数字设计基础与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

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出品人:

页数:371

译者:

出版时间:2010-2

价格:33.00元

装帧:

isbn号码:9787302214069

丛书系列:

图书标签:

• K
• 数字电路
• 数字设计
• FPGA
• Verilog
• VHDL
• 计算机组成原理
• 逻辑设计
• 电子工程
• 嵌入式系统
• 数字系统设计

《数字设计基础与应用》是一本旨在为读者系统性地介绍数字逻辑设计核心概念、方法与实践的书籍。它将引导读者从最基础的逻辑门电路出发，逐步深入到组合逻辑和时序逻辑电路的设计与分析，最终触及复杂的数字系统构建。本书内容涵盖了从理论推导到实际应用的全过程，力求让读者不仅理解“是什么”，更能掌握“怎么做”。 第一部分：数字逻辑的基础 在数字世界的基石部分，本书将首先带您领略二进制的魅力。您将理解二进制数系的表示方法，学习二进制数的算术运算，例如加法、减法、乘法和除法，以及它们在计算机内部如何实现。更为重要的是，本书将深入讲解各种二进制编码，包括格雷码、BCD码、ASCII码等，并分析它们在不同场景下的优势与适用性。 随后，我们将聚焦于数字逻辑的灵魂——逻辑门。本书将详细介绍最基本的三种逻辑门：AND门、OR门和NOT门，阐述它们的逻辑功能、真值表以及在电路中的符号表示。在此基础上，我们将引出其他重要的逻辑门，如NAND门、NOR门、XOR门和XNOR门，深入剖析它们的逻辑关系以及与其他门之间的相互转换。理解这些基本逻辑门的工作原理，是掌握后续所有数字设计内容的前提。 第二部分：布尔代数与逻辑化简 一旦熟悉了逻辑门，我们便进入了抽象而强大的布尔代数世界。本书将详细介绍布尔代数的公理和定理，例如交换律、结合律、分配律、德摩根定律等。这些定律不仅是逻辑运算的理论基础，更是进行逻辑化简的利器。读者将学习如何运用这些定理来简化复杂的逻辑表达式，从而降低电路的复杂度和成本。 逻辑化简是数字设计中的一项核心技能，本书将提供多种方法来达到这一目的。我们将介绍代数化简法，通过熟练运用布尔代数定理进行推导。更直观且高效的方法是卡诺图（Karnaugh Map）。本书将详细讲解如何绘制和使用卡诺图，通过图形化的方式找到逻辑函数的最小项和最大项，并进行化简。对于更复杂的逻辑函数，还将介绍奎恩-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）算法，一种系统化的、可用于计算机求解的化简方法。掌握这些化简技巧，将使您能够设计出效率更高、性能更优的数字电路。 第三部分：组合逻辑电路设计 组合逻辑电路的特点是输出仅取决于当前的输入，不受过去输入的影响。本书将深入探讨各类组合逻辑电路的设计与应用。 我们将从最基础的逻辑功能单元开始，例如译码器（Decoder）和编码器（Encoder）。您将学习如何设计一个N到2^N的译码器，实现地址解码和数据选择等功能，以及如何设计一个M到N的编码器，实现信号的优先级编码和数据转换。 随后，本书将重点介绍数据选择器（Multiplexer，简称MUX）和数据分配器（Demultiplexer，简称DEMUX）。您将理解数据选择器如何根据选择信号从多个输入中选择一个送往输出，以及它在信号路由、数据复用等方面的广泛应用。数据分配器则与数据选择器功能相反，将一个输入信号分发到多个输出中的一个。 加法器（Adder）是组合逻辑电路中非常重要的一类电路。本书将详细介绍半加器（Half Adder）和全加器（Full Adder）的设计原理，并在此基础上讲解如何构建多位加法器，如行波进位加法器（Ripple Carry Adder）和超前进位加法器（Carry Lookahead Adder），分析它们在处理二进制数加法时的效率差异。本书还将介绍减法器的实现，通常通过加法的补码形式完成。 此外，本书还会涵盖其他重要的组合逻辑电路，如比较器（Comparator），用于比较两个二进制数的大小；奇偶校验发生器（Parity Generator）和检测器（Checker），用于数据传输中的错误检测。 第四部分：时序逻辑电路设计 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输入，还取决于电路过去的状态，这引入了“记忆”的概念。本书将详细讲解时序逻辑电路的核心组成部分——触发器（Flip-Flop）。 我们将从最基本的SR触发器（Set-Reset Flip-Flop）开始，分析其工作原理、状态转移图和时序图。随后，我们将引入更实用和常用的触发器类型，例如D触发器（Data Flip-Flop）、JK触发器（Jack Kilby Flip-Flop）和T触发器（Toggle Flip-Flop）。本书将深入探讨这些触发器的结构、激发（clocking）机制（如上升沿触发、下降沿触发）以及它们之间的相互转换。 基于触发器，我们将构建各种时序逻辑电路。本书将详细讲解寄存器（Register）的设计，包括并行加载寄存器、移位寄存器（Shift Register）等，理解它们在数据存储和转移中的作用。 计数器（Counter）是另一类重要的时序逻辑电路。我们将介绍同步计数器（Synchronous Counter）和异步计数器（Asynchronous Counter），讲解如何设计二进制计数器、十进制计数器（BCD Counter）以及任意模数计数器。您还将学习如何实现各种计数序列，例如加法计数、减法计数，以及带有预置值和清零功能的计数器。 最后，本书还将介绍有限状态机（Finite State Machine，FSM）。我们将详细讲解米利型（Mealy）和摩尔型（Moore）两种类型的有限状态机模型，包括状态转移图、状态表的设计，以及如何将其转化为实际的逻辑电路。有限状态机是设计控制器、序列发生器以及其他复杂顺序逻辑系统的强大工具。 第五部分：半导体存储器与逻辑系列 数字系统离不开数据的存储，本书将对半导体存储器的基本原理进行介绍。我们将探讨随机访问存储器（RAM）和只读存储器（ROM）的基本概念，包括RAM的读写操作、ROM的寻址和数据读取。在此基础上，我们将介绍不同类型的RAM，如静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM），以及不同类型的ROM，如掩膜ROM（Mask ROM）、PROM、EPROM和EEPROM，并分析它们的特点和应用场景。 同时，本书还将简要介绍数字逻辑电路的实现技术，例如TTL（Transistor-Transistor Logic）和CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）逻辑系列。您将了解这些逻辑系列的基本工作原理、电压和电流特性、功耗以及它们在选择不同集成电路时的考虑因素。 第六部分：现代数字设计流程与实践 为了与时俱进，本书将引入现代数字设计所使用的工具和流程。我们将简要介绍硬件描述语言（HDL），如Verilog或VHDL，以及它们在描述和仿真数字电路中的作用。读者将了解如何使用HDL来设计更复杂的数字系统，并通过仿真验证其正确性。 此外，本书还将概述FPGA（Field-Programmable Gate Array）和ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）等可编程逻辑器件和专用集成电路的基本概念。了解这些先进的制造和设计技术，将有助于读者对数字设计的未来发展趋势有更深入的认识。 结论 《数字设计基础与应用》旨在为读者建立起一套扎实的数字逻辑设计知识体系。从最基本的逻辑门到复杂的时序逻辑系统，从理论推导到实践应用，本书层层递进，逻辑清晰。通过对本书的学习，读者将能够独立地进行数字电路的设计、分析和化简，为进一步深入学习数字信号处理、微处理器设计、嵌入式系统等相关领域打下坚实的基础。本书的编写风格力求通俗易懂，配以丰富的图示和示例，帮助读者更直观地理解抽象的逻辑概念，从而激发对数字设计领域的兴趣和热情。

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