数字电路与系统设计基础（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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黄正瑾，李文渊，秦文虎 编

图书标签:

• 数字电路
• 数字系统设计
• 逻辑电路
• 可编程逻辑器件
• VHDL
• Verilog
• 电路分析
• 电子技术
• 计算机组成原理
• 基础电子学

出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040405835

版次：2

商品编码：11525046

包装：平装

开本：16开

出版时间：2014-08-01

用纸：胶版纸

页数：513

字数：820000

正文语种：中文

内容简介

　　《数字电路与系统设计基础（第2版）》保持第一版以计算机组成方框为线索介绍数字技术的基本原理和用数字功能模块构建数字系统的方法与理念的结构。其特色是以设计为纲，以系统设计为中心，突出现代设计方法。例如除介绍传统的分析设计方法外，增添了用模块结合算法实现组合逻辑电路，按算法流程图或ASM图并以模块为中心实现时序逻辑电路，以及用存储器配合微程序方法设计控制器等。还增加了关于SCFL高速器件的介绍。各章内容的编排与格式也有所创新。
　　《数字电路与系统设计基础（第2版）》可作为高等学校电气类、电子信息类、自动化类等专业“数字电子技术”类课程64学时（不含第9章）或80-96学时（含第9章）的教材，或作为“数字电子技术”、“数字系统课程设计”两门课程的合用教材，也可供相关学科的工程技术人员参考。

作者简介

　　黄正瑾，1942年出生于江苏扬州，现为东南大学教授。曾长期教授数字电路、电子系统设计、EDA及相关实践课程，并主持东南大学的大学生电子设计竞赛培训及大学生课外创新活动。
　　黄教授1965年毕业于南京工学院无线电工程系，曾任大学生电子设计竞赛全国专家组专家，江苏省专家组组长。主要著作有：《计算机结构与逻辑设计》、《在系统编程技术及其应用》（第二版获2001年教育部2等奖）、《CPLD电路设计技术入门到应用》、《大学生电子设计竞赛赛题解析》等。

内页插图

目录

第0章绪论
0.1 数字信号与数字电路
0.1.1 数字信号的特点
0.1.2 数字信号的优点
0.2 数字系统的实现方法
0.2.1 全硬件实现
0.2.2 程序+存储器的实现方法
0.3 计算机的基本结构与运行方式
0.3.1 计算机的基本结构
0.3.2 计算机的运行方式
*0.4 数字系统设计实例
0.5 本书的主要内容与学习方法
总结
习题

第1章数字系统中的数制和码制
1.1 数字系统中的数制
1.1.1 十进制
1.1.2 R进制
1.1.3 二进制
1.1.4 二进制的优点
1.1.5 数制间的转换
1.1.6 八进制与十六进制
1.2 数字系统中数的表示方法与格式
1.2.1 码的概念（二进制码与循环码）
1.2.2 实数在数字系统中的表示方法
*1.2.3 定点数与浮点数
1.2.4 十进制数的表示方法
*1.3 非数值数据在数字系统中的表示方法
总结
习题

第2章逻辑函数与门网络
2.1 逻辑代数的基本知识
2.1.1 逐辑代数的基本运算
2.1.2 逻辑代数的基本定律
2.1.3 逻辑代数的基本规则
2.1.4 逻辑代数的常用公式
2.1.5 逻辑运算的完备集
2.2 逻辑函数及其描述方法
2.2.1 逻辑表达式
2.2.2 逻辑图
2.2.3 真值表
2.2.4 卡诺图
2.2.5 标准表达式
*2.2.6 最大项和标准或一与表达式
2.2.7 非完全定义逻辑函数的描述
2.3 门电路的基本知识
2.3.1 正逻辑与负逻辑
2.3.2 非门的电路模型
2.3.3 其他门电路
2.3.4 门电路的主要技术要求
2.3.5 互补输出结构与开路门、三态门
2.3.6 数字信号的传送与传输门(TG)
2.3.7 集成门电路的外部封装
2.4 逻辑函数的简化
2.4.1 逻辑简化的意义与标准
2.4.2 公式法简化
2.4.3 卡诺图法简化
*2.4.4 计算机辅助逻辑简化
2.5 组合逻辑电路
2.5.1 组合逻辑电路的定义与特点
2.5.2 组合逻辑电路的分析
2.5.3 用混合逻辑电路图的方法描述组合逻辑电路
2.5.4 组合逻辑电路的语言描述
2.5.5 几种常用的组合逻辑模块
2.6 组合逻辑电路的设计
2.6.1 根据真值表设计
2.6.2 使用模块根据算法设计
2.6.3 用存储器与可编程逻辑器件实现组合逻辑电路
2.7 电子设计自动化与逻辑模拟
*2.7.1 电子设计自动化(EDA)概述
2.7.2 逻辑模拟
2.8 组合逻辑电路的竞争与险象
2.8.1 产生险象的原因
2.8.2 消除险象的方法
*2.9 组合逻辑电路设计实例
总结
习题

第3章时序逻辑电路
3.1 触发器的原理与应用
3.1.1 基本SR触发器
3.1.2 锁存器
3.1.3 触发器的无竞态触发方式
3.1.4 带直接清除端的触发器
3.1.5 触发器的应用
3.2 时序逻辑电路的基本结构与描述方法
3.2.1 时序逻辑电路的基本结构与行为特征
3.2.2 时序逻辑电路的描述方法
3.3 时序逻辑电路的分析方法
3.3.1 传统的时序逻辑电路分析方法
3.3.2 以集成计数器为核心的时序逻辑电路的分析方法
3.3.3 以集成移位寄存器为核心的时序逻辑电路的分析方法
3.3.4 以集成寄存器（锁存器）为核心的时序逻辑电路分析
3.3.5 异步时序逻辑电路的分析
3.3.6 时序逻辑电路的延时分析
3.4 时序逻辑电路的设计方法
3.4.1 传统的时序逻辑电路设计方法
3.4.2 采用MSI时序逻辑功能模块设计
3.4.3 时序逻辑电路的其他设计方法
*3.5 时序逻辑电路设计实例
总结
习题

第4章可编程逻辑器件
4.1 专用集成电路
4.1.1 掩模设计
4.1.2 编程设计
4.2 可编程逻辑器件的电路结构
4.2.1 简单可编程逻辑器件(SPLD)
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)
4.2.4 CPLD与FPGA的性能比较
4.3 可编程逻辑器件的使用
4.3.1 PLD的设计流程
4.3.2 开发软件使用方法
4.4 VHDL语言
4.4.1 概述
4.4.2 程序包
4.4.3 实体
4.4.4 结构体
*4.5 可编程片上系统(SoPC)
……
第5章 算术逻辑运算电路
第6章 存储器
第7章 终端、总线和接口
第8章 数字系统与控制器设计
第9章 数字集成逻辑电路及其应用

《数字逻辑设计入门与实践》 前言 数字技术已成为现代社会发展的基石，从掌中的智能手机到浩瀚的宇宙探索，无处不见其身影。而数字电路的设计与实现，正是这一切神奇的源头。《数字逻辑设计入门与实践》旨在为读者提供一个全面而深入的数字逻辑设计学习路径，从最基础的逻辑门原理，逐步引导读者掌握复杂数字系统的构建方法。本书不仅关注理论知识的讲解，更强调实践操作的重要性，力求让读者在理解原理的同时，能够亲手设计并验证自己的数字电路。 本书适合的对象广泛，包括对数字电路感兴趣的初学者、电子信息类专业的学生、以及需要提升数字设计能力的工程师。无论您是刚刚接触数字逻辑，还是希望系统梳理和深化相关知识，本书都能为您提供宝贵的学习资源。 第一部分：数字逻辑基础 第一章：数字信号与逻辑门 本章将从最根本的层面剖析数字系统的运作基础——数字信号。我们将详细介绍数字信号与模拟信号的区别，理解二进制数制及其运算（包括二进制加法、减法、乘法和除法），并深入探讨编码（如格雷码、BCD码）在数字系统中的作用。 随后，我们将聚焦于构建数字电路的基本单元：逻辑门。从最基础的非门（NOT）、与门（AND）、或门（OR）开始，逐一讲解其逻辑功能、真值表、逻辑符号以及在实际电路中的实现。在此基础上，我们将介绍更高级的逻辑门，如非与门（NAND）、非或门（NOR）、异或门（XOR）和同或门（XNOR）。我们将深入分析这些复合逻辑门的特性，并通过实例展示它们在简化逻辑表达式和实现特定功能上的优势。 通过本章的学习，读者将建立起对数字信号本质的深刻理解，并熟悉构成一切数字系统的最基本“积木”。 第二章：布尔代数与逻辑化简 布尔代数是数字逻辑设计的数学基石，它提供了一套严格的规则和方法来描述和操作逻辑关系。本章将详细介绍布尔代数的公理、基本定理（如交换律、结合律、分配律、德摩根定律等）以及常用公式。读者将学习如何利用这些定理和公式对复杂的逻辑表达式进行化简，从而减小电路规模，降低功耗，提高运行速度。 除了代数方法，我们还将引入图形化的逻辑化简工具——卡诺图（Karnaugh Map）。卡诺图以其直观和系统的方式，帮助我们快速找到逻辑函数的最小项表达式。我们将从二变量、三变量卡诺图讲起，逐步过渡到四变量甚至五变量卡诺图的化简技巧。通过大量的实例，读者将熟练掌握卡诺图的使用方法，并理解如何将其应用于实际电路设计中，实现最简化的逻辑电路。 第三章：组合逻辑电路设计 本章将带领读者进入组合逻辑电路的设计世界。组合逻辑电路的特点是，其输出仅取决于当前输入的组合，不存在记忆功能。我们将系统地介绍组合逻辑电路的设计流程，包括需求分析、真值表建立、逻辑表达式推导、逻辑化简以及电路实现。 我们将重点讲解几种常见的组合逻辑电路模块： 编码器（Encoder）：将输入信号的特定组合转换成一个唯一的二进制输出。我们将介绍优先编码器的工作原理和设计方法。 译码器（Decoder）：与编码器相反，将二进制输入扩展成多个独立的输出信号。我们将深入分析通用译码器、BCD-七段数码管译码器等。 多路选择器（Multiplexer, MUX）：根据控制信号的选择，将多个输入中的一个路由到唯一的输出。我们将讲解其原理、设计以及在数据选择和信号路由中的应用。 分路选择器（Demultiplexer, DEMUX）：与多路选择器相反，将一个输入信号通过控制信号分发到多个输出中的一个。 加法器（Adder）：实现二进制数的加法运算。我们将从半加器、全加器开始，构建出多比特的行波进位加法器（Ripple Carry Adder）和超前进位加法器（Carry Lookahead Adder），并讨论其性能差异。 减法器（Subtractor）：实现二进制数的减法运算，通常通过与加法器结合使用。 比较器（Comparator）：比较两个二进制数的大小，输出相应的比较结果。 通过本章的学习，读者将掌握如何根据实际需求，设计出满足特定功能的组合逻辑电路，并对各种标准组合逻辑模块有深入的了解。 第二部分：时序逻辑电路与系统设计 第四章：时序逻辑电路基础 与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路具有记忆功能，其输出不仅取决于当前输入，还与电路之前的状态有关。本章将引入时序逻辑电路的核心概念：触发器（Flip-Flop）和寄存器（Register）。 我们将详细介绍各种类型的触发器： SR触发器（SR Flip-Flop）：最基本的触发器，具有置位（Set）和复位（Reset）功能。 JK触发器（JK Flip-Flop）：JK触发器是SR触发器的改进，能够实现翻转（Toggle）功能，更加灵活。 D触发器（D Flip-Flop）：数据触发器，将输入数据D存储到输出Q，是构成移位寄存器和存储器的基本单元。 T触发器（T Flip-Flop）：触发器，当输入T为1时，输出翻转；为0时，输出保持不变。 我们将深入分析这些触发器的结构、时序特性（如建立时间、保持时间）、以及在时钟同步下的工作方式。在此基础上，我们将学习如何将触发器组合成寄存器，实现数据的并行存储和读写。 第五章：状态机设计（有限状态机FSM） 状态机是设计复杂数字系统的强大工具，它能够描述系统的不同工作状态以及状态之间的转换。本章将详细介绍有限状态机（Finite State Machine, FSM）的设计方法。 我们将区分两种主要的状态机模型： 米利型状态机（Mealy Machine）：输出不仅取决于当前状态，还取决于当前输入。 摩尔型状态机（Moore Machine）：输出仅取决于当前状态。 我们将系统地介绍状态机设计的步骤： 1. 需求分析与状态定义：明确系统的功能需求，并划分出清晰的工作状态。 2. 状态图绘制：使用图形化的方式，直观地表示状态、输入和输出之间的关系。 3. 状态编码：为每个状态分配唯一的二进制码。 4. 状态转换表（或真值表）的建立：将状态图转换为表格形式，明确下一个状态和输出的计算逻辑。 5. 逻辑电路实现：根据状态转换表，设计出组合逻辑和时序逻辑部分，最终实现整个状态机。 我们将通过大量的实例，如交通灯控制器、串行数据接收器、序列检测器等，帮助读者深入理解状态机设计的概念和实际应用。 第六章：计数器与移位寄存器 本章将深入探讨两种重要的时序逻辑电路模块：计数器和移位寄存器。 计数器（Counter）：用于对时钟脉冲进行计数，是数字系统中实现定时、分频、序列生成等功能的重要部件。我们将介绍： 同步计数器（Synchronous Counter）：所有触发器同时翻转，可以设计各种模数的同步计数器，如二进制加/减计数器。 异步计数器（Asynchronous Counter）：触发器之间的翻转是串行的，也称为行波计数器。 移位寄存器计数器（Shift Register Counter）：利用移位寄存器的特性来实现特定序列的计数。 BCD计数器：专门用于计数0-9的十进制计数器。 移位寄存器（Shift Register）：能够将存储在其中的数据进行串行移位，是实现数据串行/并行转换、串行数据通信、数字延迟等功能的基础。我们将介绍： 串入串出（SISO） 串入并出（SIPO） 并入串出（PISO） 并入并出（PIPO） 通用移位寄存器 我们将通过实例展示计数器和移位寄存器在实际系统中的应用，例如频率分频器、数字延迟线、序列发生器等。 第三部分：高级数字系统设计与应用 第七章：存储器与可编程逻辑器件 本章将介绍数字系统中至关重要的存储单元——存储器，以及实现灵活数字逻辑设计的核心技术——可编程逻辑器件（PLD）。 存储器（Memory）： 随机存取存储器（RAM）：包括静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM），介绍其读写原理、时序和基本结构。 只读存储器（ROM）：包括掩膜ROM（MROM）、可编程ROM（PROM）、可擦写可编程ROM（EPROM）和电可擦可编程ROM（EEPROM），介绍其特点和应用。 闪存（Flash Memory）。 可编程逻辑器件（PLD）：PLD允许用户通过编程来实现特定的逻辑功能，大大提高了设计灵活性和开发效率。我们将介绍： 可编程阵列逻辑（PAL） 通用阵列逻辑（GAL） 现场可编程门阵列（FPGA）：介绍FPGA的基本结构、编程模型以及在现代数字系统设计中的广泛应用。 复杂可编程逻辑器件（CPLD）。 第八章：硬件描述语言（HDL）入门与综合 本章将引入现代数字系统设计的核心工具——硬件描述语言（HDL）。我们将以Verilog HDL为例，介绍HDL的基本语法、数据类型、运算符、行为级建模和结构级建模。 我们将学习如何使用HDL来描述组合逻辑电路和时序逻辑电路，包括触发器、寄存器、状态机等。 Verilog HDL基础： 模块（module）的定义与实例化 端口（port）的声明 信号（wire, reg）的声明与使用 运算符（算术、逻辑、位操作、关系、条件） 赋值语句（blocking, non-blocking） 控制结构（always, if-else, case） 任务（task）与函数（function） HDL综合：介绍HDL综合的基本概念，以及如何通过综合工具将HDL代码转化为门级网表。我们将讨论综合过程中需要注意的问题，以生成高效、可实现的设计。 第九章：实际系统设计案例分析 本章将通过一系列实际的数字系统设计案例，巩固读者在前几章所学的理论知识。我们将以Verilog HDL为例，详细讲解以下案例的设计过程： 简单CPU控制器设计：包括指令译码、程序计数器（PC）的控制、指令执行的流程控制等。 串行通信接口（UART）设计：包括数据帧的构建、发送与接收的时序控制、校验位的生成与校验等。 简单内存控制器设计：包括地址解码、读写控制、数据缓冲等。 简单的数字滤波器设计。 每个案例都将遵循完整的数字设计流程，从需求分析到HDL代码编写，再到仿真验证，让读者亲身体验整个设计过程。 附录 常用逻辑门和集成电路芯片图 布尔代数公式总结 推荐参考文献 结语 数字逻辑设计是一个充满创造力和挑战的领域。通过本书的学习，我们希望读者能够建立起坚实的理论基础，掌握实用的设计方法，并为进一步深入学习和应用数字技术打下坚实的基础。愿每一位读者都能在数字世界的探索中，创造出属于自己的精彩。

评分☆☆☆☆☆

天哪，这本书简直是打开了我新世界的大门！作为一名完全的门外汉，一开始我对“数字电路与系统设计基础”这些词汇充满了畏惧，感觉像是要啃一本天书。但自从翻开这本《数字电路与系统设计基础（第2版）》，我的心情就如同坐过山车般跌宕起伏，从最初的忐忑不安，到慢慢理解，再到最后的豁然开朗，甚至开始享受探索的乐趣！作者的讲解方式太绝了，绝对是化繁为简的大师。那些原本看起来像乱码一样的逻辑门、时序电路，在作者的细致梳理下，变得清晰可见，好像突然找到了隐藏在迷雾中的宝藏。每一个概念的引入都恰到好处，循序渐进，不会让你觉得突然跟不上。而且，书中的插图简直是点睛之笔，那些精美的图示，生动形象地展示了电路的工作原理，让我这个视觉型学习者如鱼得水。我最喜欢的是关于状态机的章节，以前总觉得它很抽象，但通过书中详实的例子和清晰的推导，我竟然真的理解了它的设计思路和应用场景。现在，我敢说，我真的对数字电路有了初步的认识，甚至开始跃跃欲试，想要自己动手去实现一些简单的设计了。这本书真的太值得推荐给所有想要入门数字电路的同学们了，它会让你发现，原来学习技术也可以如此充满乐趣和成就感！

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，对于一门技术性很强的学科，最怕的就是那种“干巴巴”的讲解，缺乏实际的例子和深度的分析。而这本《数字电路与系统设计基础（第2版）》恰恰避免了这一点。作者在讲解理论知识的同时，非常注重与实际应用场景的结合。书中引用了大量的工程实例，比如在讲解组合逻辑时，就分析了如何设计一个加法器、多路选择器等基础模块，并且详细说明了它们在实际电路中的作用。在讲解时序逻辑时，也结合了状态机在微处理器控制单元、通信协议处理等方面的应用。这些实例的引入，不仅让枯燥的理论变得鲜活起来，更重要的是，它让我看到了理论知识的价值和意义，激发了我学习的动力。我特别喜欢书中对一些经典数字系统设计的解析，比如CPU的基本结构、存储器的工作原理等，这些内容让我对整个数字系统的构建有了更深刻的认识。而且，书中提供的练习题也很有深度，能够帮助我巩固所学知识，并锻炼我的分析和解决问题的能力。总而言之，这本书是一本理论扎实、应用广泛、实践性强的优秀教材，我强烈推荐给所有对数字电路与系统设计感兴趣的读者。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，这本书的深度和广度都超出了我的预期。作为一名已经有一些数字电路基础的学生，我原本以为这本《数字电路与系统设计基础（第2版）》会比较基础，但它展现出的专业性和系统性让我耳目一新。作者在基础概念的铺垫上非常扎实，无论是布尔代数、逻辑门电路，还是更复杂的组合逻辑和时序逻辑，都讲解得鞭辟入里，并且巧妙地将理论与实际应用联系起来。我特别欣赏书中对各种设计方法的剖析，例如对于组合逻辑的设计，书中提供了多种优化策略，并且详细分析了它们在速度、面积和功耗方面的权衡。而对于时序逻辑，书中对触发器、寄存器、计数器等组件的讲解，以及如何构建状态机来实现复杂的控制逻辑，都非常到位。我尤其对书中关于FPGA设计流程的介绍印象深刻，它不仅仅停留在理论层面，还给出了实际操作的指导，让我对如何将设计转化为实际硬件有了更清晰的认识。此外，书中还涉及了一些高级话题，比如存储器设计、总线接口等，这些内容极大地拓展了我的知识边界，让我对数字系统设计有了更宏观的理解。这本书绝对是进阶学习的优秀教材，它能够帮助你构建起坚实的理论基础，并为你日后的深入研究打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是我的救星！我是一名软件工程师，最近因为项目需求，需要了解一些数字电路和系统设计方面的知识，但是又苦于没有相关的背景。市面上很多书要么太理论化，要么太晦涩难懂，让我望而却步。直到我遇到了这本《数字电路与系统设计基础（第2版）》，简直是找到了知音！作者的语言风格非常亲切，就像是在跟朋友聊天一样，一点点地引导你进入数字电路的世界。他不会上来就用一堆专业术语把你轰炸，而是从最基本的生活现象入手，用通俗易懂的比喻来解释复杂的概念。比如，他对“门电路”的比喻，让我一下子就抓住了核心思想。而且，书中的每一个章节都设计得非常有条理，就像一条清晰的脉络，把你从零基础一步步引向精通。我最喜欢的部分是关于“时序逻辑”的讲解，书中通过大量的图示和例子，把各种时序电路的“前世今生”都展现得淋漓尽致，让我不再对那些“时钟信号”、“翻转”感到困惑。这本书让我觉得，原来学习数字电路并不是一件遥不可及的事情，只要找对了方法，它也可以变得生动有趣，充满挑战和惊喜！

评分☆☆☆☆☆

我通常对教科书的评价会比较挑剔，毕竟市面上太多内容陈旧、讲解僵硬的书籍了。但《数字电路与系统设计基础（第2版）》给了我惊喜。它不是那种只停留在概念层面的书，而是真正地深入到了“设计”这个环节。作者在讲解完基础的逻辑门和组合逻辑后，并没有止步于此，而是迅速将话题引向了更具挑战性的时序逻辑和系统设计。书中关于状态机设计的部分，讲解得非常透彻，从状态转移图的绘制到状态寄存器的设计，再到具体的硬件实现，都有详细的步骤和指导。我特别欣赏的是书中关于“可综合VerilogHDL”的引入，这对于我们这些希望将理论付诸实践的人来说，简直是福音。它不仅仅是让你理解了数字电路的原理，更重要的是，它教会了你如何用现代化的设计语言来描述和实现这些电路。书中提供的代码示例非常具有参考价值，并且讲解清晰，让我能够快速上手。这本书让我认识到，数字电路与系统设计不仅仅是理论知识的堆砌，更是一门艺术，一门将抽象的逻辑转化为实际功能的艺术。它为我打开了通往IC设计、嵌入式系统开发等领域的大门，让我对未来的学习和职业发展充满了信心。