证，而不是针对现代FPGA/ASIC设计流程的优化。书中花费了大量篇幅去解释各种抽象的建模方法论，比如如何用结构化描述和行为描述来平衡代码的可读性和可综合性，这一点我很欣赏。但是，当涉及到具体到如何高效地使用并行处理结构、如何进行约束（Constraints）管理，以及如何利用高级的综合指令（Pragmas）来指导综合器优化性能时，内容就显得有些力不从道了。我个人更倾向于看到那些直接展示如何处理流水线延迟、如何优化时钟域交叉（CDC）的硬核案例。这本书提供的例子大多是相对简单的计数器、译码器或者基础的FIFO结构，这些内容在网络上已经有大量的免费教程可以获取。对于一个有一定经验的工程师来说，这本书的“知识密度”在实战应用层面显得有些稀释，更像是为课程作业设计的辅助读物，而不是驱动实际项目进度的利器。希望未来的版本能增加关于高级优化技巧和工具链集成的章节。

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