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丁向荣，贾萍，赵慧，朱云鹏 著

图书标签:

• 数字逻辑设计
• FPGA
• Verilog
• Quartus
• 项目教程
• 数字电路
• 电子工程
• 大学生
• 实践
• 教程

店铺： 爱尚美润图书专营店

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302417378

商品编码：29495098327

包装：平装

出版时间：2016-03-01

基本信息

书名：数字逻辑设计项目教程

定价：48.00元

作者：丁向荣,贾萍,赵慧,朱云鹏

出版社：清华大学出版社

出版日期：2016-03-01

ISBN：9787302417378

字数：

页码：355

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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　　（1）基于QuartusⅡ、CPLD实施教学任务，集设计、仿真、实操于一体。

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　　（2）接轨TEMI数字逻辑设计国际证照。

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　　（3）基于工程实践，轻松实施“教、学、做”一体化。

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　　（4）配备光盘资料：包括多媒体课件、任务原理图与仿真文件、任务实施报告册、TEMI数字逻辑设计（专业级）认证项目资料、常用集成电路器件资料、微课视频资料等。

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内容提要

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　　《数字逻辑设计项目教程》将基础数字电子技术知识与高端数字电子技术有机融合，通过QuartusⅡ开发工具软件实施原理图设计、波形仿真与CPLD系统测试，系统地学习数字逻辑设计的全过程，锻炼学生数字逻辑的设计能力与实践能力。相比传统数字电子技术教材，《数字逻辑设计项目教程》在内容设计与编排上都有较大的突破。
　　《数字逻辑设计项目教程》按数字电子技术课程的知识体系结构编排项目，包括逻辑代数基础、集成门电路、数字逻辑开发工具、组合逻辑电路、触发器、寄存器、同步计数器、异步计数器、环形计数器、数字逻辑系统综合设计与有限状态机设计技术，共11个项目。采用任务驱动模式组织教材内容，按照“任务说明→相关知识→任务实施→知识延伸→任务拓展”体系实施教学，理论与实践相结合，集设计、仿真与实操于一体。
　　《数字逻辑设计项目教程》实用性、可操作性强，可作为应用型大学、高职高专院校电子信息类及相关专业数字电子技术课程教材，也可作为电子爱好者的自学读本，以及相应工程技术人员的参考。

目录

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项目1 逻辑代数基础n
任务1．1 数制转换n
任务1．2 编码n
任务1．3 逻辑函数的描述n
任务1．4 逻辑函数的化简n
习题n
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项目2 集成门电路n
任务2．1 TTL门电路的测试n
任务2．2 CMOS门电路的测试n
习题n
n
项目3 数字逻辑开发工具n
任务3．1 Quartus Ⅱ的操作使用n
任务3．2 TEMI数字逻辑设计能力认证开发板的操作使用n
习题n
n
项目4 组合逻辑电路n
任务4．1 加法器n
任务4．2 编码器n
任务4．3 译码器n
任务4．4 数值比较器n
任务4．5 数据选择器n
任务4．6 数据分配器n
习题n
n
项目5 触发器n
任务5．1 RS触发器n
任务5．2 JK触发器n
任务5．3 D触发器n
习题n
n
项目6 寄存器n
任务6．1 数据寄存器n
任务6．2 移位寄存器n
习题n
n
项目7 同步计数器n
任务7．1 同步加法计数器n
任务7．2 同步减法计数器n
习题n
n
项目8 异步计数器n
任务8．1 异步加法计数器n
任务8．2 异步减法计数器n
习题n
n
项目9 环形计数器n
任务9．1 模4环形计数器n
任务9．2 模7扭环形计数器n
习题n
n
项目10 数字逻辑系统综合设计n
任务10．1 跑马灯控制器n
任务10．2 电子骰子控制器n
任务10．3 二位BCD码计数器n
任务10．4 交通灯控制电路n
n
项目11 有限状态机设计技术n
任务11．1 有限状态机的基本概念和传统设计技术n
任务11．2 用状态机编辑器设计状态机n
任务11．3 Moore型状态机实例——步进电机控制器设计n
习题n
n
项目An
项目Bn
项目Cn
项目D 中国台湾TEMI数字逻辑设计能力认证简介n
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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【XH】数字逻辑设计项目教程 前言 在信息时代的浪潮中，数字逻辑设计作为计算机科学与电子工程的基石，扮演着至关重要的角色。从最基础的逻辑门电路到复杂的微处理器，数字逻辑的设计思想无处不在，深刻地影响着我们生活的方方面面。本书旨在为有志于掌握数字逻辑设计核心技能的读者提供一个全面、实践导向的学习平台。我们深知，理论知识的掌握固然重要，但更关键的是如何将这些抽象的概念转化为实际可用的设计。因此，本书将理论讲解与丰富的项目实践相结合，力求让读者在动手操作中加深理解，在解决实际问题的过程中提升能力。 本书的编写宗旨是： 系统梳理基础概念： 从布尔代数、逻辑门到组合逻辑、时序逻辑，循序渐进地构建扎实的理论基础。 强调设计流程与方法： 引导读者掌握从需求分析、逻辑化简、状态机设计到电路实现的全流程。 提供实战项目案例： 精选一系列具有代表性的数字逻辑设计项目，涵盖简单计数器、状态检测器，乃至小型处理器等，让读者学以致用。 结合现代设计工具： 介绍和应用当前主流的EDA（Electronic Design Automation）工具，如Vivado、Quartus等，让读者熟悉行业标准的设计环境。 培养问题解决能力： 在项目实践中，鼓励读者独立思考，分析问题，寻找解决方案，培养独立的设计能力。 本书的内容安排，力求在广度和深度上达到一个平衡。我们既要涵盖数字逻辑设计的核心原理，也要通过项目案例展示这些原理在实际应用中的强大威力。我们相信，通过对本书内容的深入学习和积极实践，读者将能够 confidently 地应对各种数字逻辑设计挑战，为未来的学习和职业发展奠定坚实的基础。 第一章：数字逻辑基础 本章是本书的起点，我们将带领读者进入数字逻辑设计的奇妙世界。首先，我们会介绍数字逻辑的基本概念，包括二进制数制、逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）及其真值表，这是构建一切数字电路的基石。我们将深入讲解布尔代数定律和定理，例如交换律、结合律、分配律、德摩根定律等，并演示如何利用这些定律进行逻辑表达式的化简。 接下来，我们将探讨组合逻辑电路的设计。组合逻辑电路由输入信号直接决定输出信号，没有记忆功能。我们将学习如何使用卡诺图（Karnaugh Map）进行逻辑函数的最小化，这是提高电路效率和降低成本的关键技术。通过具体例子，如编码器、译码器、多路选择器（Multiplexer）和数据选择器（Demultiplexer），读者将学会如何根据逻辑功能需求，设计并优化组合逻辑电路。 第二章：时序逻辑电路 与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路的输出不仅取决于当前的输入，还取决于电路的先前状态，这得益于其引入了“记忆”元件，最基本的就是触发器（Flip-Flop）。本章将详细介绍不同类型的触发器，包括SR触发器、D触发器、JK触发器和T触发器，以及它们的特性、工作原理和时序图。 我们将重点讲解状态机的设计，这是实现复杂时序逻辑控制的核心。本书将介绍两种主要的状态机模型：米利（Mealy）型和摩尔（Moore）型状态机，并分析它们之间的区别和适用场景。读者将学习如何从问题描述出发，绘制状态转移图，编写状态转移表，最终设计出实现特定时序功能的电路。我们将通过一系列实例，如交通灯控制器、序列检测器等，来巩固状态机设计的方法。 第三章：硬件描述语言（HDL）入门 在现代数字逻辑设计中，硬件描述语言（HDL）是不可或缺的工具。它允许工程师以文本形式描述硬件电路，并通过软件工具进行仿真和综合。本章将以Verilog HDL为例，介绍其基本语法和特性。我们将讲解如何使用Verilog来描述门级电路、数据流模型和行为级模型。 读者将学习如何定义模块、端口，如何使用赋值语句（assign, always），以及如何实例化其他模块。我们将通过简单的组合逻辑和时序逻辑电路，如加法器、寄存器等，来展示Verilog代码的编写方式。本章的重点在于让读者熟悉HDL的逻辑思维方式，为后续更复杂的项目设计打下基础。 第四章：组合逻辑项目实践 本章开始进入项目实践环节，我们将通过设计和实现几个典型的组合逻辑电路项目，来加深对理论知识的理解。 项目 1：多路选择器与数据选择器设计 我们将设计一个支持多种输入选择的数据选择器，并使用HDL进行描述和仿真。这个项目将帮助读者理解多路选择器的原理及其在信号路由中的作用。 项目 2：二进制加法器与减法器 我们将设计一个n位二进制加法器，并在此基础上扩展设计一个减法器。这涉及到逻辑门的组合以及如何处理进位和借位。我们将学习如何使用HDL实现这些算术电路，并进行功能验证。 项目 3：BCD码译码器与显示驱动 本设计将实现一个BCD（Binary Coded Decimal）码到七段数码管的译码器。读者将学习如何将二进制数转换为用于驱动数码管显示的信号，这是一个将数字逻辑与实际显示器件连接的典型案例。 第五章：时序逻辑项目实践 本章将专注于时序逻辑项目的实现，让读者掌握状态机的设计与应用。 项目 4：多功能计数器设计 我们将设计一个可预置、可清零、可加/减计数的多功能计数器。这个项目将涉及触发器的使用、状态机设计以及如何控制计数器的不同工作模式。 项目 5：序列检测器 本设计将实现一个能够检测特定输入序列的状态机。例如，检测输入信号中是否出现“1011”这样的序列。这将是理解和应用状态机原理的绝佳案例，有助于训练读者对时序信号的逻辑分析能力。 项目 6：交通灯控制器 我们将设计一个简单的交通灯控制器，模拟真实交通路口的信号变化。这个项目涉及到状态机的多状态切换，以及如何根据时间或其他输入信号来控制状态转移。 第六章：FPGA开发环境与流程 现场可编程门阵列（FPGA）是实现数字逻辑设计最常用的硬件平台之一。本章将介绍FPGA的基本结构和工作原理，以及主流的FPGA开发工具链，例如Xilinx的Vivado或Intel的Quartus Prime。 我们将详细介绍FPGA设计的典型流程，包括： 1. 需求分析与设计规范 2. HDL代码编写 3. 功能仿真 4. 综合（Synthesis）：将HDL代码转换为门级网表。 5. 布局布线（Place and Route）：将网表映射到FPGA的物理资源上。 6. 时序约束与时序分析：确保设计在目标时钟频率下稳定运行。 7. 生成比特流文件（Bitstream）：用于配置FPGA。 8. 下载与硬件验证：将比特流下载到FPGA开发板上进行实际测试。 通过本章的学习，读者将对FPGA设计有一个全面的认识，并能够开始在实际硬件平台上实现自己的设计。 第七章：综合性项目实战：小型CPU控制器设计 本章将挑战一个更具综合性的项目：设计一个简单CPU的控制器部分。这个项目将融合前面章节所学的多种技术，包括组合逻辑、时序逻辑、HDL编程以及对指令执行流程的理解。 我们将定义一套非常简单的指令集，例如加载（LOAD）、存储（STORE）、加法（ADD）、跳转（JUMP）等。然后，我们将设计一个状态机来管理CPU的指令周期，包括取指令（Fetch）、译码（Decode）和执行（Execute）三个阶段。 指令存储器与指令译码： 如何根据指令地址获取指令，并将其分解为操作码和操作数。 程序计数器（PC）的设计： 如何跟踪下一条指令的地址。 指令执行单元的简单控制： 根据指令类型，控制ALU（算术逻辑单元）等部件的工作。 寄存器文件（Register File）的读写控制： 如何管理CPU内部的寄存器。 通过这个项目，读者将能够更深刻地理解计算机底层是如何工作的，以及数字逻辑设计在构建复杂计算系统中的核心作用。我们将鼓励读者自行扩展指令集，优化设计，从而进一步提升其解决复杂问题的能力。 第八章：进阶主题与未来展望 在掌握了数字逻辑设计的基础和实践之后，本章将简要介绍一些进阶的主题，为读者的进一步学习提供方向。 异步电路设计： 介绍异步电路的基本概念，及其与同步电路的对比。 低功耗设计技术： 探讨在数字电路设计中如何降低功耗。 硬件加速与并行计算： 介绍如何利用FPGA实现高效的并行计算。 SoC（System-on-Chip）设计概览： 简要介绍如何将数字逻辑设计与处理器、内存控制器等集成到一个芯片上。 最后，本章将对数字逻辑设计的未来发展进行展望，包括人工智能在芯片设计中的应用，以及下一代计算架构的趋势。 附录 常用EDA工具命令参考 布尔代数公式汇总 状态机设计模板 结语 本书从基础理论到实际项目，力求为读者构建一个完整、深入的数字逻辑设计学习路径。我们相信，通过理论学习与动手实践的紧密结合，读者不仅能够掌握数字逻辑设计的方法和技巧，更能培养出解决复杂工程问题的能力。在这个日新月异的科技时代，数字逻辑设计的重要性将愈发凸显。希望本书能够成为您探索数字世界、创造无限可能的一块基石。愿您在数字逻辑设计的旅途中，收获知识，激发灵感，成就梦想！

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得非常吸引人，色彩搭配既专业又不失活力。拿到手里的时候，首先感受到的是纸张的质感，厚实而平滑，让人有种立刻翻开阅读的冲动。我一直都在寻找一本能够将理论知识与实际项目紧密结合的教材，这本书似乎正是我需要的。从目录上看，它涵盖了数字逻辑设计的基础概念，比如布尔代数、逻辑门、组合逻辑电路和时序逻辑电路，这些都是我学习的重点。更让我期待的是，它似乎在每章之后都安排了具体的项目实践环节，这对于我这种动手能力较弱的学习者来说，无疑是一剂强心针。我希望通过这本书，能够真正理解那些抽象的逻辑图是如何转化为实际工作的电路的，而不是停留在纸上谈兵的阶段。这本书的排版也很清晰，图文并茂，即使是复杂的电路图也展示得非常直观，这对于理解设计思路至关重要。我计划按照书中的步骤，一步步完成所有的项目，相信这将极大地提升我的实践能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的作者在介绍基础概念时，采用了非常循序渐进的方式，让人感到十分亲切。我特别欣赏它在讲解逻辑代数化简和卡诺图应用时的细致程度。很多教科书在这部分往往一带而过，导致初学者容易混淆。但这本书不同，它不仅详细推导了每一步的公式，还配有大量的实例，用不同的方法去求解同一个问题，这极大地帮助我巩固了基础知识。特别是关于组合逻辑电路的章节，作者似乎花了很大的心思去构建一个完整的项目框架，而不是零散地介绍各个模块。这种整体性的讲解方式，让学习者能够更好地把握全局，理解各个部分是如何协同工作的。阅读过程中，我发现书中对一些常见的错误设计模式也有着独到的见解和分析，这比单纯学习“如何做对”更有价值，因为它教会我们如何识别和避免陷阱。

评分☆☆☆☆☆

这本书的配套资源似乎非常丰富，这一点从书中提到的多个在线链接和代码库中就可以窥见一斑。虽然我尚未完全探索完所有资源，但仅仅是目录中提及的那些仿真案例和硬件描述语言（HDL）代码示例，就足以让人感到物超所值。对于现代电子工程的学习而言，掌握VHDL或Verilog是必不可少的技能，而这本书显然意识到了这一点。它没有仅仅停留在理论层面，而是很早就引入了硬件描述语言的概念，并结合实际项目展示了如何用代码来实现之前在面包板上模拟的电路。这种理论与代码无缝衔接的教学方式，无疑为我未来进入更深层次的FPGA或ASIC设计打下了坚实的基础。我非常期待能够利用书中的资源，亲手在仿真软件中验证那些复杂的逻辑电路，看看它们是否真的能按照我的设计意图工作。

评分☆☆☆☆☆

整体而言，这本书给我带来的最大感受是“实用性”和“前瞻性”的完美结合。它不仅扎实地覆盖了数字逻辑设计的核心内容，还巧妙地融入了现代电子设计中不可或缺的工具和方法。阅读这本书的过程，与其说是在学习一门课程，不如说是在跟随一位经验丰富的工程师进行一次实践指导。书中的语言风格虽然严谨，但逻辑清晰，没有太多晦涩难懂的行话，使得即便是自学者也能较快地进入状态。我特别喜欢其中关于项目收尾和调试部分的讨论，这部分内容往往被其他教材忽略。它提醒我们，设计一个能跑的电路固然重要，但设计一个易于维护和调试的电路才是专业性的体现。这本书真正做到了“授人以渔”，不仅给了我工具，更教会了我如何思考和解决问题。

评分☆☆☆☆☆

时序逻辑电路的学习一直是我攻克数字逻辑设计的一个难点，因为涉及到状态机的设计和时钟同步等概念，稍微不注意就会陷入混乱。然而，这本书在介绍触发器、寄存器和状态机的部分，做得相当到位。作者没有直接抛出复杂的时序图，而是先从最简单的RS触发器开始，逐步过渡到D触发器和JK触发器，清晰地解释了它们之间的区别和适用场景。更让我眼前一亮的是，书中对有限状态机（FSM）的设计流程进行了极具条理性的拆解。它提供了一个清晰的步骤——从需求分析到状态转移图、真值表，再到最终的电路实现。这种结构化的方法论，对于我这种需要系统性学习的人来说，简直是如获至宝。我感觉自己不再是被动地接受知识，而是主动地参与到设计过程中。