數字電路與係統（第3版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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戚金清，王兢 編

圖書標籤:

• 數字電路
• 數字係統
• 邏輯電路
• 計算機組成原理
• 電子技術
• 第三版
• 教材
• 高等教育
• 電子工程
• 信息技術

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121280559

版次：3

商品編碼：11874189

包裝：平裝

叢書名： 電子信息與電氣學科規劃教材.電子電氣基礎課程

開本：16開

齣版時間：2016-01-01

用紙：膠版紙

頁數：316

字數：505600

正文語種：中文

內容簡介

　　數字電子技術是信息、通信、計算機、控製等領域工程技術人員必須掌握的基本理論和技能，本書主要講解瞭數字邏輯基礎，邏輯門電路，邏輯代數基礎，組閤邏輯電路，觸發器，時序邏輯電路，脈衝波形的産生與變換，數字係統設計基礎，數模與模數轉換，半導體存儲器及可編程邏輯器件，硬件描述語言Verilog HDL等內容。第3版修訂瞭各章相關內容，並增加或修訂瞭部分例題及習題。

作者簡介

　　戚金清，大連理工大學電信學院教師，從事電子電路設計、數字電路與數字係統等課程的教學以及科研工作，多次獲得教學、科研方麵的奬項。

目錄

第1章 數字邏輯基礎 1
1．1 模擬信號 1
1．2 數字信號 2
1．3 模擬電路與數字電路 2
1．4 數製 4
1．5 數製間的轉換 6
1．5．1 任意進製轉換成十進製 6
1．5．2 十進製轉換成任意進製 6
1．5．3 二進製與八進製間的轉換 7
1．5．4 二進製與十六進製間的轉換 8
1．6 代碼 8
1．6．1 二-十進製代碼 8
1．6．2 格雷碼 9
1．6．3 字符代碼 9
1．7 二進製代碼的錶示法 10
1．8 帶符號二進製數的錶示法 10
1．8．1 二進製正數錶示法 10
1．8．2 二進製負數錶示法 10
1．8．3 帶符號二進製數的運算 11
1．9 偏移碼 12
習題 12
第2章 邏輯門電路 14
2．1 概述 14
2．2 邏輯門電路介紹 14
2．2．1 基本邏輯門電路 14
2．2．2 復閤邏輯門電路 15
2．3 TTL集成門電路 17
2．3．1 TTL集成電路概述 17
2．3．2 TTL與非門 18
2．3．3 TTL與非門的電氣特性 20
2．3．4 其他類型TTL門電路 22
2．3．5 TTL電路的改進係列 27
2．4 MOS門電路 28
2．4．1 NMOS門電路 28
2．4．2 CMOS 電路 30
2．4．3 CMOS電路特點 32
2．4．4 集成電路使用注意事項 32
*2．5 TTL與CMOS電路的連接 33
*2．6 TTL、CMOS常用芯片介紹 34
習題 35
第3章 邏輯代數基礎 41
3．1 邏輯代數運算法則 41
3．1．1 基本邏輯運算 41
3．1．2 邏輯代數的基本定律 42
3．1．3 邏輯代數的基本規則 42
3．1．4 邏輯代數常用公式 43
3．2 邏輯函數的標準形式 43
3．2．1 最小項和標準與或式 43
3．2．2 最大項和標準或與式 45
3．2．3 最大項與最小項的關係 46
3．3 邏輯函數的公式化簡法 47
3．4 邏輯函數的卡諾圖化簡法 48
3．4．1 卡諾圖 48
3．4．2 用卡諾圖錶示邏輯函數 49
3．4．3 用卡諾圖化簡邏輯函數 49
3．4．4 具有隨意項的邏輯函數化簡 51
3．4．5 引入變量卡諾圖 52
習題 53
第4章 組閤邏輯電路 59
4．1 組閤邏輯電路分析 59
4．2 組閤邏輯電路設計 60
4．3 編碼器 63
4．3．1 普通編碼器 63
4．3．2 優先編碼器 64
4．4 譯碼器 67
4．4．1 二進製譯碼器 67
4．4．2 碼製變換譯碼器 70
4．4．3 顯示譯碼器 71
4．5 數據選擇器 75
4．5．1 數據選擇器 75
4．5．2 數據選擇器實現邏輯函數 76
4．6 數值比較器 78
4．6．1 一位數值比較器 79
4．6．2 四位數值比較器7485 79
4．6．3 數值比較器的位數擴展 80
4．7 加法電路 80
4．7．1 半加器 81
4．7．2 全加器 81
4．7．3 超前進位加法器74283 82
*4．8 組閤邏輯電路的競爭冒險 84
4．8．1 競爭冒險的分類與判彆 84
4．8．2 競爭冒險消除方法 85
習題 86
第5章 觸發器 92
5．1 電平觸發的觸發器 92
5．1．1 由與非門構成的基本RS觸發器 92
5．1．2 時鍾觸發器 96
5．2 脈衝觸發的觸發器 100
5．2．1 主從RS觸發器 100
5．2．2 主從JK觸發器 101
5．3 邊沿觸發的觸發器 105
5．3．1 TTL邊沿觸發器 105
5．3．2 CMOS邊沿觸發器 107
5．4 觸發器的分類和區彆 110
*5．5 觸發器之間的轉換 112
5．6 觸發器的典型應用 112
習題 114
第6章 時序邏輯電路 119
6．1 時序邏輯電路的基本概念 119
6．1．1 時序邏輯電路的結構及特點 119
6．1．2 時序邏輯電路的分類 120
6．1．3 時序邏輯電路的錶示方法 120
6．2 同步時序邏輯電路的一般分析方法 121
6．3 同步時序邏輯電路的設計 124
6．4 計數器 131
6．4．1 4位二進製同步集成計數器74161 131
6．4．2 8421BCD碼同步加法計數器74160 133
6．4．3 同步二進製加法計數器74163 134
6．4．4 二-五-十進製異步加法計數器74290 134
6．4．5 集成計數器的應用 135
6．5 寄存器 140
6．5．1 寄存器74175 140
6．5．2 移位寄存器 141
6．5．3 集成移位寄存器74194 143
6．5．4 移位寄存器構成的移位型計數器 144
*6．6 序列信號發生器 147
6．6．1 計數型序列信號發生器 147
6．6．2 移位型序列信號發生器 147
習題 150
第7章 脈衝波形的産生與變換 155
7．1 555定時器 155
7．2 施密特觸發器 156
7．2．1 555定時器構成的施密特觸發器 156
7．2．2 門電路構成的施密特觸發器 157
7．2．3 集成施密特觸發器 159
7．2．4 施密特觸發器的應用 159
7．3 單穩態觸發器 161
7．3．1 TTL與非門組成的微分型單穩態觸發器 161
7．3．2 555定時器構成的單穩態觸發器 163
7．3．3 集成單穩態觸發器 164
7．3．4 單穩態觸發器的應用 166
7．4 多諧振蕩器 169
7．4．1 555定時器構成的多諧振蕩器 169
7．4．2 TTL與非門構成的多諧振蕩器 171
7．4．3 石英晶體振蕩器 173
7．4．4 施密特觸發器構成的多諧振蕩器 173
7．4．5 多諧振蕩器的應用 175
習題 176
第8章 數字係統設計基礎 180
8．1 數字係統概述 180
8．1．1 數字係統結構 180
8．1．2 數字係統的定時 180
8．1．3 數字係統設計的一般過程 181
8．2 算法狀態機――ASM圖錶 181
8．2．1 ASM圖錶符號 181
8．2．2 ASM圖錶的含義 183
8．2．3 ASM圖錶的建立 184
8．3 數字係統設計 185
習題 193
第9章 數模與模數轉換 196
9．1 數模轉換電路 196
9．1．1 數模轉換關係 196
9．1．2 權電阻網絡DAC 197
9．1．3 R-2R 梯形電阻網絡DAC 198
9．1．4 R-2R倒梯形電阻網絡DAC 199
9．1．5 電流激勵DAC 200
9．1．6 集成數模轉換電路 200
9．1．7 數模轉換的主要技術指標 205
9．2 模數轉換電路 207
9．2．1 ADC的工作過程 207
9．2．2 並行比較ADC 209
9．2．3 並/串型ADC 211
9．2．4 逐次逼近型ADC 212
9．2．5 雙積分ADC 214
9．2．6 集成模數轉換電路 216
9．2．7 模數轉換的主要技術指標 218
習題 219
第10章 半導體存儲器及可編程邏輯器件 223
10．1 半導體存儲器概述 223
10．1．1 半導體存儲器的分類 223
10．1．2 存儲器的技術指標 224
10．2 隨機存儲器RAM 224
10．2．1 RAM的基本結構 225
10．2．2 RAM芯片簡介 228
10．2．3 RAM的容量擴展 229
10．3 隻讀存儲器ROM 231
10．3．1 ROM的分類 231
10．3．2 ROM的結構與基本原理 232
10．3．3 ROM應用 233
10．4 可編程邏輯器件PLD 236
10．4．1 可編程邏輯器件概述 236
10．4．2 可編程邏輯器件的基本結構和電路錶示方法 237
10．4．3 復雜可編程邏輯器件CPLD 239
10．4．4 現場可編程門陣列FPGA 243
10．4．5 CPLD/FPGA設計方法與編程技術 247
習題 250
第11章 硬件描述語言Verilog HDL 256
11．1 Verilog HDL的基本知識 256
11．1．1 什麼是Verilog HDL 256
11．1．2 Verilog HDL的發展曆史 256
11．1．3 Verilog HDL程序的基本結構 257
11．2 Verilog HDL的基本元素 259
11．2．1 注釋符 259
11．2．2 標識符 260
11．2．3 關鍵字 260
11．2．4 間隔符 260
11．2．5 操作符 260
11．2．6 數據類型 264
11．3 Verilog HDL的基本語句 269
11．3．1 過程結構語句 269
11．3．2 語句塊 271
11．3．3 時序控製 272
11．3．4 賦值語句 273
11．3．5 分支語句 274
11．3．6 循環語句 275
11．4 Verilog HDL程序設計實例 277
11．4．1 基本邏輯門電路設計 277
11．4．2 組閤邏輯電路設計 280
11．4．3 時序邏輯電路設計 286
11．4．4 數字係統設計實例 291
11．5 Verilog HDL的模擬仿真 294
11．5．1 Quartus II開發軟件 294
11．5．2 仿真實例 296
習題 303
參考文獻 304

前言/序言

　　第3版序
　　本書在《數字電路與係統》第1版、第2版的基礎上修訂而成。在總結四年多來使用本書教學和學習經驗的基礎上，對本書進行瞭部分提高、增刪和修改。為保持數字電路基本知識和基礎理論的連貫性，同時適應信息科學的迅速發展，本書主要保留瞭有關數製、邏輯代數、觸發器原理、組閤邏輯電路、時序邏輯電路、模數數模轉換等原有的基本內容。本次修訂將硬件描述語言由VHDL換成瞭Verilog HDL，應用更廣泛、更方便，也使讀者能更深入地理解數字電路在後續課程中的應用，為麵嚮業界的工程應用人纔培養奠定基礎。
　　本書在原書基礎上的具體修改包括：（1）在第1章中增加瞭對模擬信號、數字信號、模擬電路及數字電路等的圖文介紹；（2）重新調整瞭第5章的結構，在介紹觸發器電路結構的基礎上，強調瞭觸發器的邏輯功能，突齣瞭觸發器的觸發方式；（3）第11章硬件描述語言由VHDL換成瞭Verilog HDL，章節內容全部修改；（4）全書各章增加或修訂瞭部分例題及習題。
　　目錄中有“*”號的部分是建議選講的內容。在學時較少的情況下，可以刪減這些內容，作為感興趣同學的自學內容。刪去這些內容不會影響本書理論體係的完整性和內容的連貫性。
　　參加本次修訂工作的人員包括：唐洪（第1、3章），戚金清（第2、5、10章），龔曉峰（第4章），王開宇（第6章），王兢（第7、8、9章），陳曉明（第11章）。全書由戚金清和王兢統稿、定稿。作者嚮參與原書寫作的李小兵和高仁璟老師錶示衷心的感謝，嚮為本課程教學大綱提齣寶貴意見的蔡惟曾教授錶示真誠的感謝，嚮幫助本書修訂、齣版的同事們緻以誠摯的謝意。
　　修訂後的教材中一定還會存在一些不妥和不完善之處，懇求讀者批評指正。
　　編 者
　　2015年10月

《數字電路與係統》（第3版）圖書簡介 本書全麵深入地探討瞭數字電路與係統的理論基礎、設計方法和實際應用。從最基礎的邏輯門電路到復雜的微處理器係統，循序漸進地引導讀者掌握數字信號處理的核心概念和技術。本書旨在為計算機科學、電子工程、自動化以及相關領域的學生和工程師提供堅實的理論知識和實踐技能，使其能夠理解、分析和設計各種數字係統。 第一部分：數字電路基礎 本部分將從最基本的數字邏輯概念入手，為讀者構建起數字電路的基石。 數字信號與模擬信號： 詳細闡述數字信號和模擬信號的本質區彆，包括它們的錶示方式、信息存儲和傳輸的特性。通過生動的比喻和實例，幫助讀者理解為何在現代電子係統中數字信號占據主導地位。分析數字信號抗乾擾能力強、易於處理和集成等優點，以及模擬信號在傳感器、通信等領域的不可替代性。 二進製數係統與運算： 深入講解二進製、八進製、十進製和十六進製之間的轉換方法，這是理解數字電路的基礎。詳細介紹二進製的加法、減法（包括補碼運算）、乘法和除法，並分析它們在計算機運算中的應用。探討不同進製錶示法在存儲器地址、數據傳輸和位操作中的重要性。 邏輯門電路（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR）： 逐一介紹各種基本邏輯門的功能、邏輯錶達式、真值錶和電路符號。重點講解 NAND 和 NOR 門作為通用門，如何通過組閤實現所有其他邏輯門。通過實際的開關電路類比，讓讀者直觀理解邏輯門的工作原理。 布爾代數與邏輯函數化簡： 介紹布爾代數的公理和定理，以及如何利用它們來簡化邏輯錶達式。詳細講解卡諾圖（Karnaugh Map）和奎因-麥剋拉斯基（Quine-McCluskey）方法，這是實現最簡邏輯電路的兩種重要工具。通過大量的例題，展示如何運用這些方法解決復雜的邏輯化簡問題，從而減少電路元件數量，提高電路性能。 組閤邏輯電路設計： 講解如何根據邏輯功能要求，從真值錶或邏輯錶達式齣發，設計齣組閤邏輯電路。重點介紹譯碼器（Decoder）、編碼器（Encoder）、多路選擇器（Multiplexer，MUX）和數據分配器（Demultiplexer，DEMUX）等常用組閤邏輯模塊的功能、結構和應用。分析它們在數據選擇、地址譯碼、信號路由等方麵的作用。 時序邏輯電路基礎： 引入時序邏輯電路的概念，解釋其與組閤邏輯電路的區彆，即輸齣不僅取決於當前輸入，還取決於過去的狀態。詳細介紹觸發器（Flip-Flop）的基本類型（SR, JK, D, T）和工作原理，包括它們的狀態轉換、時鍾信號的作用以及同步和異步操作。 第二部分：數字係統設計 本部分將在此基礎上，進一步探討更復雜的數字係統結構和設計方法。 時序邏輯電路設計： 講解如何利用觸發器設計寄存器（Register）、移位寄存器（Shift Register）和計數器（Counter）。詳細闡述各種寄存器的功能（並行/串行輸入輸齣）和應用，如數據存儲、暫存。深入分析計數器的不同類型（同步/異步，加/減，二進製/BCD），以及它們在頻率分頻、定時器、狀態機等方麵的應用。 有限狀態機（FSM）設計： 詳細介紹有限狀態機的建模方法（米利型和摩爾型），包括狀態圖、狀態錶和狀態編碼。講解如何將狀態機設計轉化為實際的硬件電路，包括狀態寄存器、組閤邏輯（用於輸齣和下一狀態的判斷）。通過實例，如交通信號燈控製器、序列檢測器等，展示 FSM 在序列控製和係統協調中的強大能力。 存儲器單元與存儲器係統： 深入講解存儲器的基本概念，包括位、字節、字、地址和存儲容量。詳細介紹隨機存取存儲器（RAM）和隻讀存儲器（ROM）的類型及其工作原理。重點分析 SRAM 和 DRAM 的結構差異、性能特點和應用場景。講解 ROM 的不同類型（PROM, EPROM, EEPROM, Flash ROM）及其在程序存儲、配置數據存儲中的作用。介紹存儲器係統的擴展，如多芯片組裝、存儲器接口設計。 可編程邏輯器件（PLD）與現場可編程門陣列（FPGA）： 介紹 PLD 的基本概念，包括 PLA、PAL 和 CPLD。重點深入講解 FPGA 的架構，包括邏輯塊（Logic Block）、布綫資源（Routing Resources）和輸入/輸齣塊（I/O Block）。闡述使用硬件描述語言（HDL，如 Verilog 或 VHDL）進行 FPGA 設計的流程，從代碼編寫、仿真、綜閤到布局布綫和比特流生成。分析 FPGA 在原型驗證、定製化硬件加速和産品迭代中的優勢。 微處理器基礎： 簡要介紹微處理器的基本組成部分，包括算術邏輯單元（ALU）、控製器單元（CU）、寄存器組和總綫接口。講解指令集架構（ISA）的基本概念，包括指令類型（數據傳輸、算術邏輯、控製流）。初步介紹指令執行過程，如取指、譯碼、執行。為後續更深入的學習微處理器係統打下基礎。 第三部分：數字係統應用與進階 本部分將聚焦於數字電路在實際應用中的體現，並涉及一些進階概念。 模數轉換（ADC）與數模轉換（DAC）： 詳細介紹 ADC 和 DAC 的基本原理和常見類型。講解 ADC 的采樣、量化和編碼過程，以及常見的 ADC 架構，如逐次逼近型、雙積分型和∑-△型。分析 DAC 的輸齣轉換過程，以及常見的 DAC 架構，如電阻網絡型和電流舵型。探討 ADC/DAC 在傳感器數據采集、音頻/視頻信號處理和控製係統中的關鍵作用。 數字信號處理（DSP）入門： 介紹數字信號處理的基本概念，包括采樣定理（奈奎斯特采樣定理）、量化誤差和數字濾波器的概念。初步講解離散時間傅裏葉變換（DTFT）和離散傅裏葉變換（DFT）在信號分析中的作用。為讀者理解數字信號的處理和變換奠定基礎。 係統集成與總綫技術： 介紹不同數字模塊之間如何通過總綫進行通信和協作。講解總綫的類型（數據總綫、地址總綫、控製總綫）和工作原理。介紹常見的總綫標準，如 I2C、SPI、USB 等，以及它們在設備間通信中的應用。 數字係統設計流程與工具： 總結完整的數字係統設計流程，從需求分析、規格定義、邏輯設計、物理設計到測試驗證。介紹常用的EDA（Electronic Design Automation）工具，如邏輯綜閤工具、布局布綫工具、仿真工具（如 ModelSim, VCS）和物理驗證工具。強調使用仿真和時序分析進行設計驗證的重要性。 案例研究與實踐項目： 通過多個具體的案例研究，將前麵學到的理論知識應用到實際問題中。例如，設計一個簡單的計算器、一個數字遊戲控製器、一個簡單的數據采集係統等。這些案例將幫助讀者鞏固理解，並培養解決實際問題的能力。 本書以清晰的邏輯結構、豐富的圖錶和詳實的示例，力求讓讀者在掌握理論知識的同時，也能感受到數字電路與係統設計的魅力。無論您是初學者還是有一定基礎的工程師，本書都將是您深入學習數字電路與係統不可或缺的參考。通過本書的學習，您將能夠自信地分析和設計齣滿足各種需求的數字係統。

評分☆☆☆☆☆

這本書的作者在教學方法的創新上，給我留下瞭深刻的印象。他們似乎非常瞭解讀者的學習痛點，並為此量身打造瞭一係列教學策略。書中大量的實例分析，選取瞭非常貼閤實際應用的場景，這讓我能夠直觀地看到理論知識如何轉化為實際功能。而且，這些案例不僅僅是簡單的羅列，而是進行瞭深入的剖析，解釋瞭背後的設計思路和權衡。除瞭案例，書中的習題設計也極具匠心。它們難度適中，能夠有效鞏固課堂所學，同時又不至於讓人望而卻步。更重要的是，習題的設計往往帶有啓發性，能夠引導讀者思考更深層次的問題。我特彆喜歡書中一些“挑戰性”的習題，它們雖然需要花費更多的時間和精力，但完成後的成就感卻是巨大的。這種寓教於樂的學習方式，讓我覺得學習不再是單純的記憶和背誦，而是一個主動探索和解決問題的過程。

評分☆☆☆☆☆

這本書的印刷質量真是齣乎意料的好，紙張厚實，觸感溫潤，即使長時間翻閱也不會感到疲憊。封麵設計簡潔大氣，字體清晰，排版疏密得當，閱讀起來非常舒適。我特彆喜歡它裝幀的牢固度，翻頁順暢，沒有任何鬆散的跡象，相信能陪伴我度過漫長的學習時光。書中插圖和例題的印刷也十分精美，綫條流暢，色彩飽滿，細節處理得恰到好處，這對於理解抽象的電路概念至關重要。我曾遇到過一些書籍，印刷模糊，圖例粗糙，讓人難以辨認，但這本書在這方麵做得無可挑剔。每一次打開這本書，都給我一種賞心悅目的感覺，仿佛是在欣賞一件藝術品。即使是在光綫不佳的環境下閱讀，屏幕也不會産生令人不適的反光。我甚至忍不住多摸幾下書頁，感受那細膩的紋理。這種用心的印刷，無疑提升瞭整體的學習體驗，讓我對即將展開的知識探索充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

我之前對數字電路和係統一直有些畏懼，覺得它是一個非常枯燥且充滿公式的領域。但這本書的齣現，徹底改變瞭我的看法。作者用一種充滿激情和活力的筆觸，將這個領域展現得無比生動有趣。他們不僅僅是在傳授知識，更像是在分享他們對這個領域的熱愛。書中的語言風格非常具有感染力，讓我不自覺地被吸引進去。即使是一些看似枯燥的技術細節，在作者的筆下也變得妙趣橫生。他們常常會穿插一些曆史故事或者技術趣聞，讓學習的過程充滿瞭驚喜。這種將技術與人文巧妙結閤的方式，讓我覺得學習數字電路不僅僅是為瞭掌握一門技術，更是為瞭瞭解人類智慧的結晶。這本書讓我看到瞭數字電路的魅力所在，也激發瞭我對這個領域更深入研究的興趣。

評分☆☆☆☆☆

我必須提一下這本書在概念闡釋方麵的獨到之處。作者並沒有使用生硬的定義和冗長的術語來堆砌內容，而是善於運用生動的比喻和形象的類比，將那些抽象的概念變得觸手可及。我記得在講解某個復雜的邏輯門時，作者用瞭一個非常巧妙的生活化例子，一下子就讓我茅塞頓開。這種“化繁為簡”的能力，是許多教科書所缺乏的。書中對每個概念的引入都循序漸進，確保讀者在掌握瞭基礎之後，再逐步深入。有時候，一個看似晦澀的概念，經過作者的層層剝繭，就會變得明朗起來。而且，作者在解釋過程中，會不斷地與讀者進行“對話”，仿佛在耳邊輕聲講解，極大地降低瞭學習的門檻。這種貼近讀者的溝通方式，讓我感覺自己不是一個人在孤軍奮戰，而是有一個經驗豐富的導師在旁邊指引。

評分☆☆☆☆☆

我被這本書的知識深度和廣度深深吸引瞭。它不僅僅停留在基礎概念的講解，而是深入挖掘瞭許多更高級的主題，並且將它們有機地串聯起來。作者在邏輯組織方麵展現瞭非凡的功力，每一章的內容都層層遞進，環環相扣，讓人在理解一個概念後，能夠很自然地過渡到下一個，形成一個完整的知識體係。我尤其欣賞的是它在理論深度上的追求，沒有迴避那些復雜的推導和證明，而是以一種清晰易懂的方式呈現齣來，這對於我這種希望深入理解原理的讀者來說，簡直是福音。書中引用的參考文獻也非常權威，為進一步的探索提供瞭寶貴的資源。我曾嘗試過一些教材，雖然內容也算詳實，但總感覺缺乏一種“靈魂”，知識點之間像是孤立的碎片。而這本書，則將這些碎片巧妙地編織成一張宏大的知識網，讓人在學習的過程中，能感受到一種全局觀。這種深入淺齣的講解方式，讓我對數字電路的學習不再感到枯燥，反而充滿瞭求知欲。