数字电路与逻辑设计

数字电路与逻辑设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:370
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出版时间:2010-5
价格:34.60元
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isbn号码:9787040287998
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图书标签:
  • 数字电路
  • 逻辑设计
  • 计算机组成原理
  • 电子技术
  • 电路分析
  • 数字系统设计
  • FPGA
  • Verilog
  • VHDL
  • 电子工程
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具体描述

《数字电路与逻辑设计(第3版)》是普通高等教育“十一五”国家级规划教材。《数字电路与逻辑设计(第3版)》在前两版教材的基础上,对“数字电路与数字逻辑”课程内容进行了整合优化,从应用角度出发介绍了数字电路的基础知识、逻辑分析的基本方法及数字电路设计制作的基本技能,并关注了中大规模集成电路的应用。全书分上、下两篇,主要内容包括:逻辑代数基础、集成逻辑门电路、组合逻辑电路、集成触发器、时序逻辑电路、脉冲波形的产生和整形、数模及模数转换器、大规模集成数字电路、常用仪器与设备的使用方法、数字电路没计的基础知识、ewb应用简介、cpld/fpga开发环境quartusⅱ应用简介、数字电路单元实验、数字系统综合设计。其中数字电路单元实验、数字系统综合设计以及cpld/fpga开发应用等内容可根据教学实际情况选用。

《数字电路与逻辑设计(第3版)》可作为高等职业学校、高等专科学校、成人高校及本科院校的二级职业技术学院和民办高校计算机专业、通信专业、电子类专业的教材,也可供有关专业技术人员参考使用,或作为自学用书。

电子系统设计与应用:从理论到实践 内容提要 本书旨在为读者提供一个全面而深入的电子系统设计视角,涵盖了从基础理论到实际应用的关键环节。我们聚焦于现代电子系统的核心构建模块,探讨了信号的获取、处理、传输与存储技术,旨在培养读者运用跨学科知识解决复杂工程问题的能力。全书结构清晰,内容详实,适合电子工程、通信工程、自动化、计算机科学等相关专业的学生和工程技术人员阅读。 第一章:模拟信号基础与放大技术 本章首先回顾了基本的电路理论,包括基尔霍夫定律、欧姆定律以及交流电路分析方法。在此基础上,重点深入探讨了半导体器件的物理特性,特别是二极管和晶体管(BJT与MOSFET)的工作原理及其在实际电路中的应用模型。 随后,我们将视角转向信号处理的基础——放大电路。详细分析了不同配置(共射、共集、共基、共源、共漏、共栅)下的放大电路的直流偏置、小信号模型、频率响应、输入/输出阻抗特性。为了应对高精度和高速度的要求,本章专门开辟章节讨论了运算放大器(Op-Amp)的内部结构、理想与非理想特性,以及如何利用反馈理论实现精密放大、积分、微分等基本运算电路。此外,还涵盖了功率放大器的设计考量,包括效率、散热和失真分析。本章的实践部分侧重于如何使用仿真工具对多级放大器进行稳定性分析和噪声评估。 第二章:电源管理与线性/开关调节 稳定的电源是任何电子系统的生命线。本章系统地介绍了直流电源的设计与实现。从变压器、整流电路(半波、全波、桥式)到滤波器的设计(RC、LC滤波器),详细阐述了纹波的产生与抑制。 重点在于电压调节技术。首先深入剖析了线性稳压器(LDO)的内部结构、优缺点及其应用场景。随后,转向更高效的开关电源技术,详尽讲解了降压(Buck)、升压(Boost)和反相(Buck-Boost)转换器的基本拓扑结构、工作模式(CCM/DCM)以及关键设计参数的计算,包括电感和电容的选择标准。本章还探讨了电源管理中的瞬态响应分析、环路补偿技术,以及多路电源系统中的交叉调整率和负载共享问题。对电磁兼容性(EMC)在电源设计中的初步考量也进行了介绍。 第三章:传感器接口与数据采集系统(DAS) 本章关注如何将物理世界中的连续模拟信号转化为可供数字系统处理的数据。首先分类讨论了各类常用传感器(如温度、压力、光敏、应变片)的工作原理和电气特性,以及如何进行信号调理,包括桥式电路的激励和平衡。 数据采集系统的核心是模数转换器(ADC)。本章详细对比了不同架构ADC(如逐次逼近式SAR、双斜率、流水线式、Σ-Δ)的优缺点、有效位数(ENOB)、采样率和功耗特性。特别强调了采样定理在系统设计中的指导作用,以及量化误差、非线性度等关键指标的评估。同时,也讨论了数模转换器(DAC)的原理及其在反馈系统中的应用。本章的实践内容包括如何设计低噪声前端电路以匹配高分辨率ADC的要求。 第四章:高速信号传输与互连技术 随着集成电路速度的提升,信号完整性(SI)问题变得至关重要。本章从传输线理论出发,引入了阻抗匹配、反射、串扰等概念。详细分析了集总元件模型向分布元件模型转变的必要性。 讨论了不同互连结构(如PCB走线、差分对、同轴电缆)的特性阻抗控制技术。在高速系统中,时序分析是关键,本章介绍了上升沿/下降沿时间、抖动(Jitter)、延迟和偏斜(Skew)的量化方法。针对实际布局布线,探讨了地弹(SSN)、电源分配网络(PDN)的设计,以及如何通过屏蔽、包地和拓扑选择来最小化噪声耦合。 第五章:嵌入式系统总线与接口协议 现代电子系统依赖于高效的内部通信机制。本章系统地介绍了各种常见的嵌入式系统总线协议,并侧重于它们在实际应用中的选择标准。 我们深入剖析了串行通信标准,包括UART、SPI、I2C的帧格式、时序要求和仲裁机制。对于需要高带宽和实时性的应用,重点讲解了PCI Express(PCIe)的物理层(PHY)和链路层架构,以及其在现代SoC和FPGA系统中的集成方式。此外,还覆盖了以太网MAC层协议和USB协议的基本框架,特别是主机与设备之间的握手流程。本章强调了如何根据数据速率、通信距离、节点数量和实时性要求来合理选择和配置这些接口。 第六章:射频电路基础与无线收发系统 本章将电子学知识拓展到高频领域,重点关注无线通信系统中的关键模块。首先回顾了复数表示法、S参数(散射参数)在射频电路分析中的应用,以及史密斯圆图的使用技巧。 详细介绍了低噪声放大器(LNA)的设计要求,包括增益、噪声系数(NF)和输入匹配的权衡。功率放大器(PA)的设计部分着重于效率优化(如D类、E类拓扑)和线性度(如预失真技术)。在混频器部分,讲解了上变频和下变频的工作原理,以及混频器的三阶交调点(IP3)和插入损耗的评估。最后,概述了超外差接收机和直接变频接收机(SDR)的系统结构,为读者构建完整的无线收发链路打下坚实基础。 第七章:系统级建模与仿真 本章强调了在硬件实现之前进行系统级验证的重要性。介绍了使用MATLAB/Simulink进行系统建模的方法论,涵盖了状态空间表示法、传递函数分析和框图级仿真。 重点讨论了混合信号系统的建模挑战,特别是如何将连续时间模块与离散时间模块(如ADC/DAC)集成到统一的仿真环境中。介绍了Monte Carlo仿真在评估参数公差对系统性能影响中的作用,以及如何利用系统级模型指导具体电路模块的规格定义。本章的实践指导读者利用仿真工具验证滤波器性能、反馈回路稳定性以及系统对环境变化的鲁棒性。 总结 本书通过对模拟前端、电源管理、数据转换、高速互连和系统级通信的全面覆盖,为读者构建了一个完整的现代电子系统设计知识体系。它强调理论深度与工程实践的结合,旨在培养新一代电子工程师的系统思维和解决实际问题的能力。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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在内容的组织结构上,我不得不说这本书做得相当出色。它遵循了由浅入深、由易到难的原则,为读者构建了一个非常清晰的学习路径。开篇部分,作者首先聚焦于最基础的逻辑门,并逐一解释了它们的功能和符号表示,这是任何数字电路学习者都必须掌握的基石。随后,便自然地过渡到组合逻辑电路,例如编码器、译码器、多路选择器(multiplexer)和分路选择器(demultiplexer)等,并详细讲解了它们的设计方法和应用。紧接着,书中引入了组合逻辑电路设计的核心工具——逻辑化简,包括卡诺图和布尔代数化简,这部分内容详实,案例丰富,让我对如何优化电路有了深刻的理解。在打牢了组合逻辑的基础之后,本书又顺理成章地引入了时序逻辑电路。这里,触发器(flip-flop)的概念被清晰地阐述,并在此基础上讲解了寄存器、计数器等重要的时序电路模块。作者在讲解时序电路时,非常注重状态转移的概念,通过状态图和状态转移表,将复杂的时序逻辑流程可视化,大大降低了理解难度。最后,本书还触及了一些更高级的主题,如存储器、A/D和D/A转换器,以及一些简单的微处理器结构,虽然这些部分内容相对简略,但足以让读者对数字系统有一个初步的整体认识。这种层层递进的编排方式,使得读者在学习过程中不会感到迷茫,能够稳步前进。

评分☆☆☆☆☆

这本书在练习题的设计方面,我认为还有很大的提升空间。虽然每章的结尾都附带了一些习题,但它们在难度梯度和题型多样性上,显得有些单一。大部分习题都集中在对基本概念的验证,例如,要求根据真值表画出逻辑电路,或者根据逻辑表达式进行卡诺图化简。这些题目固然重要,但对于培养读者的实际设计能力,以及应对更复杂的工程问题,可能稍显不足。我期待能看到更多开放性的设计题,例如,给定一个实际应用场景(如一个简单的交通信号灯控制器,或者一个简单的游戏逻辑),要求读者自己设计出相应的逻辑电路。同时,对于一些工程中常见的挑战,例如时序收敛、功耗优化等,书中是否能设计一些相关的练习题,来引导读者思考和解决这些问题?此外,我注意到书中提供的解答,通常只是给出最终答案,而缺少详细的解题步骤。这对于自学的读者来说,一旦遇到解题困难,很难从中找到启发。如果能提供一些关键步骤的提示,或者对一些复杂问题的解题思路进行分析,会大大提高练习题的有效性。

评分☆☆☆☆☆

我特别喜欢这本书在讲解逻辑函数化简过程中的一些细节处理。作者在介绍卡诺图化简时,并没有仅仅给出最终的简化结果,而是详细地展示了圈图的过程,并特别强调了如何“合并”相邻的1,以及如何选择“最小但完备”(minimum but complete)的覆盖方式。书中甚至还区分了“贯穿象限”(wrapped corners)的情况,并给出了正确的圈法,这对于初学者来说非常重要,因为这是卡诺图化简中最容易出错的地方之一。此外,在提到布尔代数化简时,作者不仅列出了常见的布尔代数定律,还针对性地给出了一些“反例”或者“陷阱”,提醒读者在应用定律时需要注意的细节,例如,不要误用分配律。我记得书中有一个例子,是关于化简一个稍微复杂的逻辑函数,通过一步步的代数推导,并辅以每一步所应用的布尔定律,最终得到了最简形式。这种详细的步骤展示,让我在掌握化简技巧的同时,也能够理解其背后的数学原理。

评分☆☆☆☆☆

这本书在内容的前沿性方面,我觉得有一些不足。虽然它覆盖了数字电路和逻辑设计的经典内容,但对于近年来在数字电路设计领域迅速发展的一些新兴技术和方法,例如,低功耗设计技术(low-power design techniques)、信号完整性(signal integrity)以及更高级的FPGA设计流程和验证方法(如UVM),书中并没有太多涉及。我期待能够看到更多关于如何设计低功耗数字电路的内容,例如,时钟门控(clock gating)、动态电压频率调整(DVFS)等。在高速数字系统设计中,信号完整性是一个非常关键的问题,书中如果能对其进行一定的介绍,例如,寄生参数的影响、串扰(crosstalk)等,将会非常有益。此外,虽然书中提到了PLD和FPGA,但对于如何进行高效的FPGA设计,例如,如何进行算法级(algorithmic level)和寄存器传输级(RTL)的协同设计,以及如何进行高效的仿真和验证,书中没有深入探讨。

评分☆☆☆☆☆

这本书在一些更高级的主题处理上,我觉得还有可以改进的空间。虽然书中对组合逻辑和时序逻辑的基础讲解非常不错,但当我尝试去理解一些更复杂的集成电路时,感觉书中给出的指导略显不足。例如,在讲解微处理器结构时,书中仅仅是简单地罗列了CPU的基本组成部分,如ALU、寄存器堆、控制单元等,但对于它们之间是如何协同工作的,以及指令集的具体实现细节,就没有深入展开。我希望能看到更多关于指令解码、流水线技术(pipeline)或者缓存(cache)工作原理的详细介绍。书中虽然提到了时序分析(timing analysis)的重要性,但对于如何进行实际的时序仿真,或者如何理解时序报告中的关键参数(如时钟歪斜(clock skew)、传播延迟(propagation delay)等),就没有提供太多的实践指导。对于一些实际的数字系统设计流程,例如自顶向下(top-down)和自底向上(bottom-up)的设计方法,书中也只是浅尝辄止。我期待能看到更多关于如何将一个宏观的设计需求,一步步分解为更小的模块,并最终实现一个完整的数字系统。此外,书中在介绍PLD(可编程逻辑器件)和FPGA(现场可编程门阵列)时,也只是简单地提及了它们的概念和基本结构,对于如何使用特定的EDA(电子设计自动化)工具(如Vivado、Quartus等)进行综合、布局布线和时序约束,书中并没有相关的实例演示。这使得我感觉,虽然了解了理论知识,但实际动手能力仍然有待提高。

评分☆☆☆☆☆

书中关于特定数字集成电路芯片的介绍,我觉得内容有些过时,或者说不够全面。尽管本书在基础理论讲解方面做得不错,但对于当前市场上主流的、常用的数字集成电路,例如一些常见的逻辑系列(如74LS系列、74HC系列等)的详细参数和应用,书中涉及的较少。我希望能够看到更多关于这些芯片的 Datasheet(数据手册)的解读,以及如何根据具体需求选择合适的芯片。书中虽然提到了BCD码、余3码等编码方式,但对于一些更通用的编码标准,例如ASCII码、Unicode等,并没有涉及。在实际的数字系统设计中,这些编码方式的应用非常广泛。此外,书中在提到一些更复杂的数字电路模块时,例如ADC/DAC转换器,仅仅是简单介绍了它们的功能,而没有深入探讨不同类型ADC/DAC(如逐次逼近型、Σ-Δ型等)的原理、性能指标以及选择依据。这让我感觉,对于如何将理论知识应用到实际的芯片选择和系统搭建中,指导性不够强。

评分☆☆☆☆☆

这是一本我最近刚翻阅过的书,书名是《数字电路与逻辑设计》,读完之后,我感觉收获颇丰,也有些许保留意见。首先,不得不提的是这本书在基础概念的讲解上做得相当扎实。作者从最基本的逻辑门(AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR)开始,循序渐进地引入了组合逻辑和时序逻辑的概念。对于像我这样初次接触数字电路的读者来说,清晰的图示和易于理解的文字描述,能够帮助我们快速建立起对这些基本单元的直观认识。书中对卡诺图(Karnaugh Map)的讲解尤其细致,详细演示了如何通过卡诺图进行逻辑函数的简化,这对于减少电路的复杂度和成本至关重要。我特别喜欢其中一个例子,通过一个简单的四变量卡诺图,清晰地展示了如何找到最小项和最大项的表达,并最终得到最简的逻辑表达式。书中还提到了Quine-McCluskey算法,虽然初看起来会比卡诺图复杂一些,但它在处理变量更多的逻辑函数时,提供了更系统化的解决方案,这让我对逻辑化简有了更深入的理解。此外,书中对于不同类型的触发器(SR, JK, D, T)的讲解也十分到位,不仅解释了它们的逻辑功能,还详细描述了它们的真值表和状态转移图。这些对于理解时序逻辑电路,比如计数器和寄存器,是必不可少的基础。我特别注意到书中关于时钟信号在时序电路中的作用的阐述,强调了时钟周期的概念以及建立时间和保持时间的重要性,这对于避免亚稳态等问题非常有帮助。总的来说,这本书在打牢读者基础这方面,无疑是成功的。它并没有一开始就抛出大量复杂的公式和电路图,而是用一种温和而系统的方式,引导读者逐步深入。

评分☆☆☆☆☆

我必须说,这本书的图示部分是我最欣赏的一点。在讲解复杂的逻辑电路时,清晰、规范的电路图能够极大地帮助理解。作者似乎非常注重视觉化教学,几乎每个重要的概念或电路结构,都配有高质量的图。例如,在讲解全加器(full adder)时,书中不仅给出了逻辑表达式和真值表,还绘制了标准的逻辑门电路图,以及一种更加紧凑的“波形图”式的表示方法,这对于快速比较不同加法器的结构特点非常有帮助。对于一些时序电路,比如移位寄存器(shift register)的不同工作模式,书中也用动态的图示,一步步展示了数据在寄存器中移动的过程,让人一目了然。特别让我印象深刻的是,在介绍时序逻辑时,书中使用了大量的状态图(state diagram)和状态转移表(state transition table)。这些图示清晰地描绘了电路在不同时钟周期下的状态变化,以及输入信号如何影响这些变化。这对于理解有限状态机(FSM)的设计至关重要。我记得书中有一个关于交通灯控制器的例子,通过非常精美的状态图,将整个控制逻辑的演变过程展示得淋漓尽致,即使是复杂的时序逻辑,在图示的辅助下也变得相对容易理解。而且,这些图示的线条清晰,符号规范,没有丝毫的模糊不清,这在技术书籍中是非常重要的。

评分☆☆☆☆☆

在某些章节,我注意到书中在处理数字信号和模拟信号的交叉时,似乎没有给予足够的重视。尽管本书的重点是数字电路,但在实际的电子系统中,数字电路往往需要与模拟电路进行交互。例如,在A/D转换器和D/A转换器的章节,书中仅仅是介绍了它们的基本功能和接口,而没有深入探讨数字电路设计中常见的模拟干扰问题,如电源噪声(power supply noise)、地弹(ground bounce)以及信号耦合(signal coupling)等对数字电路性能的影响。另外,在讲解时钟生成和分配时,书中也更多地关注了逻辑功能,而对于时钟抖动(clock jitter)、相位噪声(phase noise)等这些对高速数字系统至关重要的模拟特性,并没有详细的阐述。我个人认为,一个完整的数字电路设计书籍,应该在一定程度上触及这些与模拟世界相关的挑战,为读者提供一个更全面的视角。这也能帮助读者理解,为什么在实际的PCB(印刷电路板)设计中,布线规则和电源去耦(power decoupling)等问题会如此重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格,我个人觉得有些过于学术化,对于非专业背景的读者来说,可能门槛会比较高。尽管作者在努力使用更通俗的语言来解释概念,但有时仍然会夹杂一些专业术语,而这些术语的解释又不总是那么及时和充分。例如,在提到“代数化简”(algebraic simplification)时,书中直接引用了布尔代数的一些定律和定理,如分配律、德摩根定律等,但对于这些定律的推导过程或实际应用场景,并没有做过多的铺垫。对于一个刚刚接触数字电路的学生来说,可能需要花费额外的时间去查阅相关的资料才能完全理解。我希望书中能够增加更多的类比和生活化的例子,来帮助读者建立对抽象概念的感性认识。比如,在讲解逻辑门时,如果能用现实生活中的开关组合来比喻,也许会更容易理解。另外,书中在讲解一些算法,如Quine-McCluskey算法时,文字描述和算法步骤的结合,虽然严谨,但显得有些枯燥。如果能用一些更生动的语言,或者将算法拆解成更小的、易于理解的步骤,可能会更受欢迎。我个人认为,在保持学术严谨性的同时,能够适当增加一些轻松的讲解方式,会让这本书对更广泛的读者群体更具吸引力。

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