按图索骥学用数字集成电路 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:李忠国 编

出品人:

页数:160

译者:

出版时间:2010-3

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787115216106

丛书系列:

图书标签:

• 数字集成电路
• 集成电路设计
• 电路分析
• 模拟电路
• 数字电路
• 电子工程
• 教材
• 学习
• 按图索骥
• 实践

《探索数字世界的奥秘：从原理到实践的深度解析》 引言 数字集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是现代电子技术的核心，它们以微小的尺寸集成了数量庞大的晶体管和其他电子元件，构成了我们日常生活中无处不在的电子设备的基础。从智能手机、电脑到汽车、通信基站，再到复杂的工业自动化系统和科学研究仪器，数字集成电路无不扮演着至关重要的角色。理解数字集成电路的工作原理、设计方法以及实际应用，不仅是电子工程、计算机科学等相关专业学生和从业人员的必修课，对于任何希望深入了解现代科技运作机制的爱好者而言，都具有极高的价值。 本书并非一本简单的“按图索骥”式的工具书，而是一次深入数字集成电路世界的系统性探索。它旨在为读者构建一个扎实的理论基础，并在此基础上引导读者理解复杂的数字电路设计流程，掌握实用的设计技巧，并最终能够灵活运用这些知识解决实际问题。我们相信，真正的掌握源于对事物本质的深刻理解，而非仅仅对既定流程的机械模仿。因此，本书将循序渐进地揭示数字集成电路的内在逻辑，让读者不仅能够“照着做”，更能“理解为什么”。 第一部分：数字集成电路的基石——逻辑与元件 在进入复杂电路的设计之前，理解数字信号的本质以及构成数字电路的基本单元至关重要。本部分将从最基础的概念入手，逐步深入。 数字信号的世界： 我们将首先回顾二进制数制及其在电子系统中的应用，阐述数字信号与模拟信号的区别，以及为何数字信号在现代电子系统中占据主导地位。了解二进制逻辑（0和1）如何通过电压的高低来表示，是理解一切数字电路的基础。 逻辑门：数字世界的“积木块”： 逻辑门是构成所有数字电路的基本逻辑单元。我们将详细介绍最基本的逻辑门，如与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT），以及它们的功能、逻辑符号和真值表。在此基础上，进一步探讨复合逻辑门，如与非门（NAND）、或非门（NOR）、异或门（XOR）和同或门（XNOR）。我们将深入分析这些逻辑门的内部结构（尽管在早期可能使用离散元件，但在IC内部它们是微小的晶体管组合），以及它们如何实现基本的逻辑运算。 晶体管：数字电路的“开关”： 晶体管是实现逻辑门功能的物理基础。虽然本书的重点在于数字逻辑，但理解其最基本的物理原理有助于加深理解。我们将简要介绍双极结型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET），特别是MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管），它是现代集成电路中最主要的晶体管类型。我们会重点讲解MOSFET作为开关的工作原理，如何通过栅极电压控制漏极电流的通断，从而实现逻辑门的“0”和“1”状态。 布尔代数：逻辑运算的数学语言： 布尔代数是描述和分析数字逻辑电路的强大数学工具。我们将详细介绍布尔代数的基本公理和定理，如交换律、结合律、分配律、德摩根定律等。通过大量的实例，演示如何使用布尔代数对逻辑表达式进行化简，从而设计出更简单、更高效的电路。这部分内容是优化数字电路设计的关键。 组合逻辑电路： 基于逻辑门，我们可以构建出实现各种功能的组合逻辑电路。我们将介绍如何从需求出发，通过真值表、卡诺图（Karnaugh Map）等方法设计组合逻辑电路。重点讲解常见的组合逻辑电路模块，如编码器（Encoder）、译码器（Decoder）、多路选择器（Multiplexer）、数据选择器（Demultiplexer）和加法器（Adder）、减法器（Subtractor）等，并分析它们的原理和应用。 第二部分：时序的魔法——存储与状态 数字电路不仅仅能进行逻辑运算，更重要的是它们能够存储信息，并根据时间的变化执行复杂的操作。本部分将聚焦于时序逻辑电路。 时序逻辑电路概览： 与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路的输出不仅取决于当前的输入，还取决于其过去的状态。这需要引入“记忆”元件。 锁存器（Latch）与触发器（Flip-Flop）： 锁存器和触发器是构建时序逻辑电路的基本存储单元。我们将详细讲解各种类型的触发器，如SR触发器、D触发器、JK触发器和T触发器，分析它们的结构、工作原理、时序图以及优缺点。重点解释它们如何实现对单个比特（bit）的存储，并能够根据时钟信号（clock signal）的状态进行状态的翻转或保持。 寄存器（Register）： 寄存器是将多个触发器组合起来，用于存储多个比特数据的单元。我们将介绍不同位数的寄存器，如移位寄存器（Shift Register），以及它们在数据传输和处理中的作用，如串行-并行转换、并行-串行转换等。 计数器（Counter）： 计数器是一种能够对时钟脉冲进行计数的时序电路。我们将详细讲解异步计数器和同步计数器，包括二进制计数器、十进制计数器、移位寄存器计数器等。分析它们的构成、工作原理，以及在分频、定时和序列生成等方面的应用。 有限状态机（Finite State Machine，FSM）： 有限状态机是描述和设计复杂时序逻辑系统的强大模型。我们将深入讲解Moore模型和Mealy模型，分析状态转移图和状态转移表的设计方法。通过实例，演示如何使用有限状态机来设计具有特定行为的时序控制器，如交通灯控制器、自动售货机控制器等。 第三部分：系统设计的艺术——从模块到大型系统 在掌握了基本的逻辑元件和时序电路后，我们将开始学习如何将这些基本单元组合成功能更强大的模块，并最终构建出复杂的数字集成电路系统。 硬件描述语言（HDL）： 现代数字集成电路的设计几乎完全依赖于硬件描述语言，如Verilog HDL和VHDL。本部分将重点介绍其中一种主流的HDL（例如，Verilog HDL），从其基本语法、数据类型、运算符、行为级建模、数据流建模到结构级建模。我们将通过大量的代码示例，演示如何使用HDL来描述逻辑门、组合逻辑电路、时序逻辑电路，以及如何进行仿真和验证。 可编程逻辑器件（PLD）与现场可编程门阵列（FPGA）： PLD和FPGA是实现数字集成电路原型设计和中小规模生产的重要硬件平台。我们将介绍CPLD（Complex Programmable Logic Device）和FPGA的基本结构、工作原理、编程流程以及它们在电子设计中的优势。本书将引导读者理解如何将HDL代码“烧写”到FPGA中，实现设计的功能。 数字系统设计流程： 本部分将系统性地介绍一个典型的数字集成电路设计流程，包括需求分析、系统架构设计、模块划分、HDL编码、仿真验证、综合（Synthesis）、布局布线（Place and Route）、时序分析、物理验证等关键步骤。我们将强调每个步骤的重要性以及它们之间的相互关系。 微处理器与微控制器： 作为数字集成电路中最核心的组成部分之一，我们将简要介绍微处理器（CPU）和微控制器（MCU）的基本架构，包括指令集、存储器接口、中断机制等。虽然深入讲解CPU和MCU的设计超出了本书的范畴，但了解它们的工作原理有助于读者理解更复杂的数字系统。 存储器接口与总线： 数字系统需要与各种存储器（如RAM、ROM、Flash）进行数据交互，并与其他外设进行通信。我们将介绍常见的存储器接口标准和总线协议，如I2C、SPI、UART、PCIe等，分析它们的通信方式和应用场景。 第四部分：实际应用与进阶探索 在理论和设计方法的基础上，本部分将引导读者将所学知识应用于实际场景，并展望数字集成电路的未来发展。 数字信号处理（DSP）： 数字信号处理是数字集成电路的重要应用领域。我们将介绍DSP的基本概念，如采样、量化、离散傅里叶变换（DFT），以及相关的数字滤波器设计。 通信系统中的数字集成电路： 介绍数字通信的基本原理，如调制解调、信源编码、信道编码，以及这些技术在基带处理器、射频前端等数字集成电路中的具体实现。 嵌入式系统： 嵌入式系统是数字集成电路最广泛的应用领域之一。我们将探讨嵌入式系统的组成，包括处理器、存储器、I/O接口等，以及如何利用数字集成电路设计和开发各种嵌入式应用，如智能家居、物联网设备、车载电子等。 FPGA在现代设计中的应用： 详细探讨FPGA在原型验证、ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）设计的前期验证、高速数字信号处理、通信系统、人工智能加速等领域的实际应用案例。 未来趋势与挑战： 展望数字集成电路未来的发展方向，如摩尔定律的延续与挑战、新兴材料与工艺、人工智能与机器学习在芯片设计中的应用、功耗与散热问题、安全与可靠性等。 结语 数字集成电路是一个广阔而充满活力的领域，其发展日新月异。本书旨在为您提供一个坚实的基础，开启您在数字世界中的探索之旅。通过理解其基本原理，掌握设计方法，您将能够更深刻地理解现代科技的运作，并有可能在这个日新月异的领域中贡献自己的力量。这本不是一个终点，而是一个新的起点，鼓励您不断学习，不断实践，用智慧和创造力去塑造数字化的未来。

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