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张福强 编

图书标签:

• 数字电路
• 电路分析
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• 实践
• 电子技术
• 高等教育
• 教材
• 电路设计
• 实验
• 理论基础

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115274069

版次：1

商品编码：10960705

包装：平装

丛书名： 高等职业教育电子信息类专业规划教材

开本：16开

出版时间：2012-04-01

用纸：胶版纸

页数：208

字数：324000

正文语种：中文版

内容简介

本书以项目教学为主线，在继承传统数字电路教学经验的基础上，对学生的动手能力、实践能力有了更高的要求。本书先对基础知识加以介绍，后将实例、项目作为重点，使学生在实践中熟练掌握相关知识。
全书共分8个项目，主要包括裁判器电路设计与制作、门电路的认识与测试、16路跑马灯电路的设计与制作、智力抢答器的设计与制作、交通灯控制电路的设计与制作、报警器的设计与制作、简易数字电压表的设计与制作、用可编程逻辑器件实现简单的数字频率计。
本书可供高职高专电子类、通信类专业教学使用，也可供电子电路工程人员参考。

目录

项目一　裁判器电路设计与制作　
第一部分　相关知识　
1.1　数字电路概述　
1.2　数制与码制　
1.2.1　常用的进位计数制　
1.2.2　数制转换　
1.2.3　码制　
1.3　逻辑代数基础　
1.3.1　逻辑体制　
1.3.2　基本逻辑运算与复合逻辑运算　
1.3.3　逻辑函数及其表示方法　
1.3.4　逻辑代数的基本定律和规则　
1.4　逻辑函数的化简　
1.4.1　逻辑函数的公式化简法　
1.4.2　逻辑函数的卡诺图化简法　
第二部分　工作任务　
1.5　学习Multisim10.0在数字电路中的应用　
1.6　裁判器电路设计与制作　
第三部分　总结与考核　
知识小结　
自我检验题　

项目二　门电路的认识与测试　
第一部分　相关知识　
2.1　分立元件实现的基本逻辑门电路　
2.1.1　二极管"与"门电路　
2.1.2　二极管"或"门电路　
2.1.3　三极管"非"门电路　
2.2　TTL集成逻辑门　
2.2.1　TTL的主要特性与技术参数　
2.2.2　TTL门的电路原理　
2.2.3　扩展功能的TTL门电路　
2.2.4　TTL 集成逻辑门的使用注意事项　
2.3　CMOS集成逻辑门　
2.3.1　CMOS集成逻辑门的特性与特点　
2.3.2　CMOS集成逻辑门使用注意事项　
2.4　TTL与CMOS集成门的互联接口电路　
2.4.1　TTL电路驱动CMOS电路　
2.4.2　CMOS电路驱动TTL电路　
第二部分　工作任务　
2.5　集成门电路仿真实训　
2.6　TTL集成逻辑门的参数测试　
第三部分　总结与考核　
知识小结　
自我检验题　

项目三　16路跑马灯组合电路的设计与仿真　
第一部分　相关知识　
3.1　组合逻辑电路的分析与设计　
3.1.1　组合逻辑电路的分析　
3.1.2　组合逻辑电路的设计　
3.2　编码器　
3.2.1　编码器的原理和分类　
3.2.2　集成编码器　
3.3　译码器和数据分配器　
3.3.1　译码器的原理和分类　
3.3.2　显示译码器　
3.3.3　数据分配器　
3.4　数据选择器　
3.4.1　数据选择器的原理　
3.4.2　集成数据选择器　
3.5　数值比较器和加法器　
3.5.1　数值比较器和加法器工作原理　
3.5.2　集成数值比较器和集成算术运算电路　
3.6　组合逻辑电路中的竞争-冒险现象　
3.6.1　竞争-冒险现象及其产生原因　
3.6.2　冒险现象的判别　
3.6.3　消除冒险现象的方法　
第二部分　工作任务　
3.7　组合电路的逻辑功能测试　
3.7.1　编码器和译码器的Multisim10.0仿真　
3.7.2　编码器和译码器的功能测试　
3.8　组合电路的应用设计　
3.8.1　16路跑马灯电路的Multisim10.0仿真　
3.8.2　16路跑马灯电路的制作　
第三部分　总结与考核　
知识小结　
自我检验题　

项目四　智力抢答器的设计与制作　
第一部分　相关知识　
4.1　基本RS触发器　
4.1.1　基本RS触发器的结构组成　
4.1.2　基本RS触发器结构原理　
4.1.3　基本RS触发器的逻辑功能描述　
4.2　同步触发器　
4.2.1　同步RS触发器　
4.2.2　同步D触发器　
4.3　时钟脉冲边沿触发的触发器　
4.3.1　维持阻塞D触发器　
4.3.2　主从型JK触发器　
4.3.3　T触发器和T′触发器　
第二部分　工作任务　
4.4　集成触发器的Multisim10.0仿真分析　
4.5　智力抢答器的设计与制作　
4.5.1　智力抢答器的Multisim10.0仿真分析　
4.5.2　智力抢答器的制作　
第三部分　总结与考核　
知识小结　
自我检验题　

项目五　交通灯控制电路的设计与制作　
第一部分　相关知识　
5.1　时序逻辑电路的分析和设计思路　
5.1.1　时序逻辑电路的功能描述　
5.1.2　时序逻辑电路的基本分析方法　
5.1.3　时序逻辑电路的设计思路　
5.2　计数器　
5.2.1　异步计数器　
5.2.2　同步计数器　
5.2.3　N进制计数器　
5.3　寄存器和移位寄存器　
5.3.1　寄存器　
5.3.2　移位寄存器　
第二部分　工作任务　
5.4　任意进制计数器、移位寄存器的Multisim10.0仿真分析　
5.5　交通灯控制电路的设计与制作　
5.5.1　交通灯控制电路的Multisim10.0仿真分析　
5.5.2　交通灯控制电路的制作与测试　
第三部分　总结与考核　
知识小结　
自我检验题　

项目六　报警器的设计与制作　
第一部分　相关知识　
6.1　555定时器的结构及工作原理　
6.2　施密特触发器　
6.2.1　用555定时器组成施密特触发器　
6.2.2　施密特触发器的应用　
6.3　单稳态触发器　
6.3.1　用555定时器组成单稳态触发器　
6.3.2　单稳态触发器的应用　
6.4　多谐振荡器　
6.4.1　用555定时器组成多谐振荡器　
6.4.2　多谐振荡器的应用　
第二部分　工作任务　
6.5　报警器电路的Multisim10.0仿真分析　
6.6　报警器电路的设计与制作　
第三部分　总结与考核　
知识小结　
自我检验题　

项目七　简易数字电压表的设计与制作　
第一部分　相关知识　
7.1　D/A转换器　
7.1.1　D/A转化器的基本概念　
7.1.2　二进制权电阻网络D/A转换器　
7.1.3　R-2R T型网络D/A转换器　
7.1.4　D/A转换器的主要技术参数　
7.1.5　集成D/A转换器　
7.2　A/D转换器　
7.2.1　采样、保持、量化及编码　
7.2.2　V-T型双积分式A/D转换器　
7.2.3　逐次逼近型转换器　
7.2.4　A/D转换器的主要技术指标　
7.2.5　集成A/D转换器　
第二部分　工作任务　
7.3　三位半数字电压表的设计与Multisim10.0仿真分析　
7.4　三位半数字电压表的制作与测试　
第三部分　总结与考核　
知识小结　
自我检验题　

项目八　用可编程逻辑器件实现简单的数字频率计　
第一部分　相关知识　
8.1　EDA基础知识　
8.1.1　EDA概述　
8.1.2　可编程逻辑器件　
8.1.3　EDA开发环境　
8.2　硬件描述语言VHDL　
8.2.1　VHDL程序相关知识　
8.2.2　组合电路的VHDL描述　
8.2.3　时序电路的VHDL描述　
第二部分　工作任务　
8.3　用QUARTUS‖8.0开发环境实现数字频率计的设计　
第三部分　总结与考核　
知识小结　
自我检验题　

附录一　Multisim常用命令　
附录二　常用逻辑符号对照表　
附录三　常用数字集成电路管脚图　

参考文献　

前言/序言

《电子系统设计与前沿技术》 内容简介 在当今信息技术飞速发展的时代，电子系统已渗透到我们生活的方方面面，从日常的通信设备、家用电器，到高端的航空航天、人工智能，无不体现着电子技术的强大力量。为了跟上时代步伐，深入理解电子系统的设计原理，掌握前沿技术并将其应用于实践，本书应运而生。它旨在为读者提供一个全面而深入的电子系统设计视角，涵盖了从基础理论到前沿应用的各个层面，尤其侧重于系统级的设计思维、关键模块的实现方法以及新兴技术在实际工程中的应用。 本书并非对某一特定领域进行孤立的讲解，而是以“系统”为核心，强调不同电子子系统之间的相互作用与协同工作。它将带领读者走出对零散知识点的困惑，建立起宏观的设计观，理解一个复杂的电子系统是如何由众多功能模块有机地组合而成，并最终实现预期的整体性能。 第一部分：电子系统设计基础与建模 在对电子系统进行设计之前，扎实的基础理论是必不可少的。本部分将首先回顾电子系统设计所必需的数学和物理基础，包括信号与系统理论、通信原理、控制理论等，并着重于它们在现代电子系统设计中的实际应用。接着，我们将深入探讨系统级建模的技术。理解和掌握各种建模方法，例如行为级建模（如SystemC）、寄存器传输级（RTL）建模（如Verilog/VHDL）以及物理级建模，对于在设计早期进行性能预测、功耗分析和功能验证至关重要。本书将详细阐述不同建模语言的特点、使用场景以及如何有效地构建高层次模型，从而加速设计迭代过程，降低开发成本。 此外，本部分还将介绍系统设计中的一些核心概念，如流水线设计、并行处理、中断机制、数据通路与控制通路的设计等。通过对这些概念的透彻讲解，读者将能够理解如何优化系统性能，提高处理效率，并具备设计复杂数据流和控制逻辑的能力。 第二部分：关键电子子系统设计与实现 电子系统由许多关键子系统构成，每个子系统都扮演着不可或缺的角色。本部分将聚焦于几个在现代电子系统中普遍存在的关键子系统，并深入分析其设计原理与实现方法。 数字信号处理（DSP）子系统： 现代电子系统广泛应用DSP技术，例如音频/视频编码解码、通信信号处理、传感器数据处理等。本书将详细介绍DSP的基本原理，如滤波器设计、FFT变换、模数/数模转换等，并讲解如何在硬件（如DSP处理器、FPGA）或软件层面实现这些功能。我们将探讨不同DSP算法的优缺点，以及如何在实际系统中选择最优的算法和硬件平台。 嵌入式处理器与微控制器（MCU）系统： 嵌入式系统是构成大量电子设备的核心。本部分将深入介绍嵌入式处理器的架构，包括指令集、流水线、缓存等，以及微控制器的基本工作原理。我们将讨论嵌入式系统的软件开发流程，从裸机编程到RTOS（实时操作系统）的应用，以及如何进行外设接口的设计与驱动开发。此外，还会涉及嵌入式系统的功耗管理和实时性保证等关键问题。 存储器与接口技术： 数据的存储和传输是电子系统设计的另一大挑战。本部分将全面介绍各种主流存储器技术，如SRAM、DRAM、Flash等，包括它们的原理、性能特点、接口协议以及在系统中的应用。同时，本书还将详细讲解各种通信接口技术，如SPI、I2C、UART、USB、PCIe等，分析它们的协议细节、时序要求以及在实际系统中的连接方式，帮助读者掌握高效可靠的数据传输方案。 电源管理与低功耗设计： 随着便携式设备和物联网设备的普及，低功耗设计已成为电子系统设计的重中之重。本部分将深入探讨电源管理单元（PMU）的设计原理，包括DC-DC变换器、LDO等。我们将介绍各种低功耗设计策略，如动态电压频率调整（DVFS）、时钟门控、电源门控、睡眠模式等，并分析如何在硬件和软件层面实现有效的功耗优化，以延长电池寿命或降低运行成本。 第三部分：前沿电子技术与新兴应用 科技的进步不断催生新的电子技术和应用领域。本部分将引领读者探索当前最热门、最具发展潜力的电子技术，并分析它们在不同应用场景下的实际价值。 人工智能（AI）与机器学习（ML）硬件加速： AI和ML正在深刻地改变我们的世界。本书将探讨如何设计专门的硬件来加速AI/ML算法的运算，包括神经网络处理器（NPU）、张量处理单元（TPU）等。我们将介绍AI/ML模型在硬件上的部署策略，如模型量化、剪枝、量化感知训练等，并分析各种AI芯片架构的优势与劣势。此外，还会讨论AI/ML在边缘计算、自动驾驶、智能家居等领域的应用。 物联网（IoT）通信与安全： 物联网设备数量庞大，对通信和安全提出了新的挑战。本部分将深入研究IoT通信协议，如MQTT、CoAP、LoRa、NB-IoT等，以及低功耗广域网（LPWAN）技术。同时，我们将重点关注IoT设备的安全性问题，包括数据加密、认证、固件更新安全以及硬件安全模块（HSM）的应用，确保IoT系统的数据安全和隐私保护。 射频（RF）与无线通信系统： 现代电子系统离不开无线通信。本部分将介绍RF电路的基本原理，包括阻抗匹配、滤波器、放大器等。我们将深入讲解现代无线通信技术，如Wi-Fi 6、5G NR，分析其调制解调方式、多址接入技术、信道编码等。此外，还将涉及RF前端设计、天线设计以及无线通信系统的测试与调试。 传感器与微机电系统（MEMS）： 传感器是电子系统感知世界的“眼睛”和“耳朵”。本部分将介绍各种主流传感器的工作原理，如温度传感器、压力传感器、加速度计、陀螺仪、光学传感器等。我们将深入探讨MEMS技术的原理和制造工艺，以及MEMS在消费电子、医疗健康、汽车电子等领域的广泛应用。此外，还会涉及传感器数据的融合与处理。 可穿戴设备与智能硬件： 可穿戴设备和智能硬件是电子技术与人类生活深度融合的产物。本部分将分析这类产品的设计特点，包括小尺寸、低功耗、用户友好的交互界面以及与云端服务的连接。我们将探讨在设计过程中需要考虑的生物信号采集、健康监测、运动追踪等功能，以及相关的通信技术和数据分析方法。 第四部分：先进设计方法论与实践工具 除了理论知识和技术细节，高效的设计方法和先进的实践工具对于完成复杂的电子系统项目也至关重要。 系统级集成与验证： 随着系统复杂度的不断提升，传统的逐级验证方法已难以应对。本部分将重点介绍系统级集成与验证的方法论，包括仿真、硬件在环（HIL）测试、现场可编程门阵列（FPGA）原型验证等。我们将分享如何构建有效的验证环境，制定周密的测试计划，并利用自动化工具来提高验证效率和覆盖率，从而确保设计质量。 EDA工具应用与技巧： 电子设计自动化（EDA）工具是现代电子设计不可或缺的利器。本书将介绍业界主流的EDA工具，如Cadence、Synopsys、Altium Designer等，涵盖逻辑综合、布局布线、版图设计、信号完整性/电源完整性分析等关键环节。我们将分享这些工具的高级用法和实用技巧，帮助读者更有效地利用它们来完成设计任务。 设计流程优化与项目管理： 成功的电子项目离不开优化的设计流程和有效的项目管理。本部分将讨论从需求分析、概念设计、详细设计、实现、验证到产品发布的整个设计生命周期。我们将介绍敏捷开发、DevOps等项目管理方法论在电子设计中的应用，以及如何进行风险评估、资源分配和进度控制，确保项目按时、按质、按预算完成。 故障分析与可靠性设计： 电子系统的可靠性是其成功的基石。本部分将介绍常见的电子故障模式及其根源，并讲解如何进行故障分析和排除。我们将深入探讨可靠性设计的方法，如冗余设计、容错设计、环境适应性设计等，以及如何通过仿真和测试来评估和提高产品的可靠性。 结论 《电子系统设计与前沿技术》将为读者提供一个系统、深入的学习平台，帮助您理解复杂的电子系统是如何构建的，掌握实现关键功能的设计技巧，并洞察未来电子技术的发展趋势。本书内容丰富，涵盖面广，既有坚实的理论基础，又有丰富的实践指导，旨在培养读者成为一名优秀的电子系统设计工程师，能够自信地应对当前及未来电子技术领域的挑战，并驱动创新。无论是对初学者建立扎实的知识体系，还是对资深工程师拓宽技术视野，本书都将是一本不可多得的参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度着实令人印象深刻，它触及了数字电路领域的许多关键概念，并且将它们巧妙地融合在一起。阅读过程中，我感受到了作者在知识体系构建上的深厚功底。他从最基础的逻辑门开始，逐步深入到更复杂的时序逻辑电路，再到存储器、微处理器等核心部件的设计原理。让我印象深刻的是，书中对每个概念的讲解都力求严谨，并且提供了多种不同角度的阐释，以确保读者能够透彻理解。例如，在讲解时序逻辑时，作者不仅详细介绍了触发器、寄存器等基本单元，还深入探讨了状态机设计方法，并且通过一些典型的应用场景，展现了其在实际系统中的作用。更令我惊喜的是，书中还涉及了一些与数字电路设计紧密相关的领域，比如FPGA（现场可编程门阵列）的应用，以及一些基本的硬件描述语言（HDL）的概念。这让我意识到，数字电路的分析和实践是一个庞大的体系，而这本书为我打开了一扇通往这个体系的大门。它让我能够更全面地认识数字电路，并且对未来深入学习相关技术有了更清晰的方向。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书写风格非常独特，充满了一种严谨又不失活泼的魅力，让我在学习过程中丝毫感受不到枯燥。作者在讲解每一个知识点时，都会用一种非常清晰、有条理的方式展开，就像在搭建一座精密的逻辑大厦。他善于运用类比和比喻，将那些抽象难懂的原理变得通俗易懂。我尤其喜欢作者在讲解复杂概念时的“抽丝剥茧”式的叙述方式，他会先从最基本、最核心的概念入手，然后逐步引入更复杂的细节，并且在关键的地方进行总结和归纳，帮助读者巩固理解。除了理论讲解，书中还穿插了许多高质量的图示和表格，这些视觉化的辅助材料极大地提升了学习效率，让我能够更直观地理解电路的结构和工作原理。让我印象深刻的是，作者在讲解过程中，常常会引用一些实际的工程问题或者案例，这使得理论知识不再是“纸上谈兵”，而是有了生动的应用场景。读这本书，就像是与一位经验丰富的工程师在进行一场深入的对话，我不仅学到了知识，更感受到了他对数字电路的热爱和深刻理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让我大开眼界，虽然书名听起来有点技术性，但读起来却远超我的想象。刚拿到它的时候，我担心会充斥着枯燥的公式和抽象的概念，毕竟“数字电路”这几个字就足以让不少人望而却步。然而，这本书在开篇就用了一种非常引人入胜的方式，讲述了数字电路是如何从无到有，如何构建起我们今天所依赖的整个数字世界的基石。它没有直接抛出晦涩的理论，而是通过讲述一些历史上的关键时刻和伟大发明家们的故事，让我对数字电路产生了浓厚的兴趣。我尤其喜欢其中关于逻辑门发展历程的叙述，作者生动地描绘了从最初简单的开关器件，到后来晶体管、集成电路的出现，每一步都伴随着巨大的技术革新和思维的飞跃。这不仅仅是关于电路的知识，更是一部技术史的缩影，让我对工程师们在推动科技进步中所扮演的角色有了更深的理解。阅读过程中，我发现自己不仅仅是在学习知识，更是在体验一种发现的乐趣。作者的叙述风格非常平易近人，即使是我这样的非专业人士，也能从中感受到数字电路的魅力和重要性。它让我开始思考，我们日常生活中使用的各种电子产品，从手机到电脑，再到智能家电，背后都离不开这些基础的数字电路原理。这本书真的让我从一个“门外汉”变成了一个对数字世界充满好奇和敬畏的“探索者”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实用性让我感到惊喜，它不仅仅停留在理论层面，更注重将知识转化为实际应用。在阅读过程中，我发现作者并没有回避复杂的细节，而是用一种循序渐进的方式，将抽象的理论概念具象化。例如，在讲解组合逻辑电路时，作者不仅仅给出了真值表和布尔表达式，还提供了非常详细的电路图示例，并且解释了如何通过实际操作去验证这些逻辑功能。我尤其欣赏的是书中所包含的实践案例，这些案例贴近实际工程项目，让我能够清晰地看到理论知识如何在实际问题中得到应用。作者在讲解过程中，还会时不时地穿插一些“工程小贴士”或者“调试技巧”，这些细节对于初学者来说尤为宝贵，能够帮助我们避免走弯路，更快地掌握电路设计和分析的方法。我尝试着按照书中的步骤，自己搭建了一个简单的数字电路模型，虽然只是一个小小的实验，但那种从设计到实现的成就感是无与伦比的。这本书的指导性很强，它就像一个经验丰富的导师，一步步地引领我进入数字电路的世界，让我能够动手实践，并且从中获得成就感。它让我明白，学习数字电路不仅仅是死记硬背，更重要的是理解其内在的逻辑和规律，并将其应用于解决实际问题。

评分☆☆☆☆☆

这本书的整体架构设计得非常合理，它不仅涵盖了理论知识，更融入了大量的实践指导，让读者能够从多个维度去理解和掌握数字电路。从最基础的逻辑运算，到复杂的控制器件设计，这本书都循序渐进地进行了讲解。让我印象深刻的是，作者在讲解每一个理论概念之后，都会紧接着给出相应的实践环节，无论是理论推导的练习，还是电路仿真的指导，都帮助我将所学知识融会贯通。这种“理论与实践相结合”的学习模式，对于我这样希望能够真正掌握一门技术的学习者来说，无疑是最有效的方式。我特别欣赏书中关于“故障诊断与排除”的部分，这往往是初学者容易忽视但又至关重要的一环。作者用生动的例子，讲解了如何运用逻辑分析的方法，快速定位电路中的问题，这让我受益匪浅。这本书不仅仅是一本教材，更像是一本“修炼手册”，它不仅教会我“是什么”，更教会我“怎么做”，并且让我能够在实践中不断提升自己的能力。