数字电路应用 唐智杰、朱方文编 9787567120037 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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唐智杰，朱方文编 著

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出版社： 上海大学出版社

ISBN：9787567120037

商品编码：29325484676

包装：平装

出版时间：2015-11-01

基本信息

书名：数字电路应用

定价：38.00元

作者：唐智杰、朱方文编

出版社：上海大学出版社

出版日期：2015-11-01

ISBN：9787567120037

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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唐智杰、朱方文编*的《数字电路应用》以“从基础理论出发，以实际应用为切入点，教学与实践相结合”为主线，采用从简单到复杂，从一般到特殊的演绎方法，主要讲述数字电路基础知识、大规模集成电路设计与应用、Verilog HDL语言设计方法和 Quartus Ⅱ应用软件的使用技术。同时，本教材引进实例设计与实验环节，方便有效地通过计算机来实现多个实例的设计与验证，加深学生对概念、方法和应用技巧的理解，并能够加以应用。本教材结构清楚、层次分明、重点突出，注重理论与实践相结合。
本教材可作为高等工科院校电子技术、自动控制及相近专业本科高年级学生和研究生的教材，也作为广大科研工作者、工程技术人员以及高等院校教师的参考书。

目录

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章 绪论 1.1 什么是数字电路 1.2 数字电路的发展及应用 1.3 数字电路设计方法 1.4 课程应用模型第2章 数字电路基础 2.1 数制和码制 2.1.1 基本概念 2.1.2 二进制与十进制 2.1.3 八进制与十六进制 2.1.4 码制 2.2 逻辑代数基础 2.2.1 逻辑运算 2.2.2 基本规则 2.3 逻辑函数 2.3.1 逻辑函数及其表示方法 2.3.2 逻辑函数的标准形式 2.3.3 逻辑函数的代数化简 2.3.4 卡诺图化简法 习题第3章 逻辑电路 3.1 门电路 3.1.1 基本门电路 3.1.2 常用集成门电路 3.2 组合逻辑电路 3.2.1 组合电路的分析和设计 3.2.2 组合逻辑电路的竞争与冒险 3.2.3 常用的集成组合逻辑电路 3.3 时序逻辑电路 3.3.1 触发器 3.3.2 典型触发器 3.3.3 典型集成触发器 3.3.4 时序逻辑电路的分类 3.3.5 同步时序逻辑电路分析与设计 3.3.6 异步时序逻辑电路的分析与设计 3.3.7 计数器 3.3.8 寄存器 习题第4章 大规模数字集成电路 4.1 半导体存储器 4.1.1 只读存储器 4.1.2 存储器 4.2 可编程逻辑器件 4.2.1 简单可编程逻辑器件 4.2.2 复杂可编程逻辑器件(CPLD) 4.2.3 现场可编程门阵列(FPGA) 4.3 常用CPLD/FPGA器件 4.3.1 Altera公司产品 4.3.2 Xilinx公司产品 4.3.3 Lattice公司产品 习题第5章 Verilog HDL数字设计基础 5.1 Verilog HDL简介 5.2 语法基本要素 5.3 模块的结构 5.3.1 模块的介绍 5.3.2 模块的调用 5.4 数据类型与表达式 5.4.1 线网型变量 5.4.2 寄存器型变量 5.5 运算符 5.5.1 操作数 5.5.2 Verilog HDL的运算符 5.6 赋值语句 5.6.1 连续赋值语句 5.6.2 线网声明赋值 5.6.3 过程赋值语句 5.7 结构说明语句 5.8 条件语句 5.8.1 if-else语句 5.8.2 case语句 5.9 循环语句 5.9.1 forever循环语句 5.9.2 repeat循环语句 5.9.3 While循环语句 5.9.4 for循环语句 5.10 块语句 5. 10.1 顺序语句块 5. 10.2 并行语句块 5.11 结构语句 5.11.1 initial语句 5.11.2 always语句 5.12 系统任务 5.12.1 任务 5.12.2 任务定义 5.12.3 任务调用 5.13 函数语句 5.13.1 函数定义 5.13.2 函数调用 5.13.3 函数的使用规则 5.13.4 task和function的区别 5.14 常用的系统任务和函数 5.14.1 $display和$write 5.14.2 系统任务$monitor 5.14.3 系统函数$time和$realtime 5.14.4 系统任务$finish和$stop 5.14.5 系统任务$readmem 5.14.6 系统任务$random 5.14.7 文件输入／输出任务 5.15 编译预处理 5.15.1 'define和'undef. 5.15.2 'ifdef、'else和'endif 5.15.3 'default_type 5.15.4 'include- 5.15.5 'resetall 5.15.6 'timescale 5.15.7 'unconnected_drive和'nounconnected_driw 习题第6章 Quartus Ⅱ功能及应用 6.1 Quartus Ⅱ软件简介及特点 6.2 Quartus Ⅱ软件开发流程 6.2.1 设计输入 6.2.2 综合 6.2.3 布局布线 6.2.4 编译和配置 6.2.5 仿真 6.2.6 调试 6.2.7 系统级设计 6.3 Quartus Ⅱ软件的使用举例 6.3.1 创建Quartus Ⅱ工程 6.3.2 设计输入 6.3.3 工程配置及时序约束 6.3.4 编译 6.3.5 器件与引脚设定 6.3.6 功能仿真 6.3.7 时序仿真 6.3.8 机器编程和配置 6.4 Quartus Ⅱ下载及安装建议第7章 基础应用实例 7.1 基本门电路设计实例 7.1.1 基本逻辑门 7.1.2 三态门电路 7.1.3 总线缓冲器 7.2 组合逻辑电路设计实例 7.2.1 逻辑函数的实现 7.2.2 多路数据选择器 7.2.3 数据分配器 7.2.4 比较器 7.2.5 优先编码器 7.2.6 3线-8线译码器 7.2.7 BCD-七段显示译码器 7.2.8 码制转换器 7.3 加法器 7.3.1 半加器 7.3.2 全加器 7.4 减法器 7.4.1 半减器 7.4.2 全减器 7.5 时序逻辑电路设计实例 7.5.1 触发器 7.5.2 计数器 7.5.3 寄存器 7.5.4 移位寄存器第8章 高级应用实例 8.1 投票表决器 8.1.1 功能要求 8.1.2 设计实现 8.1.3 仿真结果 8.2 序列信号发生器 8.2.1 功能要求 8.2.2 设计实现 8.2.3 仿真结果 8.3 分频器 8.3.1 功能要求 8.3.2 设计实现 8.3.3 仿真结果 8.4 交通灯控制器 8.4.1 功能要求 8.4.2 设计实现 8.4.3 仿真结果 8.5 颗粒物罐装系统 8.5.1 功能要求 8.5.2 设计实现 8.5.3 仿真结果附录A 参考系统硬件原理图附录B 参考系统管脚对应表参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《电子系统设计：原理与实践》 内容简介 在当今高度数字化的时代，电子系统的设计与实现已成为支撑科技进步与社会发展的基石。从智能手机、高性能计算机到复杂的工业自动化设备、尖端的通信系统，无不依赖于精妙的电子电路和系统。本书《电子系统设计：原理与实践》旨在为读者提供一个全面、深入的电子系统设计知识体系，涵盖从最基础的逻辑门电路到复杂的数字信号处理器（DSP）应用，以及系统级的优化与验证方法。本书内容严谨，理论与实践相结合，力求帮助读者掌握现代电子系统设计所必需的核心概念、关键技术与工程实践。 第一章：数字逻辑基础与组合逻辑电路 本章将从数字信号的本质出发，介绍二进制系统、逻辑门（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR）及其真值表和逻辑符号。随后，深入讲解布尔代数的基本定理和定律，以及如何利用这些工具进行逻辑函数的化简，包括卡诺图（Karnaugh Map）和奎因-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）算法。在此基础上，我们将详细介绍组合逻辑电路的设计，包括译码器（Decoder）、编码器（Encoder）、多路复用器（Multiplexer）、数据选择器（Demultiplexer）和加法器（Adder）等基本模块的原理、结构和应用。通过对这些基本组合逻辑单元的理解，读者将为后续更复杂的数字系统设计打下坚实的基础。 第二章：时序逻辑电路与状态机设计 数字系统并非仅仅处理瞬时的逻辑关系，更重要的是能够记忆和处理随时间变化的信号，这便是时序逻辑电路的核心功能。本章将首先介绍基本存储单元——触发器（Flip-flop），包括SR触发器、D触发器、JK触发器和T触发器，分析它们的激励方程、状态转移图和时序特性。在此基础上，我们将深入讲解寄存器（Register）和计数器（Counter）的设计与应用，包括移位寄存器、同步计数器和异步计数器。最后，本章将聚焦于有限状态机（Finite State Machine, FSM）的设计，详细阐述摩尔（Moore）型和米利（Mealy）型状态机的建模方法、状态图的绘制、状态方程的推导以及状态机的电路实现。通过对时序逻辑电路的学习，读者将能够设计出能够执行复杂序列操作的数字系统。 第三章：半导体器件与基本集成电路 本章将回溯到数字电路的物理实现层面，介绍构成数字系统的基本半导体器件，如二极管和三极管，并阐述其工作原理。在此基础上，我们将重点讲解MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的结构、工作特性及其在数字集成电路中的应用，这是现代大规模集成电路（VLSI）的基础。我们将介绍CMOS（互补金属氧化物半导体）技术，它是当前绝大多数数字集成电路的主流工艺，并分析CMOS反相器、NAND门和NOR门等基本逻辑门的电路实现。此外，本章还将介绍一些常用的模拟与数字混合信号集成电路，如运算放大器（Operational Amplifier）和比较器（Comparator），及其在信号调理和转换中的作用。 第四章：存储器结构与设计 存储器是数字系统的关键组成部分，用于存储程序指令和数据。本章将详细介绍不同类型的存储器，包括随机访问存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。我们将深入分析静态随机访问存储器（SRAM）和动态随机访问存储器（DRAM）的内部结构、读写操作原理以及它们之间的差异和应用场景。对于只读存储器，我们将介绍掩膜ROM（Mask ROM）、可编程ROM（PROM）、可擦可编程ROM（EPROM）以及电可擦可编程ROM（EEPROM），并探讨闪存（Flash Memory）等现代存储技术。本章还将介绍存储器的组织结构，如存储器阵列、地址译码和数据总线，以及如何设计和选择适合特定应用的存储器系统。 第五章：微处理器与微控制器基础 微处理器（Microprocessor）是数字系统的“大脑”，负责执行指令并控制整个系统的运行。本章将介绍微处理器的基本架构，包括指令集架构（ISA）、寄存器组、算术逻辑单元（ALU）、控制单元和存储器接口。我们将分析指令的获取、解码和执行过程，以及流水线（Pipelining）等提高处理器性能的技术。随后，本章将介绍微控制器（Microcontroller），它将微处理器与输入/输出接口、定时器、中断控制器等集成在一起，形成一个独立的嵌入式计算单元。我们将探讨不同类型的微控制器架构，以及它们的典型应用，如工业控制、消费电子和汽车电子领域。 第六章：数字信号处理（DSP）导论 数字信号处理（DSP）是现代电子系统处理模拟信号的关键技术，它通过数字计算对信号进行滤波、变换、分析和合成。本章将介绍DSP的基本概念，包括采样（Sampling）、量化（Quantization）和编码（Encoding），以及奈奎斯特（Nyquist）采样定理。我们将介绍离散时间傅里叶变换（DTFT）和离散傅里叶变换（DFT），以及快速傅里叶变换（FFT）算法，理解信号在时域和频域的表示。本章还将深入讲解数字滤波器（Digital Filter）的设计，包括无限脉冲响应（IIR）滤波器和有限脉冲响应（FIR）滤波器，以及它们的性能评估指标。最后，我们将介绍数字信号处理器（DSP）芯片的特点和典型应用。 第七章：可编程逻辑器件（PLD）与FPGA设计 可编程逻辑器件（PLD）允许工程师在芯片制造完成后对其逻辑功能进行编程，极大地提高了设计的灵活性和效率。本章将介绍几种主要的PLD类型，包括可编程阵列逻辑（PAL）、通用阵列逻辑（GAL）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）。在此基础上，我们将重点讲解现场可编程门阵列（FPGA），它是一种大规模的、高度灵活的数字集成电路。我们将深入剖析FPGA的内部结构，包括逻辑单元（Logic Element）、可配置互连线（Configurable Interconnect）和输入/输出块（IOB）。本章还将详细介绍基于硬件描述语言（HDL），如Verilog或VHDL，进行FPGA设计的整个流程，包括编码、仿真、综合、布局布线和下载，以及时序约束和静态时序分析（STA）等关键工程实践。 第八章：系统集成与验证 电子系统的设计不仅仅是单个模块的实现，更重要的是将各个模块有机地集成起来，并对其整体功能进行严格的验证。本章将讨论系统集成的挑战与方法，包括总线接口设计、数据传输协议以及电源和地线规划。我们将介绍不同级别的仿真技术，从门级仿真到事务级仿真（TLM），以及它们在验证过程中的作用。本章还将深入探讨硬件/软件协同验证（Hardware/Software Co-verification）的理念和方法，以及使用FPGA原型验证（FPGA Prototyping）来加速系统验证。最后，我们将讨论测试向量（Test Vector）的生成、故障模型（Fault Model）和可测试性设计（Design for Testability, DFT）在确保产品质量中的重要性。 第九章：低功耗设计与集成电路可靠性 在现代电子设备中，低功耗设计已成为一个至关重要的考虑因素，尤其是在便携式设备和数据中心领域。本章将介绍各种降低功耗的技术，包括时钟门控（Clock Gating）、功率门控（Power Gating）、动态电压频率调整（DVFS）以及低功耗工艺技术。此外，本章还将探讨集成电路的可靠性问题，包括工艺制造中的缺陷、环境因素（如温度、湿度）对器件性能的影响，以及如何通过设计和测试来提高芯片的鲁棒性和寿命。我们将介绍一些常见的失效机理，如迁移（Migration）、击穿（Breakdown）和热应力（Thermal Stress），并讨论如何通过冗余设计和错误检测/纠正（EDAC）机制来增强系统的可靠性。 第十章：先进数字系统应用实例 本章将通过一些具体的应用实例，来展示前几章所学知识的实际应用。我们将探讨嵌入式系统设计，包括ARM Cortex-M系列微控制器在物联网（IoT）设备中的应用。我们将分析高性能计算（HPC）中的数字电路设计，如GPU（图形处理器）的架构和并行计算原理。此外，本章还将介绍通信系统中的数字信号处理技术，例如数字调制解调、信道编码和纠错。最后，我们将展望未来数字系统设计的发展趋势，如人工智能（AI）芯片的崛起，以及其对电子系统设计提出的新挑战和机遇。 《电子系统设计：原理与实践》提供了一个从基础理论到高级应用的完整学习路径，通过丰富的实例和工程实践的讲解，帮助读者深入理解数字电子系统的设计精髓，并为在相关领域从事研发工作打下坚实的基础。本书适合高等院校电子工程、计算机科学、自动化等专业的学生，以及从事相关领域的工程师阅读和参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉，就像是走进了一个巨大的、布满迷宫的图书馆，然后被告知“所有答案都在这里”。然而，这个图书馆的书架太高了，目录太混乱了，而且大部分书籍的语言都晦涩难懂。我本来是想找找看有没有关于FPGA设计或者嵌入式系统开发的具体案例，想知道如何在实际项目中应用数字电路的知识，比如设计一个简单的控制系统，或者实现一个数据采集模块。但这本书的内容，大部分都停留在非常基础的层面，各种逻辑运算、状态机的理论分析占了很大篇幅，而且讲解的方式过于学术化，缺乏生动性和形象性。阅读过程中，我常常需要反复查阅其他资料才能理解作者所说的概念，尤其是那些关于时序分析和时钟同步的部分，虽然很重要，但书中的阐述方式让我感觉像在解一道奥数题，完全没有体会到它在实际工程中的价值。很多时候，我希望能够看到一些实际电路图的分析，或者是一些软件仿真的过程演示，但这些内容在这本书中极其稀少，更不用说一些具体的项目实践指导了。这使得这本书更像是一份理论报告，而不是一本指导实践的“应用”手册，对于想要将理论知识转化为实际技能的读者来说，这本书的帮助确实非常有限，更像是一种理论上的“知识灌输”，而非“能力培养”。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的整体感受，就像是在一本厚厚的武功秘籍里，找到了记载了无数招式名字的章节，但却唯独缺少了关于如何“出招”的详细图解和指导。作者在讲解数字电路的各种基本原理时，无疑是非常详尽的，从最基础的布尔代数到复杂的时序逻辑，几乎每一个概念都进行了深入的剖析，并且辅以大量的公式推导和逻辑符号。对于那些渴望彻底理解数字电路“为什么”是这样运作的读者来说，这本书提供了一个非常扎实的理论基础。然而，当我想进一步探索“如何”将这些理论应用到实际的工程项目中时，这本书就显得力不从心了。书中所提供的“应用”案例，大多是抽象的概念性展示，并没有给出具体的设计流程、硬件选型建议，甚至连实际的电路图纸都很少见。这让我感觉，我虽然知道了“招式”的名字，但却不知道如何施展，更不知道在什么场景下应该用哪一招。特别是关于一些实际的工程问题，比如如何优化电路的功耗、如何提高信号的传输效率、如何在复杂的系统中进行调试，这些在书中几乎没有涉及。这让我觉得，这本书更像是为那些想要成为数字电路理论研究者而准备的，而非为那些希望成为数字电路工程师的实践者。它的内容过于偏重理论深度，而忽略了实际应用中的“拿来就用”和“解决问题”的指导性，因此，对于想要快速上手实际开发的读者而言，这本书的价值相对有限。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书在基础知识的梳理上，绝对是下了功夫的。从最基础的逻辑门电路，到复杂的组合逻辑和时序逻辑，再到存储器和状态机的设计，这本书都提供了一个相对完整的框架。对于初学者来说，这本书就像是为你搭建了一个坚实的理论基础，让你能够理解数字电路的基本构建块是如何工作的。作者在解释概念的时候，虽然有时会显得有些啰嗦，但换个角度想，这或许是为了确保每一个细节都能被读者理解。书中的公式推导也比较严谨，对于那些喜欢深究原理的读者来说，这无疑是一大优点。我尤其喜欢它在讲解状态机部分时，对不同类型的状态机（如摩尔和米勒）的区分和阐述，这让我对状态机的理解更加深入。而且，它还涉及了一些基础的EDA工具的使用概念，虽然不是详细的教程，但至少点出了如何将理论模型转化为实际的电路设计。然而，这本书的“应用”二字，在我看来，更多体现在理论上的应用，而不是实际的工程项目应用。它更多地是在告诉你“这是什么”、“它是怎么工作的”，而不是“如何用它来解决具体问题”。对于那些已经具备一定理论基础，想要进一步提升实际项目开发能力的读者来说，这本书可能显得有些“浅尝辄止”，无法满足他们对深入实践的渴求。

评分☆☆☆☆☆

读完《数字电路应用》，我的脑海中只剩下了一片模糊的逻辑符号和时序图的阴影。我本来期望能够从中找到一些关于如何设计一个实用的数字电路系统的灵感，比如如何利用数字电路技术来控制一个电机，或者如何设计一个简单的通信模块。但是，这本书的内容，与其说是在讲解“应用”，不如说是在不断地重复和深化各种理论概念。作者似乎对理论的严谨性有着近乎偏执的追求，使得书中的每一章都充满了各种公式、定理和证明，读起来就像是在攻读一本高深的数学论文，而不是一本旨在传授实践技能的工程教材。即使偶尔出现了一些“应用”的例子，也大多是一些简化的、脱离实际的教学模型，看完之后，我依然不知道如何在真实的项目中运用这些知识。我尤其对书中关于微处理器和微控制器的工作原理的介绍感到困惑，它只是泛泛地提了一下，并没有深入讲解如何用数字电路的原理去设计或理解这些复杂的系统，更别提如何将这些知识应用到嵌入式开发中去了。总而言之，这本书更像是一个数字电路理论的“百科全书”，而非一本“实操手册”，对于想要学习如何“动手”的读者来说，这本书的帮助可能非常有限，它更适合那些对理论本身有强烈兴趣，并且愿意投入大量时间和精力去钻研的读者，对于我这样的普通读者来说，这本书带来的更多是理论上的压力，而不是实践上的启发。

评分☆☆☆☆☆

这本《数字电路应用》真的是一本令人头疼的书！刚拿到的时候，冲着“应用”两个字，我以为能学到不少实用的技术，结果呢？翻开第一页就开始陷入了各种抽象的理论和公式，简直是把我拽回了大学时啃晦涩教材的噩梦。书里充斥着各种逻辑门、时序逻辑、状态机的讲解，虽然我知道这些是基础，但作者的叙述方式实在太枯燥了，感觉就像在背诵一本古老的函数手册。举个例子，讲到触发器的时候，他们能用好几页的篇幅来分析JK触发器、D触发器、T触发器的工作原理，还附上了密密麻麻的时序图，看得我眼花缭乱，脑仁儿疼。而且，书中的例子少得可怜，即便有，也大多是理论模型，跟实际的工程应用几乎脱节。我特别想知道，我学会了这些理论，怎么才能实际运用到开发一个小的电子产品上？书中对此语焉不详，这让我非常失望。读完感觉脑子里塞满了各种符号和概念，但真正能拿来解决问题的“应用”在哪里，我还是茫然一片。这完全不是一本我期待的“应用”型教材，更像是一本纯粹的理论理论再理论的教科书，对于想快速上手实践的读者来说，这本书的帮助微乎其微，更像是在考验你的耐心和记忆力。