数字电路与逻辑设计实验教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张亚君，陈龙 著

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店铺： 北京爱读者图书专营店

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111247968

商品编码：29735365967

基本信息

书名：数字电路与逻辑设计实验教程

定价：20.00元

作者：张亚君,陈龙

出版社：机械工业出版社

出版日期：

ISBN：9787111247968

字数：

页码：

版次：1

装帧：

开本：

商品重量：0.241kg

编辑推荐

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内容提要

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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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探索电子世界的基石：从逻辑门到复杂系统 这是一本带您走进数字电路奥秘的实践指南，它将从最基础的逻辑门原理出发，逐步引导您构建出日益复杂的数字系统。本书的核心理念在于“理论与实践相结合”，旨在让您不仅理解数字电路的设计原理，更能亲手实现它们，从而深刻掌握电子世界的运作方式。 第一章：数字信号与逻辑门——一切的起点 在本章中，我们将揭开数字世界的神秘面纱，探讨其与模拟世界的根本区别。您将深入理解数字信号的本质——离散的、非连续的电平，以及二进制数制在数字系统中的核心地位。接着，我们将聚焦于构成一切数字电路的“砖石”——基本逻辑门。 逻辑门的基础： 您将详细学习与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）这三种最基本的逻辑门的工作原理。我们将通过真值表、逻辑符号和电路图等多种形式，清晰地阐释它们的逻辑功能。例如，您将理解为什么一个与门输出高电平（逻辑1）当且仅当其所有输入端都为高电平时。 衍生逻辑门： 在掌握了基本逻辑门后，我们将进一步介绍由它们组合而成的更强大的逻辑门，如与非门（NAND）、或非门（NOR）、异或门（XOR）和同或门（XNOR）。您将学习如何利用这些逻辑门实现更复杂的逻辑运算，例如，理解与非门为何被称为“万能门”，及其在电路设计中的广泛应用。 逻辑函数的简化： 现实世界的数字电路设计往往需要追求效率和最小化元件数量。因此，本章还将引入布尔代数的基本概念和运算规则，并为您展示如何利用卡诺图（Karnaugh Map）等图形化方法，对复杂的逻辑函数进行化简。这将帮助您设计出更简洁、更经济的电路。 实验实践： 理论讲解之外，您将有机会亲手搭建简单的逻辑门电路，观察它们的输出与输入之间的对应关系。通过使用面包板、集成电路芯片（如74系列TTL或CMOS芯片）和万用表等基本电子实验工具，您可以直观地验证所学理论。例如，您可以搭建一个与门电路，然后手动改变输入端电平，观察输出端的实时变化。 第二章：组合逻辑电路——实现特定功能的电路模块 在第一章的基础上，我们将开始构建能够执行特定任务的组合逻辑电路。这类电路的特点是，其输出仅取决于当前的输入状态，不包含任何记忆功能。 编码器与解码器： 您将学习编码器的功能，即将一组输入信号转换为另一种形式的编码输出，例如，键盘输入编码。接着，我们将深入理解解码器的作用，它能够将一种编码信号还原为原来的形式，例如，BCD码到七段数码管显示的解码。您将学习74LS138等常用的解码器芯片。 多路选择器与多路分配器： 多路选择器（Multiplexer，MUX）如同一个“电子开关”，能够从多个输入信号中选择一个，将其传递到输出端。您将理解其工作原理和在数据选择、并行-串行转换等方面的应用。反之，多路分配器（Demultiplexer，DEMUX）则将一个输入信号根据控制信号分配到不同的输出端。 加法器与减法器： 这是组合逻辑电路中最重要也最基础的应用之一。您将学习半加器、全加器是如何实现二进制位的加法运算，并在此基础上构建出多位二进制加法器，如行波进位加法器（Ripple Carry Adder）。同时，您也将了解如何利用加法器和二进制补码的概念来实现减法运算。 比较器： 学习如何设计和实现比较器电路，用于比较两个二进制数的数值大小，并输出相应的比较结果（大于、小于或等于）。 实验实践： 您将有机会利用集成电路芯片（如74LS151，74LS138，74LS283等）搭建上述的组合逻辑电路。例如，您可以搭建一个简单的4选1多路选择器，并设计实验来验证其选择功能的准确性。您还可以搭建一个4位二进制加法器，输入不同的二进制数，观察计算结果。 第三章：时序逻辑电路——引入“记忆”概念 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，还与电路 past 的状态有关，即引入了“记忆”功能。这是构建更复杂数字系统的关键。 触发器： 触发器是时序逻辑电路中最基本的存储单元。您将详细学习各种类型的触发器，包括SR触发器（Set-Reset）、D触发器（Delay）、JK触发器和T触发器。我们将深入分析它们的触发方式（如电平触发和边沿触发）、状态转移图和时序特性。 寄存器： 寄存器是由一组触发器组成的，用于存储多个二进制位的数据。您将学习并行输入/并行输出（PIPO）寄存器、并行输入/串行输出（PISO）寄存器、串行输入/并行输出（SIPO）寄存器以及串行输入/串行输出（SISO）寄存器的工作原理和应用。 计数器： 计数器是一种能够按特定顺序计数的时序逻辑电路。您将学习异步计数器（又称行波计数器）和同步计数器（又称全同步计数器）的设计和工作原理。还将介绍二进制计数器、十进制计数器（BCD计数器）以及可预置计数器。 移位寄存器： 移位寄存器能够将存储的数据向左或向右移动。您将学习其在串并转换、数据延迟、生成伪随机序列等方面的应用。 实验实践： 您将利用集成电路芯片（如74LS74，74LS193，74LS164等）搭建各种时序逻辑电路。例如，您可以搭建一个D触发器，并通过示波器观察其在时钟脉冲作用下的状态变化。您还可以搭建一个4位二进制同步计数器，并通过LED灯指示当前的计数值，观察其计数过程。 第四章：复杂数字系统的构建——状态机与微处理器基础 在掌握了基本的逻辑门、组合逻辑和时序逻辑电路后，我们将开始将它们组合起来，构建更复杂的数字系统。 有限状态机（FSM）： 有限状态机是描述和设计复杂时序逻辑系统的有力工具。您将学习如何使用状态转移图和状态表来描述一个系统的行为，并将其转化为实际的硬件电路。您将区分摩尔（Moore）型和米利（Mealy）型有限状态机，并了解它们的优缺点。 内存单元： 了解不同类型的内存单元，如SRAM（静态随机访问存储器）和DRAM（动态随机访问存储器）的基本工作原理，以及它们在数字系统中的作用。 微处理器架构初步： 简要介绍微处理器的基本组成部分，如算术逻辑单元（ALU）、控制单元和寄存器组，以及它们如何协同工作执行指令。虽然本书不深入讲解微处理器设计，但会为您构建对数字系统核心的理解。 实验实践： 您将尝试设计一个简单的状态机，例如一个交通灯控制器，并用硬件实现。您还将学习如何利用FPGA（现场可编程门阵列）或CPLD（复杂可编程逻辑器件）等现代设计工具来构建和仿真更复杂的数字系统。这将使您能够体验到从概念到实际运行的完整设计流程。 第五章：数字系统设计流程与实践工具 本章将为您介绍一个完整的数字系统设计流程，并介绍一些常用的设计工具和方法。 硬件描述语言（HDL）： 介绍Verilog或VHDL等硬件描述语言的基本语法和结构，它们是现代数字电路设计不可或缺的工具。您将学习如何使用HDL来描述逻辑功能，并进行仿真验证。 仿真与验证： 讲解仿真在数字电路设计中的重要性，包括功能仿真和时序仿真。介绍常用的仿真软件。 综合与布局布线： 简要介绍逻辑综合过程，即将HDL代码转换为门级网表，以及布局布线过程，即将网表映射到实际的硬件器件上。 实验实践： 您将学习使用一款常见的EDA（电子设计自动化）工具，例如Xilinx Vivado或Intel Quartus Prime。您将尝试使用HDL编写一个简单的逻辑电路，例如一个简单的加法器，并进行仿真，观察结果。然后，您可以将这个设计下载到FPGA开发板上，实际运行您的电路。 本书的特色： 循序渐进： 从最基本的概念开始，逐步深入，确保每个读者都能轻松理解。 强调实践： 大量的实验环节，让您在动手操作中巩固理论知识，培养解决实际问题的能力。 图文并茂： 丰富的插图、电路图和实验电路图，使抽象的概念更加直观易懂。 实用工具介绍： 引导读者接触现代数字设计工具，为未来的深入学习和职业发展打下基础。 无论您是希望深入理解电子世界的运作原理，还是为从事电子设计、嵌入式系统开发等相关领域打下坚实基础，本书都将是您不可或缺的实践伙伴。让我们一起，用逻辑构建出精彩的电子世界！

评分☆☆☆☆☆

我最近正在准备一个关于嵌入式系统设计的前沿项目，急需一本能够深入浅出讲解底层数字逻辑的书籍作为参考。这本教材的广度和深度恰到好处地满足了我的需求。它的前置知识回顾部分非常扎实，即便是像我这样已经掌握了部分基础，但需要重新系统梳理的读者，也能迅速进入状态。更值得称赞的是，书中对不同集成电路器件的特性分析极为细致，特别是对于CMOS和TTL系列器件在功耗、驱动能力上的差异对比，分析得入木三分。在处理时序电路实验时，作者巧妙地结合了示波器等常用仪表的实际操作技巧，这对于我后续进行硬件调试至关重要。很多实验指导书只是告诉你“应该看到什么波形”，但这本教程会告诉你“为什么会出现这个波形”以及“如果波形不对，如何使用示波器探查故障源”。这种以问题为导向的实验设计，极大地提高了我的问题解决能力，感觉不仅仅是在学习电路，更是在学习一种工程思维模式。

评分☆☆☆☆☆

我更关注的是，这本教材在系统性思维培养方面的贡献。很多教程只关注了“如何实现一个功能”，而较少提及“为什么选择这种方式实现”。这本书在这方面做得非常出色。例如，在讲解触发器的选择时，它不仅讲解了D触发器、JK触发器的工作原理，还对比了它们在自启动、主从结构等方面的优劣，引导读者根据具体应用场景（比如计数、数据暂存）来选择最合适的电路结构。这种深层次的对比分析，极大地提升了我的设计取舍能力。此外，书中对时序约束和时钟管理部分的阐述，虽然是基础实验教程，但已经触及到了FPGA设计中至关重要的概念，为我后续深入学习硬件描述语言（如VHDL或Verilog）打下了坚实的逻辑基础。它不仅仅是一本实验手册，更像是一本关于数字系统思维的入门指南，帮助我建立起对复杂数字系统模块化设计的初步认知。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚刚接触电子工程的大学新生，我最大的困惑就是理论知识和实际动手能力之间的鸿沟。我尝试过几本号称“实验”的教材，但往往实验项目过于陈旧或者仅仅是照搬书本电路，缺乏创造性和挑战性。然而，这本教程在实验设计上展现出极强的现代感和实用性。它没有停留在枯燥的组合逻辑门电路，而是很快就引入了计数器、移位寄存器这些更贴近实际数字系统构件的内容。特别是在状态机的设计部分，作者采用了结构化的描述方法，使得复杂的有限状态机的设计过程变得可以预测和控制。最让我惊喜的是，书中对实验报告的要求和范例也写得非常专业，强调了对实验结果的误差分析和可行性评估，这对于培养我们严谨的学术态度非常有益。读完几个实验，我明显感觉到自己对二进制、十六进制等数制转换不再是死记硬背，而是真正理解了它们在电路中的物理实现。

评分☆☆☆☆☆

这本关于数字电路与逻辑设计的基础实验教程，给我留下了非常深刻的印象。首先，从内容编排上来看，作者显然对初学者非常友好。每一个实验环节的引入都非常自然，从最基础的逻辑门操作开始，逐步过渡到更复杂的组合逻辑和时序逻辑电路的构建。我特别欣赏书中对于理论知识和实际操作之间的平衡把握。很多教材在理论部分讲解得过于晦涩，但在实际操作中又显得空洞，但这本教程在这方面做得相当到位。它不仅提供了清晰的电路图和步骤说明，还详细解释了每一步背后的设计思想和可能遇到的陷阱。例如，在学习锁存器和触发器时，书中不仅展示了如何搭建，还通过实验现象引导我们去思考亚稳态等高级概念，这种循序渐进的引导方式，极大地增强了我的动手能力和对底层原理的理解深度。总的来说，它更像是一位经验丰富的工程师在手把手地带你入门，而不是一本冰冷的参考手册。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，市面上很多实验教材都存在一个通病：为了凑实验数量而设计一些意义不大的“玩具”电路。但翻阅这本教程时，我发现它的实验设计逻辑性非常强，每一个模块的搭建都是为了最终构建一个更复杂的系统做铺垫。比如，在学习数据选择器和译码器的实验中，作者紧接着就安排了利用这些器件实现简单算术逻辑单元（ALU）的综合设计，这种前后呼应的设计，使得学习的知识点不再是孤立的，而是形成了一个完整的知识体系。而且，书中对实验器件的选型也考虑到了当前实验室环境的普遍情况，很容易就能在市场上找到对应的芯片进行实验。我个人尤其欣赏它在电路仿真和硬件实现之间的衔接处理，明确指出了两者可能存在的差异，并指导读者如何排除这些差异带来的干扰，这对于我们未来在Proelus Designer或类似EDA工具中进行设计非常有指导意义。