电路与模拟电子学(普通高等教育十一五国家级规划教材) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:王成华

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价格:34.0

装帧:其他

isbn号码:9787870302076

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深入探索数字逻辑与微机原理的基石：现代电子系统的核心构建模块 （本书不包含《电路与模拟电子学（普通高等教育“十一五”国家级规划教材）》中的任何具体电路原理、元器件分析或模拟信号处理内容） --- 丛书前言：面向未来的电子系统设计者 在信息技术飞速发展的今天，电子系统已渗透到社会运作的每一个角落。从智能手机到高性能计算集群，从工业控制系统到航空航天设备，其稳定、高效运行的底层逻辑，无一不依赖于严谨的数字逻辑设计和高效的微处理器架构。 本书系一套针对电子信息大类专业学生及相关领域工程师精心编写的系列教材中的一卷，我们聚焦于电子信息技术链条中至关重要的“数字化”核心。本书旨在构建读者对现代电子系统如何通过二进制代码和逻辑门阵列实现复杂功能的深刻理解，是通往嵌入式系统、计算机组成原理、FPGA设计等前沿领域的关键桥梁。 我们坚信，理解数字系统的“语言”和“骨架”，是成为优秀电子工程师的必备素养。 --- 第一部分：数制、编码与布尔代数——数字世界的语言基础 本部分将带领读者从最基本的计数方式开始，逐步揭示数字系统的底层逻辑结构。我们完全避开连续信号和连续元件的讨论，专注于离散、量化的信息表示。 第一章：信息的数字化表示与数制系统 1.1 为什么要用二进制？ 探讨电子元件的天然双稳态特性，阐释二进制在物理实现上的优越性。 1.2 常见数制的转换： 深入讲解十进制、二进制、八进制、十六进制之间的精确转换方法，并强调在内存地址和数据表示中的实际应用。 1.3 数据的无符号与有符号表示法： 详细剖析原码、反码、补码（特别是补码）的构造原理、运算特性及其在计算机硬件中的唯一性优势。 1.4 浮点数标准（IEEE 754 简介）： 简要介绍定点数与浮点数的区别，并重点解析单精度和双精度浮点数的位域划分及其对精度和范围的影响。 1.5 字符与校验码： 介绍标准编码（如ASCII、Unicode）以及用于保障数据传输可靠性的奇偶校验、CRC（循环冗余校验）的基本原理。 第二章：布尔代数与逻辑运算 2.1 逻辑函数的定义与特性： 明确区分逻辑“真”与“假”在电路中的高低电平对应关系。 2.2 基本逻辑门电路： 深入探讨 AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR、XNOR 门的逻辑功能、真值表及其标准的图形符号。 2.3 布尔代数的公理与定理： 系统梳理交换律、结合律、分配律、德摩根定理等，强调这些代数工具是化简逻辑电路的数学基础。 2.4 逻辑函数的化简方法： 详细讲解代数化简法、卡诺图（Karnaugh Map）化简法（覆盖最小项、冗余项的识别），以及Quine-McCluskey方法（仅作原理介绍）。 2.5 标准形式的相互转换： 掌握如何将逻辑函数转换为最小项之和（SOP）与最大项之积（POS）形式，及其在实际电路设计中的对应关系。 --- 第二部分：组合逻辑电路设计与实现 本部分将理论转化为实践，专注于不含记忆单元（寄存器或触发器）的纯粹逻辑功能实现，这是所有控制器和数据通路的基础。 第三章：中规模组合逻辑芯片与应用 3.1 编码器与译码器（Encoder & Decoder）： 深入分析 $n$ 对 $2^n$ 译码器的结构，以及优先编码器的设计思路。 3.2 数据选择器（Multiplexer, MUX）： 重点讲解 $2:1$, $4:1$, $8:1$ 选择器的工作原理，以及如何利用MUX实现任意逻辑函数的组合电路。 3.3 数据分配器（Demultiplexer, DEMUX）： 阐述其与选择器的对称性及在信号路由中的作用。 3.4 加法器与算术逻辑单元（ALU）的基础： 详细设计半加器、全加器，并扩展到串行加法器、并行加法器（如快速进位链原理）。 3.5 比较器与奇偶发生器： 分析如何设计用于数据对比和错误检测的组合电路。 第四章：可编程逻辑器件（PLD）基础 4.1 概述： 介绍可编程逻辑器件的演变，将其视为通用逻辑门的集成封装。 4.2 PROM、PAL、GAL 结构与异同： 详细对比这三种基本可编程器件的 AND 阵列与 OR 阵列的可编程性，以及熔丝/反熔丝技术的工作原理。 4.3 利用 PLD 实现组合电路： 演示如何将化简后的逻辑表达式直接映射到特定的 PLD 芯片中进行配置和验证。 --- 第三部分：时序逻辑电路与状态机设计 本部分是数字电路设计的核心难点，涉及信息的存储、反馈以及状态的转移，是构成微处理器和控制器的关键。 第五章：基本存储单元与触发器 5.1 锁存器（Latch）与毛刺现象： 介绍 SR 锁存器，分析其电平触发的固有缺陷，如保持态和不确定状态。 5.2 同步触发器： 核心介绍 D 触发器（数据触发器）的工作原理，如何通过时钟沿控制数据的透明性。 5.3 主从结构与边沿触发： 深入分析 JK 触发器（通用性触发器）的控制机制，以及 T 触发器在分频电路中的应用。 5.4 触发器的标准参数： 讨论建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）和传播延迟（Propagation Delay）对高速电路设计的重要性。 第六章：寄存器、计数器与有限状态机（FSM） 6.1 寄存器组的构建： 利用 D 触发器构建并行加载、移位寄存器（如SISO, SIPO, PISO, PIPO）。 6.2 异步与同步计数器： 设计加法计数器、减法计数器，并探讨模 $N$ 计数器的实现方法。 6.3 有限状态机的理论基础： 介绍 FSM 的三种基本模型（米利、摩尔），以及状态编码（如独热码）的选择对电路复杂度的影响。 6.4 状态图与状态表： 详细演示如何根据系统要求绘制状态图，并将其转换为下一状态逻辑和输出逻辑的布尔表达式。 6.5 FSM 的设计与验证： 通过实际案例（如序列检测器）演示完整的同步时序逻辑电路设计流程，并强调消除竞争冒险（Hazard）的重要性。 --- 第四部分：微机系统基础架构与总线结构 本部分将视角提升到整个计算机系统的层面，讲解数字逻辑如何被组织成执行程序的机器。 第七章：存储器系统 7.1 存储器的分类与层次结构： 介绍寄存器、高速缓存（Cache）、主存（RAM/ROM）的性能、容量和成本权衡。 7.2 RAM 与 ROM 的原理： 深入分析静态随机存取存储器（SRAM）的六晶体管结构，以及动态随机存取存储器（DRAM）的电容存储原理和刷新机制。 7.3 存储器的地址译码与扩展： 讲解如何使用译码器将CPU发出的地址信号分配给特定存储单元，以及如何通过片选信号（CS）扩展存储空间。 第八章：微处理器核心结构与总线 8.1 冯·诺依曼与哈佛结构： 对比两种经典体系结构在指令和数据通路上的区别及其适用场景。 8.2 CPU 的核心组成： 详细解析运算器（ALU）、控制器（CU）和寄存器组的功能与相互协作关系。 8.3 指令执行周期： 深入剖析取指、译码、执行、写回四个阶段的时序控制过程。 8.4 存储器与 I/O 接口： 阐述系统总线（地址总线、数据总线、控制总线）的工作机制，数据在CPU、存储器和外部设备之间传输的协议和时序要求。 --- 总结 本书通过对数字逻辑门、组合电路、时序电路的系统性、工程化的训练，以及对现代微处理器基础架构的剖析，为读者构建了一个完整、坚实的数字电子技术知识体系。学完本书，读者将能够熟练地使用布尔代数工具进行优化设计，并能独立完成基于触发器的复杂控制逻辑的构建，为后续深入学习嵌入式系统开发和计算机体系结构奠定不可动摇的理论基础。 适用对象： 电子信息工程、通信工程、自动化、计算机科学与技术等相关专业本科生，以及从事数字电路设计、FPGA开发和嵌入式系统集成的工程师。

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我必须强调一下这本书在处理“噪声”和“频率响应”这些棘手问题时的细腻程度。在很多教材中，这些章节往往被简化处理，或者只是蜻蜓点水地提一下。然而，在这本《电路与模拟电子学》中，作者显然投入了巨大的精力去剖析这些“隐藏的杀手”。他们没有回避模拟电路固有的局限性，而是直面这些挑战，并提供了系统性的应对策略。比如，在频率响应部分，他们不仅仅讲解了高通和低通滤波器的截止频率计算，更重要的是，他们详细解释了相位裕度和增益裕度对系统稳定性的影响，以及如何通过波特图来直观地判断系统的动态性能。这种对系统级思维的培养，远超出了单纯的“元器件应用”层面。它让我明白，电子学设计不是孤立地看每一个元件，而是要将它们作为一个整体系统来优化，去对抗现实世界中的不完美。这本书为我建立了一种对高保真、高稳定度模拟电路设计的基本敬畏和方法论，这份收获，比单纯学会几个公式要珍贵得多。

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我对这本书的阅读体验，可以用“酣畅淋漓”来形容，它不像某些教材那样沉闷枯燥，反而充满了探究的乐趣。这本书在介绍概念时，常常会采用一种对比和辩证的手法。比如，在介绍不同类型的晶体管时，它不会简单地罗列它们的特性，而是会深入比较它们的优缺点，以及在特定应用场景下选择哪一种更为合适。这种“讲透”的教学思路，极大地激发了我的批判性思维。我发现自己不再满足于接受书本给出的结论，而是会主动去思考，如果改变某个参数，结果会发生什么变化。书中的习题设计也同样出色，它们不是那种机械重复的计算题，而是常常设计成小型设计任务或故障排除场景，迫使你综合运用所学知识去解决一个完整的问题。我记得有一道题是关于设计一个低噪声前置放大器，它要求你同时权衡噪声系数、输入阻抗和功耗，这种综合性的挑战让我真正体验到了作为电子工程师的思维过程。这种互动性和挑战性，让学习过程本身变成了一种享受，而不是负担。

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这本书简直是为我这种电子工程小白量身定做的“救星”！我之前对那些复杂的电路图和半导体器件总是望而生畏，总觉得它们藏着什么高深的秘密。然而，当我翻开这本教材时，那种压迫感瞬间消散了。它没有一开始就抛出那些让人头皮发麻的公式，而是循序渐进地，像一位耐心的老教授在一步步引导你走进这个奇妙的世界。特别是它对基本概念的阐述，简直可以用“庖丁解牛”来形容，每一个晶体管的开关动作、每一个放大器的增益计算，都被拆解得清清楚楚，让你能真正理解“为什么是这样”，而不是死记硬背。书中的插图质量极高，那些精心绘制的原理图和波形图，不仅清晰，而且标注得极为准确，配合着详尽的文字解释，即便是初次接触模拟电路的读者，也能迅速建立起完整的知识框架。我尤其欣赏它在讲解典型应用电路时的深入剖析，比如那些经典的运算放大器电路，它不仅告诉你它能做什么，更重要的是，它告诉你它是“如何”做到的，那种洞悉本质的感觉，真是让人欲罢不能。这本书的编排逻辑性非常强，章节间的过渡自然流畅，让你感觉不是在读一本教材，而是在进行一场有规划的智力探险。

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说实话，我拿到这本教材的时候，心里是抱着一丝怀疑的，毕竟现在市面上很多教材都存在“挂羊头卖狗肉”的情况，理论讲得云里雾里，实操却无从下手。但这本书，完全颠覆了我的这种刻板印象。它在理论深度和工程实践之间找到了一个近乎完美的平衡点。书中不仅有严谨的数学推导来支撑每一个设计准则，更重要的是，它大量融入了实际工程中的考量和约束条件。例如，在讨论功率放大器设计时，它不仅仅停留在理想情况下如何计算效率，而是会详细讨论散热问题、失真类型以及元器件的实际参数对最终性能的影响。这种“贴近现实”的讲解方式，对于我们这些即将踏入工作岗位的学生来说，简直是无价之宝。我特别喜欢其中穿插的“工程实例分析”部分，它让我们有机会观察真实世界中的电子系统是如何被搭建起来的，那些教科书上的理论是如何在实际的元器件容差和噪声环境中生存下来的。读完这些实例，我感觉自己看待电路问题的角度都提升了一个层次，不再是只盯着黑板上的理想模型，而是开始考虑“健壮性”和“可靠性”这些实际问题。这本书的价值，就在于它成功地架起了一座从象牙塔到工程实践的坚实桥梁。

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这本书的排版和装帧质量也值得称赞，这对于一本需要经常翻阅的工具书来说至关重要。纸张的质量非常好，不是那种一碰就容易折痕的廉价纸张，墨水的清晰度也无可挑剔，即便是那些密密麻麻的公式和复杂的波形图，看起来也毫不费力。更细致的是，书中对一些关键术语和重要公式的强调方式非常得体，通常会使用粗体或不同的颜色框起来，这使得我在快速回顾某个知识点时，能够迅速定位到核心内容，极大地提高了复习效率。同时，书后的索引做得非常详尽，我查找任何一个元件名称或一个特定概念时，都能快速定位到它在书中的所有出现位置，这对于在做项目需要快速查阅特定细节时，简直是太方便了。一本好的教材，除了内容要扎实，载体本身也必须可靠耐用，这本书显然在这方面也下足了功夫，看得出是经过精心打磨和长期使用的考量来制作的。

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