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袁东明，史晓东，陈凌霄 著

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• 数字系统

店铺： 北京爱读者图书专营店

出版社： 北京邮电大学出版社有限公司

ISBN：9787563526048

商品编码：29728345257

包装：平装

出版时间：2011-03-01

基本信息

书名：现代数字电路与逻辑设计实验教程

定价：28.00元

作者：袁东明, 史晓东, 陈凌霄

出版社：北京邮电大学出版社有限公司

出版日期：2011-03-01

ISBN：9787563526048

字数：

页码：

版次：5

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.381kg

编辑推荐

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内容提要

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本书主要介绍数字电路及逻辑设计实验的相关内容。包括数字实验基础知识、数字逻辑器件等，重点介绍数字可编程器件、EDA工具、VHDL硬件描述语言和数字综合系统设计。本书还将介绍几种数字实验装置，并配有丰富的实验内容，包括数字电路基本实验、EDA基础实验和数字系统综合实验。
本书既介绍了数字电路的基本元件、基本实验方法和实验技巧，又介绍了可编程器件(PLD)、硬件描述语言(VHDL)及EDA工具和技术，把新技术、新器件及时引入教学实践环节，体现现代数字系统的设计方法。实验内容循序渐进，能引导、启发学生的主动性和创新性。
本书可以作为大学本科和专科院校通信、电子工程类各专业的实验教材，也可供相关领域的工程技术人员参考。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《数字系统导论：从基础到应用》 概述 《数字系统导论：从基础到应用》是一本全面介绍数字系统设计与实现原理的教材。本书旨在为读者构建坚实的数字电路基础，深入理解逻辑门、组合逻辑、时序逻辑等核心概念，并逐步引导读者掌握现代数字系统设计的关键技术和方法。本书融合了理论讲解、实际案例分析与实验指导，力求使读者在掌握理论知识的同时，也能动手实践，从而培养解决实际数字系统设计问题的能力。本书内容涵盖了从最基本的数字逻辑门操作，到复杂微处理器架构的原理，适合高等院校电子工程、计算机科学、自动化等相关专业的本科生、研究生，以及对数字系统设计感兴趣的工程师和技术人员阅读。 内容详情 第一部分：数字电路基础 本部分奠定了整个课程的理论基础，深入浅出地介绍了数字世界的核心要素。 第一章：数字信号与二进制系统 数字信号的定义与特性： 详细阐述数字信号与模拟信号的区别，重点介绍数字信号的离散性、量化性等关键特征。通过生动的图示和对比，帮助读者直观理解数字信号的工作原理。 二进制数制及其运算： 深入讲解二进制、八进制、十进制和十六进制之间的相互转换，为后续的逻辑运算打下基础。详述二进制的加法、减法、乘法和除法运算，并介绍补码、原码、反码等数值表示方法，为理解计算机内部运算机制提供视角。 逻辑门（Logic Gates）： 逐一介绍最基本的逻辑门，包括与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）、与非门（NAND）、或非门（NOR）、异或门（XOR）和同或门（XNOR）。详细讲解每种逻辑门的真值表、逻辑符号、布尔表达式以及在实际电路中的应用场景。通过对比分析，强调NAND和NOR门作为通用逻辑门的重要性，为后续的逻辑电路设计打下基础。 布尔代数（Boolean Algebra）： 介绍布尔代数的基本定律和定理，如交换律、结合律、分配律、德摩根定律等。演示如何利用布尔代数对逻辑表达式进行化简和变换，这是实现高效逻辑电路设计的关键技能。 第二章：组合逻辑电路设计 组合逻辑电路的定义与特性： 明确组合逻辑电路的特点——输出仅取决于当前输入，无记忆功能。 卡诺图（Karnaugh Map, K-map）： 详细讲解卡诺图的绘制方法和使用技巧，包括如何根据真值表或布尔表达式构建卡诺图，如何进行相邻项的合并以化简逻辑表达式。通过大量示例，展示卡诺图在最小化逻辑门数量方面的强大威力。 逻辑方程的简化与实现： 介绍其他逻辑化简方法，如奎-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）算法，尤其适用于复杂逻辑函数的化简。讲解如何将化简后的逻辑表达式转换为实际的逻辑电路图，并介绍如何使用标准逻辑芯片（如74系列）来实现设计。 常用组合逻辑电路模块： 编码器（Encoders）与译码器（Decoders）： 讲解编码器如何将多个输入线编码为二进制输出，译码器如何将二进制输入译码为单一输出线激活。重点介绍优先级编码器和BCD转七段显示译码器等实际应用。 多路选择器（Multiplexers, MUX）与多路分配器（Demultiplexers, DEMUX）： 阐述多路选择器如何根据选择信号从多个输入中选择一个传递到输出，以及多路分配器如何将一个输入信号分配到多个输出中的一个。详细讲解其在数据路由和选择中的作用。 加法器（Adders）与减法器（Subtractors）： 介绍半加器、全加器以及如何构建多位加法器（如行波进位加法器）和减法器。讨论进位传播速度对性能的影响，并引入超前进位加法器等改进技术。 比较器（Comparators）： 讲解如何设计用于比较两个二进制数大小的比较器。 第二部分：时序逻辑电路与状态机 本部分将带领读者进入具有记忆功能和状态变化的数字世界。 第三章：时序逻辑电路基础 时序逻辑电路的定义与特性： 引入“时钟”概念，解释时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还与电路的历史状态相关。 触发器（Flip-Flops）： 详细介绍各种基本触发器，包括SR触发器、JK触发器、D触发器和T触发器。讲解它们的电路结构、状态转移图、特性方程以及它们在存储单个比特信息中的作用。重点分析主从JK触发器和边缘触发D触发器等经典结构。 寄存器（Registers）： 介绍寄存器如何由多个触发器组成，用于存储多个比特的数据。讲解移位寄存器（SISO, SIPO, PISO, PIO）的功能和应用，如数据串并转换、移位运算等。 计数器（Counters）： 深入讲解异步计数器（Ripple Counter）和同步计数器（Synchronous Counter）的设计与工作原理。介绍各种计数器类型，如二进制计数器、十进制计数器（BCD Counter）、可逆计数器、预置计数器等。讨论计数器的模值（Modulus）和溢出（Overflow）问题。 第四章：有限状态机（Finite State Machines, FSM） 状态机的基本概念： 引入状态机模型，解释状态、输入、输出和状态转移等基本要素。 摩尔（Mealy）型状态机与米利（Moore）型状态机： 详细比较这两种状态机的结构和特性。摩尔型状态机的输出仅取决于当前状态，而米利型状态机的输出取决于当前状态和输入。 状态机的设计流程： 详细介绍从需求分析到状态图绘制、状态编码、状态转移表生成、逻辑电路实现的全过程。通过实际例子，如交通信号灯控制器、自动售货机控制器等，演示状态机设计方法的应用。 状态机的化简与优化： 介绍如何对状态进行合并以减少状态数量，从而简化电路设计。 第三部分：现代数字系统设计 本部分将引导读者接触更复杂的数字系统，并介绍现代设计工具和方法。 第五章：可编程逻辑器件（PLDs）与硬件描述语言（HDL） 可编程逻辑器件（PLDs）概述： 介绍PLDs的基本概念，包括PROM、PLA、PAL以及CPLD和FPGA等。重点讲解FPGA（Field-Programmable Gate Array）的结构和优势，如并行处理能力和灵活性。 硬件描述语言（HDL）： 介绍主流的硬件描述语言，如Verilog HDL和VHDL。讲解HDL的基本语法、数据类型、行为建模、结构建模和数据流建模。演示如何使用HDL描述组合逻辑和时序逻辑电路。 HDL在FPGA/CPLD设计中的应用： 介绍使用HDL进行逻辑设计、综合（Synthesis）、仿真（Simulation）、布局布线（Place and Route）以及生成下载比特流（Bitstream）的完整流程。强调HDL在提高设计效率、可维护性和可重用性方面的巨大优势。 第六章：存储器与接口电路 半导体存储器： 介绍各种类型的半导体存储器，如RAM（SRAM, DRAM）和ROM（PROM, EPROM, EEPROM, Flash Memory）。讲解它们的结构、工作原理、读写操作以及在数字系统中的应用。 输入/输出（I/O）接口： 介绍数字系统与外部世界的连接方式，包括通用输入/输出（GPIO）接口、串行通信接口（如UART, SPI, I2C）和并行接口（如USB）。讲解接口的时序和协议。 模数/数模转换（ADC/DAC）： 介绍模拟信号与数字信号之间的转换原理和基本电路，如逐次逼近型ADC、Σ-Δ型ADC，以及R-2R DAC。 第七章：数字系统设计实例分析 微处理器基础： 简要介绍微处理器（CPU）的基本结构，包括ALU、寄存器、控制单元和指令流水线等。 简单数字系统设计实例： 结合前面所学知识，通过具体实例，如简单的交通信号灯控制器、电子时钟、数字键盘控制器等，展示从需求分析到最终实现的完整设计过程。这些实例将帮助读者巩固理论知识，并提高实际应用能力。 实验指导 本书的每一个重要概念都配有相应的实验环节，采用常用的数字电路实验箱、EDA软件（如Xilinx Vivado, Intel Quartus Prime）或在线仿真平台。实验内容的设计循序渐进，从简单的逻辑门电路搭建，到组合逻辑功能实现，再到时序逻辑电路（寄存器、计数器）的验证，最终能够完成基于FPGA的简单数字系统设计。每个实验都包含详细的实验目的、实验原理、实验步骤、实验器材以及预习和总结要求，确保读者能够独立完成实验并深入理解理论知识。 特色与价值 理论与实践紧密结合： 本书不仅提供了严谨的理论讲解，还通过大量的实例和详细的实验指导，帮助读者将理论知识转化为实际操作能力。 由浅入深，循序渐进： 内容从最基本的数字逻辑门开始，逐步深入到复杂的时序逻辑电路和现代数字系统设计方法，适合不同层次的学习者。 覆盖现代设计技术： 引入了硬件描述语言（HDL）和可编程逻辑器件（PLD/FPGA）等现代数字系统设计工具和平台，使读者能够跟上行业发展的步伐。 丰富的例题与习题： 每章都配有丰富的例题，帮助读者理解抽象概念，并通过精心设计的习题，巩固所学知识，提高解决问题的能力。 面向工程实践： 本书的内容和设计方法注重工程实际应用，旨在培养具备实际工程能力的数字系统设计人才。 《数字系统导论：从基础到应用》将是您探索数字世界、掌握数字系统设计精髓的理想指南。通过学习本书，您将能够自信地设计、分析和实现各种数字电路和数字系统。

评分☆☆☆☆☆

说实话，作为一名工科生，面对厚厚的专业书总有点畏惧感，但这本书的语言风格却出乎意料地平易近人。作者的写作功力很深厚，能把那些晦涩难懂的电子学原理，用大白话讲清楚，而且毫不失真。我感觉就像是有一位经验丰富的老师在旁边手把手地教我一样，尤其是在处理那些时序逻辑中的竞争与冒险问题时，作者用了很多生动的比喻来解释，让我在短时间内就抓住了问题的关键。书中的习题设计也很有梯度，从基础巩固到综合应用，循序渐进，让人很有成就感。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实用价值简直是高得惊人。我拿到这本书后，立刻对照着我课程中的实验要求去查找验证，发现书中提供的很多实验案例和课程标准高度吻合，甚至很多地方的讲解比老师上课讲的还要详细。我个人在进行电路仿真验证时，经常会参考书中的仿真结果和时序图，校对自己的设计思路是否正确。这种结合理论学习和实践操作的深度整合，极大地提高了我的学习效率。对于那些打算考取相关专业技术证书的同学来说，这本书的内容深度和广度都完全可以作为核心参考资料来使用。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得很简洁大气，那种深蓝色的底色配上银灰色的字体，一看就知道是理工科的专业教材。我拿到手的时候，第一感觉是分量很足，厚厚的一本，感觉内容肯定很扎实。我个人是学自动化专业的，对这方面的内容比较感兴趣，特别是数字电路和逻辑设计这块，是基础中的基础。我之前看一些其他教材的时候，总觉得理论讲得太抽象，不太容易上手。这本书的图例和例题设计得非常用心，每一个概念都有对应的电路图或者真值表来辅助理解，这对于我这种需要动手实践的学习者来说太重要了。特别是关于时序逻辑和组合逻辑那几章，讲得深入浅出，把复杂的概念拆解得非常细致，让人感觉自己真的能掌握这门技术。而且书中的排版也很清晰，公式和符号的表示都很规范，阅读体验很流畅。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节安排逻辑性非常强，从最基本的布尔代数讲起，一步步过渡到复杂的集成电路应用，整个学习路径非常顺畅。我特别欣赏它在实验环节的设计，不像有些书只是罗列实验步骤，这本书更注重培养读者的分析和解决问题的能力。比如在讲到存储器设计时，它不仅提供了实现电路图，还引导读者思考不同存储器结构在实际应用中的优缺点。这种启发式的教学方法，让我不仅仅是学会了如何“做”电路，更重要的是理解了“为什么”要这么设计。书中的一些高级主题，比如FPGA的应用入门，也讲得非常到位，为我后续的学习打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我平时阅读技术书籍比较注重细节，这本书在细节处理上做得非常到位，让人挑不出毛病。例如，对于元器件的选型和参数说明，都有详细的标注，这在实际搭建电路时至关重要，避免了因为参数错误而导致实验失败的挫败感。还有，书中对设计规范的强调，也体现了作者严谨的治学态度，这对于我们这些未来的工程师来说，是必须从小培养的职业素养。总而言之，这本书不仅仅是一本教材，更像是一本结合了理论精髓和工程实践的宝典，值得反复研读和收藏。