数字系统设计实验教程 9787030301857 科学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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屈民军，唐奕著 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030301857

商品编码：29222893165

包装：平装

出版时间：2011-02-01

基本信息

书名：数字系统设计实验教程

定价：35.00元

作者：屈民军,唐奕著

出版社：科学出版社

出版日期：2011-02-01

ISBN：9787030301857

字数：385000

页码：246

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.400kg

编辑推荐

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内容提要

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本书基于浙江大学电子电气基础课程改革的成果编写而成，通过实例与实验详细介绍数字系统设计的原理与方法。全书共7章，第143章主要讲解FPGA的结构与原理、数字系统的结构化设计方法、设计验证和设计实现；第4～7章以培养综合设计和创新能力为原则，通过精选的28个实验来训练ModelSim、ISE和chipScopePro等专用开发工具的使用，以及各类典型数字单元、接口和系统的设计。
本书内容紧密联系教学与科研生产实践，实验内容强调基础性、实用性、系统性和趣味性，实验环境基于Xilinx公司的XUPVirtex—II Pro开发平台，并提供部分VerilogHDL程序和丰富的教学资源。
本书可作为普通高等院校电子电气相关专业的数字电路与系统实验课教材，也可作为工程技术人员的参考书。

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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电子学入门：从基本原理到数字电路设计 这本入门级的电子学教程，旨在为初学者构建坚实的理论基础和实践能力。内容涵盖了从最基本的电学概念，如电压、电流、电阻，到复杂的数字逻辑门电路、组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计与应用。教程以清晰易懂的语言，辅以大量的图示和实例，引导读者一步步深入理解电子世界的奥秘。 第一部分：电学基础——构建感知世界的基石 在展开数字电路的奇妙旅程之前，我们首先需要掌握构成一切电子设备的基础——电学原理。本部分将从最核心的概念入手，让读者对电有一个直观且深刻的认识。 电荷与电流：看不见的能量流 电荷： 教程将从物质的微观结构出发，解释正电荷和负电荷的存在。通过类比，例如摩擦起电的现象，生动地揭示电荷的聚集和分离。我们会介绍库仑定律，让读者理解电荷之间的作用力是如何产生的，以及它的大小与什么因素有关。 电流： 紧接着，我们将讲解电流的本质，即电荷的定向移动。电压作为驱动电荷移动的“动力”，其概念将被详细阐述。我们将引入欧姆定律，这是理解电路行为最 fundamental 的定律之一。通过简单的电阻电路，读者将学会如何计算电流、电压和电阻之间的关系。 直流电与交流电： 教程将区分直流电（DC）和交流电（AC）的特性，解释它们在生活中的应用场景。例如，电池提供的就是直流电，而我们家庭用电则为交流电。 电压、电流与电阻：电路的“三驾马车” 电压源与电流源： 我们将介绍理想电压源和理想电流源的概念，并解释它们在电路分析中的作用。 电阻： 电阻作为电路中最常见的元件，其作用是阻碍电流的流动。教程将详细介绍不同类型的电阻，如固定电阻、可变电阻（电位器）等，并讲解电阻的阻值、功率耗散等重要参数。 串联与并联电路： 这是分析电路的基础。我们将通过清晰的图示，讲解电阻串联和并联时，总电阻、总电流和各部分电压、电流的变化规律。例如，串联电路中电流处处相等，电压分配与电阻成反比；并联电路中电压处处相等，电流分配与电阻成反比。 基尔霍夫定律： 作为电路分析的两个重要定律，基尔霍夫电压定律（KVL）和基尔霍夫电流定律（KCL）将被详细讲解。KVL 强调在一个闭合回路中，所有电压降的代数和为零；KCL 强调在一个节点上，流入的电流代数和等于流出的电流代数和。我们将通过实际的电路例子，展示如何运用这两个定律来求解复杂的电路。 电容与电感：动态世界的守护者 电容： 电容是储存电荷的能力，常被比作一个“蓄水池”。我们将介绍电容器的构造、容值以及它在电路中的作用，例如滤波、耦合等。 电感： 电感是抵抗电流变化的性质，常被比作一个“惯性装置”。我们将介绍电感器的构造、电感值以及它在电路中的作用，例如在交流电路中的阻抗特性。 RLC 电路： 结合电阻、电感和电容，我们将介绍 RLC 电路的基本特性，例如其在谐振电路中的应用，这为理解调频、调幅等通信技术奠定基础。 第二部分：数字逻辑——二进制世界的基石 在掌握了基本的电学原理后，我们将进入数字电路的核心领域。数字电路以二进制（0和1）作为信息的基本单位，具有抗干扰能力强、易于实现复杂功能等优点，广泛应用于计算机、通信、控制等各个领域。 二进制数系统：0与1的艺术 二进制表示： 教程将详细讲解二进制数如何表示信息，以及它与我们日常使用的十进制数之间的转换方法。我们将通过位权的概念，让读者理解每一位二进制数所代表的数值。 二进制运算： 我们将介绍二进制的加、减、乘、除运算，并解释它们是如何在数字电路中实现的。例如，二进制加法中的“进位”概念。 逻辑门电路：构建数字世界的“乐高积木” 基本逻辑门： 我们将逐一介绍最基本的逻辑门电路，包括： 与门 (AND)： 只有所有输入都为1时，输出才为1。 或门 (OR)： 只要有任何一个输入为1，输出就为1。 非门 (NOT)： 输入为0时输出为1，输入为1时输出为0（反相器）。 通用逻辑门： 进一步介绍另外两种重要的逻辑门： 与非门 (NAND)： 与门的输出取反。 或非门 (NOR)： 或门的输出取反。 异或门 (XOR)： 两个输入不同时，输出为1；相同时，输出为0。 逻辑符号与真值表： 对于每种逻辑门，我们将提供标准的逻辑符号以及它们对应的真值表，让读者能够清晰地理解其输入输出关系。 布尔代数： 作为逻辑运算的数学工具，布尔代数将被引入。我们将介绍布尔代数的基本定律，如交换律、结合律、分配律、德摩根定律等，并演示如何利用布尔代数对逻辑表达式进行化简和转换，这是设计高效数字电路的关键。 组合逻辑电路：执行特定功能的“指令集” 组合逻辑电路的定义： 教程将解释组合逻辑电路的特点，即其输出仅取决于当前的输入，不包含记忆功能。 常用组合逻辑电路： 编码器与解码器： 讲解如何将一种编码转换为另一种编码，例如七段数码管的驱动就涉及到解码器。 多路选择器 (MUX) 与分路选择器 (DEMUX)： 介绍如何根据选择信号选择其中一路输入或将一路输入分发到多个输出。 加法器： 详细讲解半加器、全加器是如何实现的，以及如何构建多位加法器，这是数字电路中最基础也是最重要的功能之一。 减法器： 介绍如何利用加法器和数的二进制补码来实现减法运算。 电路设计方法： 教程将引导读者学习如何根据需求设计组合逻辑电路，包括： 真值表法： 从列出所有可能的输入组合及其对应的输出开始。 卡诺图法 (Karnaugh Map)： 一种直观的化简逻辑表达式的方法，通过将真值表中的项绘制在卡诺图中，然后进行分组，找到最简化的逻辑表达式。 Quine-McCluskey算法： 一种更系统化的逻辑化简方法。 时序逻辑电路：拥有“记忆”的数字大脑 时序逻辑电路的定义： 讲解时序逻辑电路的特点，即其输出不仅取决于当前输入，还取决于其过去的输入状态（即具有记忆功能）。时钟信号在其中起着至关重要的作用。 触发器 (Flip-Flop)： 这是时序逻辑电路的基本存储单元。我们将介绍不同类型的触发器： SR 触发器： 最基本的触发器，具有置位（S）和复位（R）输入。 D 触发器： 只有一个数据输入（D），其输出在时钟沿翻转时跟随输入。 JK 触发器： 具有更多的控制功能，可以实现翻转、保持等操作。 T 触发器： 在时钟沿翻转输入（T）为1时，输出会翻转。 寄存器 (Register)： 讲解如何将多个触发器组合起来，构成可以存储多位数据的寄存器，例如数据寄存器、移位寄存器等。 计数器 (Counter)： 异步计数器： 各级触发器的时钟信号不一致。 同步计数器： 所有触发器的时钟信号共用，能够更可靠地完成计数功能。我们将介绍加法计数器、减法计数器以及可预置计数器。 状态机： 介绍有限状态机 (FSM) 的概念，包括米利型 (Mealy) 和摩尔型 (Moore) 状态机，它们是描述和设计复杂时序逻辑电路的强大工具，广泛应用于控制系统。 第三部分：实验设计与实践——将理论转化为现实 理论知识的学习最终需要通过实践来巩固和深化。本部分将指导读者如何将所学的理论知识应用于实际的电路设计和搭建。 实验器材与工具： 介绍常用的电子实验器材，如面包板、导线、电源、万用表、逻辑笔、信号发生器、示波器等，并讲解它们的使用方法和注意事项。 电路仿真软件： 介绍常用的电路仿真软件，例如 Multisim, Proteus, Logisim 等。通过仿真，读者可以在计算机上进行电路的设计、测试和调试，大大提高实验效率，降低硬件损坏的风险。 实际电路搭建： 指导读者如何根据电路图在面包板上搭建实际电路，并使用万用表、示波器等仪器对电路的运行状态进行测量和验证。 常见实验项目： 基本逻辑门电路测试： 搭建AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR门电路，验证其逻辑功能。 组合逻辑电路设计： 设计并搭建一个简单的编码器或解码器，例如实现一个四选一的多路选择器。 时序逻辑电路搭建： 搭建一个SR触发器，观察其存储功能；搭建一个简单的移位寄存器，观察数据的移动过程。 计数器实验： 搭建一个同步二进制加法计数器，观察其计数过程。 问题排查与调试： 教程将提供一些常见的电路故障分析方法，以及调试技巧，帮助读者解决在实验过程中遇到的问题。 学习目标与进阶方向 通过本教程的学习，读者将能够： 理解电学基本原理，为深入学习电子技术打下坚实基础。 掌握二进制数系统和布尔代数，理解数字逻辑的数学表达。 熟练掌握基本逻辑门电路的功能，并能将其组合设计成复杂的组合逻辑电路。 理解时序逻辑电路的工作原理，并能设计和搭建基本的触发器、寄存器和计数器。 初步掌握电路仿真软件的使用，并具备在面包板上搭建简单数字电路的能力。 本教程为读者打开了数字系统设计的大门。在掌握了这些基础知识后，读者可以继续深入学习更复杂的数字逻辑设计技术，如可编程逻辑器件 (PLD)、现场可编程门阵列 (FPGA) 的设计，以及微处理器和微控制器等嵌入式系统的原理与应用。对数字信号处理、通信系统、嵌入式开发等领域感兴趣的读者，也将发现本教程所提供的内容是不可或缺的基石。

评分☆☆☆☆☆

我是一名从事嵌入式系统开发的工程师，虽然日常工作中更多的是接触软件层面，但深知底层硬件知识的重要性。这本书的出现，对我来说恰好是一次系统梳理和巩固的机会。我对于“数字系统设计”这个概念一直很感兴趣，尤其是在FPGA和ASIC等领域日益成熟的今天，对数字逻辑的深刻理解是构建高效、可靠硬件系统的基石。我希望这本书不仅仅停留在对基本逻辑门、组合逻辑和时序逻辑的介绍，而是能够更深入地探讨一些高级的设计概念，比如状态机设计、同步/异步逻辑的设计原则、时序约束和时钟域交叉等问题。作为一本“教程”，我更期待它能提供一些实用的设计技巧和工程实践经验，例如如何有效地进行模块化设计，如何利用EDA工具进行仿真和综合，以及一些常见的调试技巧。我很想知道它在讲解复杂系统设计时，是否会引入一些实际的工程项目案例，例如简单的处理器设计、数据通路设计或者控制逻辑设计，并详细分析其设计思路和实现过程。如果这本书能提供一些关于硬件描述语言（HDL）在实际设计中的应用指导，那将更是锦上添花。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对计算机体系结构非常着迷的爱好者，我一直想找一本能够让我从底层深入理解数字系统是如何构建的书。这本书的名字《数字系统设计实验教程》听起来就充满了实践的指导意义，我猜想它一定能帮助我理解那些抽象的计算机硬件概念是如何一步步实现的。我特别好奇这本书是否会从最基础的逻辑门开始，一步步构建起更复杂的逻辑单元，比如加法器、多路选择器、译码器等，然后是如何将这些单元组合起来，形成CPU中的ALU（算术逻辑单元）、控制器或者寄存器堆。我非常期待它能通过详细的图示和文字，清晰地展示出每一层级的逻辑结构是如何工作的。如果书中能够包含一些关于组合逻辑和时序逻辑设计的原理介绍，并且通过实验来验证这些原理，那将是非常棒的。我对书中的实验部分尤其感兴趣，想知道它是否会指导读者如何使用一些简单的硬件实现工具，比如面包板配合TTL芯片，或者更进一步的EDA工具，来实际搭建一些简单的数字电路。我希望这本书能让我对计算机的“心脏”——CPU，有一个更直观、更深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在读的电子信息工程专业研究生，目前的研究方向涉及到一些数字信号处理和嵌入式硬件加速，因此对数字系统设计有比较深入的需求。对于一本名为《数字系统设计实验教程》的书，我首先关注的是它的实验深度和广度。我希望它不仅仅是停留在一些非常基础的、教科书式的实验，而是能够涵盖一些更贴近实际应用，甚至具有一定挑战性的实验项目。比如，我特别想知道书中是否会涉及一些关于通信接口的设计，像是UART、SPI、I2C等，或者是一些简单的存储器接口设计。另外，对于现代数字系统设计中越来越重要的FPGA技术，我希望这本书能有比较详实的介绍，甚至包含一些基于FPGA的综合性实验，例如一个简单的RISC-V处理器核的实现，或者一个图像处理模块的设计。我还会关注书中对于实验平台的选择和配置的建议，以及对实验结果的分析方法是否足够深入，是否能引导我们进行更深入的性能评估和优化。一本好的教程，应该能够启发研究思路，并提供解决实际问题的有效方法。

评分☆☆☆☆☆

作为一名即将步入大学的准大学生，我对于即将开始的电子信息工程专业充满了期待，尤其是听说会有数字电路和数字系统设计这样的课程，我非常想提前了解一下相关的知识。这本书的名字《数字系统设计实验教程》听起来非常符合我的需求，因为它明确指出了“实验”的重要性，这让我觉得它不会是一本枯燥的理论书。我非常希望这本书能够用通俗易懂的语言，为我这个“小白”介绍数字信号和模拟信号的区别，以及为什么我们需要数字系统。我希望它能从最基本的概念讲起，比如二进制、逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等），并且通过一些生动形象的比喻或者图示，帮助我理解它们的功能。然后，我期待它能逐步引导我了解更复杂的组合逻辑（比如全加器、多路选择器）和时序逻辑（比如触发器、寄存器）是如何构建的。作为一本“教程”，我更希望它能提供一些简单的实验案例，即使是理论上的演示，也能让我对这些抽象的概念有一个具象化的认识。如果这本书能让我对数字世界的“积木块”有一个初步的了解，为我未来的学习打下坚实的基础，那它就是一本非常成功的入门读物。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字听起来就很有分量，充满了技术和实践的气息。虽然我还没有深入研读，但仅凭书名和作者单位，我便能想象到它是一本扎实的、面向动手能力的教材。我尤其期待它在数字逻辑设计的基础理论与实际操作之间能找到一个完美的平衡点。我是一名大二的学生，刚刚开始接触数字电路这门课程，对于理论知识的理解还比较初步，迫切需要通过实验来加深认识。听说这本书的配套实验项目设计得非常贴合教学大纲，而且涵盖了从最基础的逻辑门操作到更复杂的组合逻辑和时序逻辑电路的实现。我特别好奇它在讲解诸如触发器、计数器、寄存器等核心概念时，是如何通过实验来让读者“玩转”这些概念的。会不会有详细的实验步骤指导，以及对实验结果的分析和讨论？我希望它能提供一些典型的实验案例，并引导我们思考如何从需求出发，设计出满足要求的数字电路。而且，作为一本“教程”，我相信它在语言的表述上会清晰易懂，避免过多晦涩难懂的专业术语，能够让像我这样的初学者也能循序渐进地掌握。我非常希望能通过这本书，真正理解数字电路的工作原理，并具备独立完成数字系统设计实验的能力。