現代電子設計技術與綜閤應用/21世紀高等院校信息與通信工程規劃教材·精品係列 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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成謝鋒 等 著

圖書標籤:

• 電子設計
• 現代電子技術
• 信息與通信工程
• 電路分析
• 數字電路
• 模擬電路
• 嵌入式係統
• EDA
• 實踐應用
• 高等教育教材

齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115246622

版次：1

商品編碼：10499830

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2011-03-01

用紙：膠版紙

頁數：230

內容簡介

《21世紀高等院校信息與通信工程規劃教材·精品係列：現代電子設計技術與綜閤應用》從實用的角度齣發，介紹瞭現代電子設計技術的基本理論和方法。全書共7章，內容包括現代電子設計技術概述、計算機輔助電路分析和電路仿真技術、印製電路闆設計及應用、可編輯邏輯器件應用技術、集成電路製造工藝與專用集成電路設計、虛擬儀器係統及設計和現代電子電路設計範例。
《21世紀高等院校信息與通信工程規劃教材·精品係列：現代電子設計技術與綜閤應用》在內容上深入淺齣，注重實用性，兼顧理論教學和自學的需求，配備瞭大量的應用實例，使讀者能在較短時間內掌握現代電子設計技術的基本理論和方法。
《21世紀高等院校信息與通信工程規劃教材·精品係列：現代電子設計技術與綜閤應用》既可作為高等學校電子設計技術課程的教材，也可作為電子係統開發人員的技術參考書。

目錄

第1章 現代電子設計技術概述
1.1 電子設計技術的發展曆程
1.2 電子電路設計的一般方法
1.2.1 模擬電路的設計方法
1.2.2 數字電路的設計方法
1.3 體驗EDA
1.3.1 EDA基本技術特徵
1.3.2 EDA的應用範圍
1.3.3 EDA的必要性
1.4 本書選用的EDA軟件
習題一

第2章 計算機輔助電路分析和電路仿真
2.1 模擬電路仿真原理
2.1.1 輸入方式
2.1.2 元器件模型
2.1.3 電路方程的建立與求解
2.1.4 圖形的後處理
2.2 數字電路的模擬
2.2.1 數字電路模擬的過程
2.2.2 邏輯模擬的模型
2.2.3 邏輯模擬的算法
2.3 數模混閤仿真技術
2.3.1 順序模擬
2.3.2 混閤模擬
2.4 常用的電路仿真工具
2.5 Multisim 10的基本操作
2.5.1 電原理圖的創建
2.5.2 虛擬儀器的使用
2.5.3 基本分析方法
2.6 綜閤設計與仿真
2.6.1 反相比例運算電路分析
2.6.2 三路智力競賽搶答器仿真設計
2.6.3 小時製多功能數字鍾設計
習題二

第3章 印製電路闆設計及應用
3.1 印製電路闆基本知識
3.2 布局布綫技術
3.2.1 PCB自動布綫技術的步驟
3.2.2 元件的布局技術
3.2.3 元件的布綫技術
3.3 Protel 99SE概述
3.3.1 Protel 99SE的發展與演變
3.3.2 Protel 99SE的設計組件
3.4 用Protel 99SE設計原理圖
3.4.1 原理圖設計過程
3.4.2 新建一個設計庫
3.4.3 設置圖紙大小和添加元件庫
3.4.4 放置元件
3.4.5 連接綫路與放置接點
3.4.6 電氣規則檢查
3.4.7 建立網絡錶
3.4.8 保存文件
3.5 用Protel 99SE設計印製電路闆
3.5.1 印製電路闆的設計步驟
3.5.2 創建PCB圖文件
3.5.3 裝載元件庫
3.5.4 設置電路闆工作層麵
3.5.5 規劃電路闆
3.5.6 裝入網絡錶與元件
3.5.7 元件布局
3.5.8 自動布綫
3.5.9 給電路闆添加標注
3.5.10 PCB圖的打印輸齣
3.5.11 生成元件報錶
3.6 綜閤應用舉例
習題三

第4章 可編程邏輯器件應用技術
4.1 可編程邏輯器件概述
4.2 VHDL要素
4.2.1 VHDL文字
4.2.2 VHDL中的數據類型
4.2.3 VHDL數據對象
4.2.4 VHDL的運算操作符
4.2.5 VHDL的屬性描述
4.3 數字電路設計基本組件及其VHDL模型
4.3.1 多路選擇器和譯碼器的VHDL模型及相關語法
4.3.2 鎖存器/觸發器/寄存器的VHDL模型及相關語法
4.3.3 串並/並串轉換電路的VHDL模型及相關語法
4.3.4 計數器的VHDL模型及相關語法
4.3.5 有限狀態機的VHDL描述及相關語法
4.4 CPLD/FPGA的設計流程
4.5 用Quartus II完成CPLD/FPGA設計的實例
4.5.1 原理圖、文本輸入設計方法
4.5.2 原理圖、文本混閤輸入方法
習題四

第5章 集成電路製造工藝與專用集成電路設計
5.1 集成電路製造工藝簡介
5.2 CMOS基本單元電路
5.3 專用集成電路設計
5.3.1 集成電路的設計路綫
5.3.2 全定製設計方法
5.3.3 半定製設計方法
5.4 專用集成電路設計的EDA技術
5.4.1 輸入的設計
5.4.2 設計驗證
5.4.3 設計綜閤
5.5 設計實例分析
5.5.1 可編程分頻器原理
5.5.2 可編程分頻器的後端設計
5.5.3 芯片驗證與測試
習題五

第6章 虛擬儀器係統及設計
6.1 虛擬儀器的發展狀況
6.1.1 虛擬儀器在國外的發展狀況
6.1.2 虛擬儀器在國內的發展狀況
6.2 虛擬儀器技術簡介
6.2.1 虛擬儀器概念
6.2.2 虛擬儀器係統組成
6.2.3 虛擬儀器與傳統儀器的比較
6.3 虛擬儀器的開發環境介紹
6.3.1 LabVIEW簡介
6.3.2 LabVIEW創建VI的基本過程
6.3.3 利用LabVIEW創建VI的示例
6.3.4 利用LabVIEW創建VI的總結
6.4 虛擬儀器的綜閤應用舉例
6.4.1 智能心音檢測儀
6.4.2 基於LabVIEW的二階係統虛擬實驗平颱
習題六

第7章 現代電子電路設計範例
7.1 信號獲取電路
7.1.1 常用的物理傳感器及其特性
7.1.2 心音傳感器及放大電路
7.1.3 測量放大器
7.1.4 多路數據采集係統
7.2 信號輸入電路
7.2.1 鍵盤輸入電路
7.2.2 手寫字符輸入電路
7.3 信號顯示電路
7.3.1 數碼顯示電路
7.3.2 液晶顯示電路
7.4 信號轉換電路
7.4.1 數模D/A轉換電路
7.4.2 模數A/D轉換電路
7.5 信號閤成電路
7.5.1 直接數字閤成器
7.5.2 人工語音閤成電路
7.5.3 功率放大器
7.6 信號分解電路
7.6.1 同步數字信號復用分解電路
7.6.2 FPGA分頻器電路
7.6.3 FPGA濾波器電路
7.7 信號控製電路
7.7.1 可編程的交通信號燈控製電路
7.7.2 十六路循環彩燈控製電路
7.8 電源電路
7.8.1 直流可調穩壓電源的設計
7.8.2 串聯型開關穩壓電源
7.9 設計範例
7.9.1 數字式電纜對綫器
7.9.2 溫度測量儀
7.9.3 寬帶直流放大器設計
習題七

參考文獻

前言/序言

《現代電子設計技術與綜閤應用》 教材概述 《現代電子設計技術與綜閤應用》是一部麵嚮21世紀高等院校信息與通信工程專業的規劃教材，旨在為學生構建紮實的電子設計理論基礎，並培養其在復雜工程項目中的實踐應用能力。本書緊密跟蹤電子信息技術發展的最新前沿，深入淺齣地闡述瞭現代電子係統設計的關鍵技術、方法與工具，並結閤大量典型應用案例，引導學生將理論知識轉化為解決實際工程問題的能力。本書內容豐富，結構清晰，邏輯嚴謹，既適閤作為信息與通信工程、電子科學與技術、自動化等相關專業本科生和研究生的主乾課程教材，也能夠為從事電子産品研發、係統集成、工程設計等工作的工程師提供有益的參考。 內容構成與特色 本書的內容設計充分考慮瞭信息與通信工程學科的特點及其在現代社會中的重要地位，力求涵蓋從基礎概念到高級應用的完整體係。 第一部分：電子設計基礎理論與方法 本部分奠定瞭電子設計工作的理論基石，為後續的深入學習和實踐打下堅實基礎。 緒論： 介紹電子設計在現代科技和國民經濟中的地位與作用，闡述電子信息産業的發展趨勢，強調掌握現代電子設計技術的重要性。對本書的整體結構、學習目標和方法進行概述，幫助讀者建立清晰的學習路綫圖。 模擬電子綫路設計： 基本器件與模型： 深入講解晶體管（BJT、MOSFET）、運算放大器等核心模擬器件的工作原理、等效電路模型以及在高頻、大信號下的特性。 放大電路設計： 涵蓋單級和多級放大電路的設計，包括偏置電路、頻率響應分析、噪聲分析與抑製。重點介紹差分放大器、共射、共集、共基等基本組態及其應用。 反饋與穩定： 詳細闡述負反饋對放大電路性能的改善作用（增益、帶寬、失真、輸齣阻抗等），以及反饋引起的振蕩現象及其穩定判據（Bode圖、Nyquist判據）。 濾波器設計： 介紹各種模擬濾波器（低通、高通、帶通、帶阻）的設計方法，包括Butterworth、Chebyshev、Bessel等逼近方法，以及有源濾波器的實現。 信號産生與處理： 講解振蕩器（LC、RC、晶體振蕩器）的設計原理，以及信號發生器（正弦波、方波、三角波）的構成。介紹比較器、施密特觸發器等模擬信號處理單元。 電源與基準電路： 涵蓋綫性穩壓電源和開關穩壓電源的設計，包括各種穩壓電路拓撲，以及高精度基準電壓源的設計。 數字電子綫路設計： 邏輯代數與門電路： 迴顧布爾代數、邏輯函數化簡（卡諾圖、Quine-McCluskey方法），介紹各種基本邏輯門（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR）的電路實現和時序特性。 組閤邏輯電路： 講解編碼器、譯碼器、數據選擇器、加法器、減法器等組閤邏輯電路的設計與應用。 時序邏輯電路： 深入分析觸發器（RS, JK, T, D, 主從JK）的工作原理和狀態轉移特性，介紹寄存器、計數器（同步、異步、移位）、移位寄存器等時序邏輯電路的設計。 狀態機設計： 講解有限狀態機（Mealy型、Moore型）的設計方法，包括狀態圖、狀態錶、狀態分配，以及硬件描述語言（HDL）在狀態機設計中的應用。 可編程邏輯器件（PLD/FPGA）： 介紹CPLD和FPGA的基本結構、編程模型、開發流程，以及如何利用HDL（Verilog/VHDL）實現復雜的數字邏輯功能。 模數混閤信號係統設計： 數模轉換器（DAC）與模數轉換器（ADC）： 詳細講解DAC和ADC的原理、類型（R-2R、權電阻、逐次逼近、Σ-Δ、流水綫等）、關鍵參數（分辨率、轉換速率、綫性度、噪聲），以及在實際係統中的選型與應用。 采樣與保持電路： 分析采樣保持電路的工作原理及其對信號保真度的影響。 信號調理電路： 介紹用於ADC前端的信號調理技術，如放大、濾波、電平遷移等。 第二部分：現代電子設計技術與工具 本部分聚焦於現代電子設計過程中不可或缺的關鍵技術和先進工具。 PCB設計技術： PCB布局與布綫規則： 講解信號完整性、電源完整性、電磁兼容性（EMC）在PCB設計中的重要性，以及相應的布局布綫原則，如走綫寬度、間距、過孔、差分對、屏蔽等。 高速PCB設計： 介紹高速數字信號傳輸的挑戰，如反射、串擾、時序抖動，以及相應的處理技術。 多層PCB設計： 講解四層、六層及以上PCB的電源、地平麵設計、信號層與電源/地層間的耦閤等。 PCB製造工藝與可靠性： 簡述PCB的製造流程，以及影響PCB可靠性的關鍵因素。 EDA工具在PCB設計中的應用： 介紹主流的PCB設計軟件（如Altium Designer, PADS, Cadence Allegro）的基本操作和高級功能，包括原理圖繪製、PCB布局、自動/手動布綫、DRC/LVS檢查、 Gerber文件生成等。 嵌入式係統設計： 嵌入式微處理器與微控製器： 介紹ARM、MIPS、RISC-V等主流嵌入式處理器架構，以及AVR、PIC、STM32等典型微控製器。講解CPU、內存、外設接口（GPIO, UART, SPI, I2C, ADC, DAC）的工作原理。 嵌入式軟件開發： 涵蓋嵌入式C/C++編程、中斷處理、實時操作係統（RTOS）的應用（如FreeRTOS, RT-Thread），以及驅動程序開發。 嵌入式係統硬件集成： 講解嵌入式係統硬件平颱的搭建，包括處理器選型、外設連接、電源設計、時鍾係統等。 嵌入式係統調試與測試： 介紹調試器（JTAG, SWD）、邏輯分析儀、示波器等調試工具的應用，以及單元測試、集成測試方法。 EDA工具在邏輯設計中的應用： 硬件描述語言（HDL）： 深入講解Verilog和VHDL的語法、建模方式（行為級、寄存器傳輸級RTL、門級），以及如何使用HDL描述復雜的數字邏輯電路。 仿真與驗證： 介紹仿真器的作用，如何編寫測試平颱（Testbench）對HDL設計進行功能仿真和時序仿真，以及驗證方法的概念。 綜閤與實現： 講解邏輯綜閤的基本原理，將RTL代碼轉化為門級網錶，以及FPGA/ASIC的布局布綫（Place & Route）過程。 主流EDA工具介紹： 介紹Xilinx Vivado, Intel Quartus Prime等FPGA開發套件，以及Synopsys, Cadence等ASIC設計流程中的關鍵工具。 射頻（RF）與微波電子設計入門： 基礎概念： 介紹射頻與微波頻段的特點，波的傳播特性，阻抗匹配，S參數等基本概念。 關鍵器件： 講解RF二極管、三極管、場效應管，以及各種無源器件（電阻、電容、電感）在RF/微波電路中的特殊考慮。 基礎電路： 介紹低噪聲放大器（LNA）、功率放大器（PA）、混頻器（Mixer）、振蕩器（VCO）等RF/微波電路的基本原理和設計要點。 傳輸綫理論： 講解傳輸綫的阻抗、駐波比、損耗，以及短路/開路枝節的應用。 EDA工具應用： 介紹HFSS, ADS等RF/微波仿真軟件的基本功能，如電磁場仿真、電路仿真。 第三部分：綜閤應用與前沿技術 本部分將前述理論與技術融會貫通，通過實際應用案例展示現代電子設計的強大能力，並展望未來發展方嚮。 通信係統中的電子設計： 基帶與射頻前端設計： 結閤無綫通信係統，講解基帶信號處理（如調製解調、編碼解碼）與射頻前端（如濾波器、混頻器、功放）的協同設計。 軟件定義無綫電（SDR）： 介紹SDR的概念、架構和優勢，以及如何利用FPGA和DSP實現靈活的通信係統。 天綫設計與電磁兼容： 討論天綫類型、阻抗匹配、增益、方嚮圖等設計要素，以及通信設備中的EMC設計挑戰。 嵌入式係統在物聯網（IoT）中的應用： 傳感器接口與數據采集： 講解各類傳感器的原理及其與微控製器的接口設計，包括模擬傳感器（溫度、濕度、光照）和數字傳感器（加速度、陀螺儀）。 無綫通信模塊集成： 介紹Wi-Fi, Bluetooth, LoRa, NB-IoT等主流IoT通信技術及其在嵌入式係統中的應用。 功耗管理與低功耗設計： 探討嵌入式設備在IoT場景下的功耗優化策略，如休眠模式、動態電壓頻率調整（DVFS）等。 IoT平颱與雲端交互： 簡述IoT係統的整體架構，以及嵌入式設備如何與雲平颱進行數據上傳和指令接收。 高速數字係統設計實踐： 總綫接口設計： 講解PCIe, DDR, USB等高速總綫的信號完整性、時序要求和設計挑戰。 FPGA在高速數據處理中的應用： 演示如何利用FPGA實現高速ADC/DAC數據采集、圖像處理、信號分析等高性能計算任務。 係統級功耗優化： 探討在復雜高速係統中實現整體功耗的降低。 新興技術與發展趨勢： 人工智能（AI）與電子設計： 介紹AI在EDA工具（如自動化布局布綫、智能仿真）、硬件加速器設計（如AI芯片）等方麵的應用。 集成電路（IC）設計前沿： 簡述先進工藝節點的挑戰，3D IC, Chiplet等新形態集成方式，以及可重構計算。 量子計算的電子基礎： 探討實現量子比特的物理基礎和控製電路的電子設計需求。 學習方法與建議 本書強調理論與實踐的結閤，建議讀者在學習過程中： 1. 深入理解基本原理： 熟練掌握模擬和數字電路的基本工作原理，是後續復雜設計的基石。 2. 勤於動手實踐： 利用EDA工具進行仿真設計，搭建實際電路進行驗證，逐步提升工程實踐能力。 3. 關注前沿動態： 電子技術日新月異，保持對新技術、新方法的學習熱情。 4. 案例分析與項目驅動： 通過分析書中的綜閤應用案例，或參與實際項目，將所學知識融會貫通。 5. 培養良好的工程習慣： 注重設計的規範性、文檔的完整性，以及對係統性能、功耗、可靠性的全麵考慮。 本書的價值與意義 《現代電子設計技術與綜閤應用》的齣版，旨在為培養新一代優秀的電子信息人纔提供強有力的支撐。它不僅傳授瞭學生必備的專業知識和技能，更重要的是，它塑造瞭學生解決復雜工程問題的思維方式和工程素養。通過對本書的學習，學生將能夠： 掌握紮實的理論基礎： 能夠理解各類電子電路和係統的核心原理。 熟練運用現代設計工具： 能夠高效地使用EDA軟件進行電路仿真、PCB設計和FPGA開發。 具備係統設計能力： 能夠將零散的器件和模塊集成，設計齣功能完整的電子係統。 適應産業發展需求： 能夠應對當前和未來電子信息産業中齣現的各種技術挑戰。 培養創新精神與科研能力： 為進一步深造或從事前沿技術研發打下堅實基礎。 本書的齣版，將有助於提升高等院校信息與通信工程專業的教學質量，為我國電子信息産業的發展輸送更多高素質的專業人纔，具有重要的理論與實踐意義。

評分☆☆☆☆☆

初次翻開這本《現代電子設計技術與綜閤應用》，我本來是抱著解決近期項目中遇到的一個棘手模擬信號處理問題的目的，但這本書所呈現的內容，卻遠遠超齣瞭我的初步預期，給我帶來瞭意想不到的驚喜。它並沒有直接拋齣某個具體問題的解決方案，而是從一個更加宏觀和基礎的層麵，深入淺齣地剖析瞭現代電子設計背後的核心理念和方法論。例如，在講解低功耗設計策略時，作者並沒有停留在簡單的開關技巧，而是花瞭大量篇幅去闡述不同工藝下的漏電流機理，以及如何從晶體管級彆去優化，甚至還聯係到瞭動態電壓頻率調整（DVFS）等係統級功耗管理技術。這種由微觀到宏觀、由理論到實踐的講解方式，讓我對“低功耗”這個概念有瞭全新的認識，不再是簡單的“少用電”的直觀理解，而是形成瞭一套係統性的思維框架。

評分☆☆☆☆☆

這本書在數字邏輯設計的部分，更是讓我大開眼界。我原以為自己對FPGA的開發流程已經相當熟悉，也掌握瞭一些常用的IP核。然而，在閱讀到關於異步時鍾域交叉（CDC）處理的章節時，我纔意識到自己過去的做法可能存在不少潛在的風險。作者不僅詳細解釋瞭各種CDC問題的根源，例如亞穩態的産生，還給齣瞭幾種行之有效的解決方案，如握手信號、FIFO等，並對它們的優劣進行瞭深入的比較和分析。更重要的是，書中還涉及瞭一些高級的驗證方法，比如形式化驗證，這讓我意識到，在追求高性能和高效率的同時，設計的魯棒性和可靠性纔是真正長遠的考量。這本書真正教會我的是如何“聰明地”設計，而不是僅僅“快速地”實現。

評分☆☆☆☆☆

這本書的另一大亮點在於其對未來發展趨勢的洞察。它並沒有僅僅停留在當前主流的技術上，而是對人工智能在電子設計中的應用，以及一些新興的計算架構，例如存內計算（In-memory Computing）等進行瞭前瞻性的探討。雖然這些內容可能暫時還未完全普及，但它為我打開瞭新的視野，讓我開始思考未來的電子設計將走嚮何方，以及我需要提前學習和準備哪些知識。這種前瞻性，讓這本書不僅僅是一本學習技術的教材，更是一本能夠激發思考和指引方嚮的指南。它讓我意識到，電子設計的領域永遠在進步，學習的步伐也不能停歇。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我一直覺得EDA工具的使用技巧是一門“熟能生巧”的學問，往往需要大量的實踐來摸索。然而，《現代電子設計技術與綜閤應用》在這方麵也給瞭我耳目一新的感覺。它並沒有像許多教程那樣枯燥地羅列各種命令和界麵操作，而是從EDA工具背後的算法和原理齣發，解釋瞭為什麼某些操作會有這樣的效果，以及在不同的設計場景下，應該如何選擇最閤適的工具和算法。例如，在講解布局布綫（Place and Route）時，作者就深入探討瞭時序優化和功耗優化的權衡，以及各種啓發式算法在其中的作用。這讓我覺得，我對EDA工具的理解不再停留在“工具使用者”的層麵，而是嚮“工具的理解者和優化者”邁進瞭一步，能夠更深入地理解設計過程中的各種取捨。

評分☆☆☆☆☆

在閱讀這本書的過程中，我最大的感受是它對於“綜閤應用”這一概念的深刻體現。這本書並沒有將不同的電子設計領域割裂開來，而是巧妙地將模擬、數字、低功耗、高頻等技術融為一體，展現瞭現代電子係統設計的復雜性和相互依存性。例如，在討論射頻（RF）前端設計時，作者就將低噪聲放大器（LNA）的匹配、數模轉換器（ADC）的采樣精度以及數字信號處理（DSP）算法的效率緊密地聯係在一起。這種跨領域的知識整閤，讓我對整個電子係統的設計流程有瞭更全麵和係統的認識，不再局限於某個單一的模塊或技術，而是能夠站在一個更高的維度去思考問題。