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唐智杰，朱方文 著

图书标签:

• 数字电路
• 电路分析
• 电子技术
• 应用设计
• 数字逻辑
• 可编程逻辑器件
• VHDL
• Verilog
• FPGA
• 嵌入式系统

出版社： 上海大学出版社

ISBN：9787567120037

版次：1

商品编码：11826077

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-11-01

用纸：胶版纸

页数：224

字数：314000

正文语种：中文

内容简介

　　《数字电路应用》以“从基础理论出发，以实际应用为切入点，教学与实践相结合”为主线，采用从简单到复杂，从一般到特殊的演绎方法，主要讲述数字电路基础知识、大规模集成电路设计与应用、VerilogHDL语言设计方法和QuartusⅡ应用软件的使用技术。同时，本教材引进实例设计与实验环节，方便有效地通过计算机来实现多个实例的设计与验证，加深学生对概念、方法和应用技巧的理解，并能够加以应用。本教材结构清楚、层次分明、重点突出，注重理论与实践相结合。
　　《数字电路应用》可作为高等工科院校电子技术、自动控制及相近专业本科高年级学生和研究生的教材，也作为广大科研工作者、工程技术人员以及高等院校教师的参考书。

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 什么是数字电路
1．2 数字电路的发展及应用
1．3 数字电路设计方法
1．4 课程应用模型

第2章 数字电路基础
2．1 数制和码制
2．1．1 基本概念
2．1．2 二进制与十进制
2．1．3 八进制与十六进制
2．1．4 码制
2．2 逻辑代数基础
2．2．1 逻辑运算
2．2．2 基本规则
2．3 逻辑函数
2．3．1 逻辑函数及其表示方法
2．3．2 逻辑函数的标准形式
2．3．3 逻辑函数的代数化简
2．3．4 卡诺图化简法
习题

第3章 逻辑电路
3．1 门电路
3．1．1 基本门电路
3．1．2 常用集成门电路
3．2 组合逻辑电路
3．2．1 组合电路的分析和设计
3．2．2 组合逻辑电路的竞争与冒险
3．2．3 常用的集成组合逻辑电路
3．3 时序逻辑电路
3．3．1 触发器
3．3．2 典型触发器
3．3．3 典型集成触发器
3．3．4 时序逻辑电路的分类
3．3．5 同步时序逻辑电路分析与设计
3．3．6 异步时序逻辑电路的分析与设计
3．3．7 计数器
3．3．8 寄存器
习题

第4章 大规模数字集成电路
4．1 半导体存储器
4．1．1 只读存储器
4．1．2 随机存储器
4．2 可编程逻辑器件
4．2．1 简单可编程逻辑器件
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）
4．3 常用CPLD/FPGA器件
4．3．1 Altera公司产品
4．3．2 Xilinx公司产品
4．3．3 Lattice公司产品
习题

第5章 Verilog HDL数字设计基础
5．1 Verilog HDL简介
5．2 语法基本要素
5．3 模块的结构
5．3．1 模块的介绍
5．3．2 模块的调用
5．4 数据类型与表达式
5．4．1 线网型变量
5．4．2 寄存器型变量
5．5 运算符
5．5．1 操作数
5．5．2 Verilog HDL的运算符
5．6 赋值语句
5．6．1 连续赋值语句
5．6．2 线网声明赋值
5．6．3 过程赋值语句
5．7 结构说明语句
5．8 条件语句
5．8．1 if-else语句
5．8．2 case语句
5．9 循环语句
5．9．1 forever循环语句
5．9．2 repeat循环语句
5．9．3 While循环语句
5．9．4 for循环语句
5．10 块语句
5．10．1 顺序语句块
5．10．2 并行语句块
5．11 结构语句
5．11．1 initial语句
5．11．2 always语句
5．12 系统任务
5．12．1 任务
5．12．2 任务定义
5．12．3 任务调用
5．13 函数语句
5．13．1 函数定义
5．13．2 函数调用
5．13．3 函数的使用规则
5．13．4 task和function的区别
5．14 常用的系统任务和函数
5．14．1 $display和$write
5．14．2 系统任务$monitor
5．14．3 系统函数$time和$realtime
5．14．4 系统任务$finish和$stop
5．14．5 系统任务$readmem
5．14．6 系统任务$random
5．14．7 文件输入／输出任务
5．15 编译预处理
5．15．1 'define和'undef．
5．15．2 'ifdef、'else和'endif
5．15．3 'default_nettype
5．15．4 'include-
5．15．5 'resetall
5．15．6 'timescale
5．15．7 'unconnected_drive和'nounconnected_driw
习题

第6章 Quartus Ⅱ功能及应用
6．1 Quartus Ⅱ软件简介及特点
6．2 Quartus Ⅱ软件开发流程
6．2．1 设计输入
6．2．2 综合
6．2．3 布局布线
6．2．4 编译和配置
6．2．5 仿真
6．2．6 调试
6．2．7 系统级设计
6．3 Quartus Ⅱ软件的使用举例
6．3．1 创建Quartus Ⅱ工程
6．3．2 设计输入
6．3．3 工程配置及时序约束
6．3．4 编译
6．3．5 器件与引脚设定
6．3．6 功能仿真
6．3．7 时序仿真
6．3．8 机器编程和配置
6．4 Quartus Ⅱ下载及安装建议

第7章 基础应用实例
7．1 基本门电路设计实例
7．1．1 基本逻辑门
7．1．2 三态门电路
7．1．3 总线缓冲器
7．2 组合逻辑电路设计实例
7．2．1 逻辑函数的实现
7．2．2 多路数据选择器
7．2．3 数据分配器
7．2．4 比较器
7．2．5 优先编码器
7．2．6 3线-8线译码器
7．2．7 BCD-七段显示译码器
7．2．8 码制转换器
7．3 加法器
7．3．1 半加器
7．3．2 全加器
7．4 减法器
7．4．1 半减器
7．4．2 全减器
7．5 时序逻辑电路设计实例
7．5．1 触发器
7．5．2 计数器
7．5．3 寄存器
7．5．4 移位寄存器

第8章 高级应用实例
8．1 投票表决器
8．1．1 功能要求
8．1．2 设计实现
8．1．3 仿真结果
8．2 序列信号发生器
8．2．1 功能要求
8．2．2 设计实现
8．2．3 仿真结果
8．3 分频器
8．3．1 功能要求
8．3．2 设计实现
8．3．3 仿真结果
8．4 交通灯控制器
8．4．1 功能要求
8．4．2 设计实现
8．4．3 仿真结果
8．5 颗粒物罐装系统
8．5．1 功能要求
8．5．2 设计实现
8．5．3 仿真结果
附录A 参考系统硬件原理图
附录B 参考系统管脚对应表
参考文献

前言/序言

《电子管技术与现代应用》 前言 电子管，这个在电子技术发展史上曾经占据统治地位的器件，在半导体技术浪潮的冲击下，似乎已逐渐淡出人们的视野。然而，当我们深入探究其独特的工作原理、优异的性能表现以及至今仍不可替代的应用领域时，我们不禁要重新审视这位“老将”的价值。本书旨在系统地梳理电子管的技术发展脉络，深入剖析其核心原理，并重点探讨其在当今复杂多变的电子设备和系统中所展现出的强大生命力与独特的应用前景。我们希望通过本书，能够帮助读者建立起对电子管更全面、更深刻的认识，理解其技术精髓，并激发其在现代电子工程领域中发掘和应用电子管的潜能。 第一章 电子管的基本原理与结构 本章将从最基础的概念入手，为读者构建起对电子管的完整认知框架。我们将详细阐述电子管的核心工作原理——电子发射与控制。 电子发射（Electronic Emission）: 热电子发射（Thermionic Emission）: 这是电子管最主要的电子发射方式。我们将深入探讨其物理机制，即当加热材料（通常是金属或其氧化物）时，材料中的自由电子获得足够的能量克服表面逸出功，从而脱离表面形成自由电子流。我们将引入功函数（Work Function）的概念，解释不同材料的功函数对电子发射能力的影响。 冷发射（Field Emission）: 介绍在强电场作用下，电子也能从尖锐的金属尖端或薄膜表面发射出来。虽然在功率电子管中不如热电子发射常用，但它在某些微电子器件和特殊应用中具有重要意义。 光电发射（Photoelectric Emission）: 简要介绍在光照作用下，某些材料表面会发射电子，这是光电管等器件的基础。 电子的控制与收集: 电场作用: 电子作为带负电荷的粒子，其运动方向和速度受到电场的强烈影响。我们将详细解释电场如何加速、偏转和聚焦电子束。 栅极控制原理: 这是电子管实现信号放大和开关功能的核心。我们将聚焦于栅极（Grid）的作用，特别是控制栅（Control Grid）的电位变化如何改变电子流向阳极（Anode）的强度，从而实现信号的放大。 阳极与阴极（Cathode）: 阐述阳极作为电子收集极的作用，以及阴极作为电子源的作用。 电子管的典型结构: 真空度（Vacuum）: 强调真空环境对电子管正常工作的重要性，解释杂质气体对电子管性能的负面影响（如碰撞、离子轰击等），以及早期电子管和现代电子管在真空技术上的区别。 电子管的构成元素: 详细介绍电子管的基本组成部分，包括： 阴极（Cathode）: 探讨不同类型的阴极材料（如钨丝、氧化物涂层阴极），以及它们在发射效率、寿命和工作温度上的差异。 阳极（Anode / Plate）: 解释阳极的形状、材料和散热方式，以及它如何承受电子的冲击。 栅极（Grid）: 重点介绍不同类型的栅极： 控制栅（Control Grid）: 详细解释其位置、线圈疏密程度如何影响其控制能力。 屏蔽栅（Screen Grid）: 介绍其在减少极间电容、提高放大能力方面的作用。 the 帘栅（Suppressor Grid）: 阐述其作用是抑制二次电子发射，提高阳极特性。 灯丝（Filament / Heater）: 解释灯丝的作用是加热阴极，使其能够进行热电子发射，并介绍不同灯丝材料和工作电压。 电子管的封装（Envelope）: 介绍玻璃外壳和陶瓷外壳的应用，以及它们的作用（隔离空气、支撑内部结构）。 第二章 电子管的种类与特性 本章将根据电子管的结构、功能和应用场景，对其进行详细分类，并深入分析各类电子管的特性曲线和技术指标。 按电极数量分类: 二极管（Diode）: 结构与原理: 仅有阴极和阳极，作为单向导电器件，用于整流。 特性曲线: 详细绘制正向导通特性、反向截止特性，以及死区电压、击穿电压等关键参数。 应用: 早期整流电路、电源滤波、信号检波等。 三极管（Triode）: 结构与原理: 增加了一个控制栅，实现了电子信号的放大。 特性曲线: 绘制阳极特性曲线（Ia-Va，Vg为常数）、传递特性曲线（Ia-Vg，Va为常数）。 关键参数: 放大系数（μ）、内阻（rp）、跨导（gm）的定义、计算及其相互关系。 应用: 音频放大、射频振荡、调幅等。 四极管（Tetrode）: 结构与原理: 增加了屏蔽栅，用于克服三极管的寄生电容效应，提高高频性能。 特性曲线: 分析屏蔽栅对阳极特性的影响，以及“负阻区”的产生。 应用: 高频放大器。 五极管（Pentode）: 结构与原理: 增加了抑制栅，彻底解决了四极管的负阻问题，进一步提高了跨导和输出功率。 特性曲线: 绘制阳极特性曲线，分析抑制栅的作用。 应用: 音频功率放大器、射频功率放大器、电视接收机末级放大。 多极管（Multi-Grid Tubes）: 简要介绍包含更多栅极的电子管，如七极管等，以及它们在特定复杂电路中的应用。 按工作频率分类: 低频电子管: 适用于音频和一般低频信号处理。 射频电子管（RF Tubes）: 适用于无线电频率信号的产生、放大和处理。重点介绍其结构设计上的改进，如减小寄生电容、提高散热效率等。 微波电子管（Microwave Tubes）: 适用于更高频率的微波频段。 速调管（Klystron）: 介绍其基于电子束的速度调制和空间电荷波放大原理。 行波管（TWT）: 介绍其利用电子束与驻波的相互作用进行放大。 磁控管（Magnetron）: 介绍其在微波炉和雷达系统中的应用，以及其振荡原理。 按功能分类: 放大管: 实现信号的幅度提升。 振荡管: 产生周期性的电信号。 整流管: 将交流电转换为直流电。 开关管: 用于实现信号的导通和截止。 特殊用途管: 如显像管（CRT）、光电倍增管（PMT）、X射线管等，简要介绍其工作原理和应用。 第三章 电子管在现代电子系统中的应用 尽管半导体器件已广泛普及，但在某些领域，电子管凭借其独特的优势，依然占据着不可替代的地位。本章将聚焦于电子管在当今电子系统中的具体应用，并分析其选择的理由。 高保真音频设备: 音质特性: 深入探讨电子管特有的“温暖”、“自然”的音色，以及其非线性失真（主要是偶次谐波）对听感的积极影响，这是半导体器件难以完全复制的。 功率放大器: 详细介绍电子管功放（如甲类、甲乙类）的设计原理、电路结构（如单端、推挽），以及其在Hi-End音响市场的应用。 前级放大器与解码器: 阐述电子管在提升音乐细节、丰富声音层次方面的作用。 专业广播与录音设备: 麦克风前置放大器: 介绍电子管在拾音环节中的独特表现，能够为录音带来更加饱满和富有表现力的音色。 监听音箱: 分析电子管在对声音进行忠实还原方面的优势。 信号处理与效果器: 探讨电子管在模拟合成器、吉他失真效果器等设备中的应用，以及其产生的独特音色。 射频与微波通信系统: 高功率发射机: 电子管（特别是四极管、五极管、速调管、行波管）在产生和放大高功率射频信号方面，仍然是许多广播发射塔、雷达系统和军事通信设备的首选，因为它们能承受极高的电压和电流，并且在散热方面有优势。 雷达系统: 介绍磁控管、速调管等在雷达发射单元中的关键作用。 空间通信: 分析电子管在高可靠性和高功率输出方面的优势，适用于深空探测等严苛环境。 工业应用: 高压电源: 电子管整流二极管和高压功率管在需要高压、大电流输出的工业设备中仍有应用，如X射线发生器、工业感应加热设备等。 科研仪器: 某些对信号精度、抗干扰能力要求极高的科研设备，仍然会选择使用电子管。 电焊机与等离子切割: 介绍电子管在控制大电流放电方面的应用。 特殊领域: 老式收音机与电视机: 作为历史的见证，这些设备保留了大量电子管，其维修和复原是电子管技术研究的一部分。 复古电子产品爱好者: 电子管独特的魅力吸引着一批爱好者，他们乐于收藏、修复和使用电子管设备。 第四章 电子管的优势、劣势与维护 本章将对电子管与半导体器件进行更深入的比较，分析电子管的独特优势以及其固有的局限性，并介绍电子管的使用和维护要点。 电子管的优势: 高线性度与低失真: 特别是在音频领域，其偶次谐波失真特性带来的“音乐感”是其核心竞争力。 高功率处理能力: 能够承受极高的电压和电流，适用于大功率输出场合。 抗电磁干扰能力: 在某些特定环境中，电子管对电磁干扰的敏感度低于半导体器件。 宽广的工作温度范围: 某些电子管能够在较为恶劣的环境下工作。 易于诊断与维修: 相对于集成电路，单个电子管的故障点更易于定位和更换。 电子管的劣势: 体积庞大、重量大: 相比于集成电路，电子管的物理尺寸较大。 功耗高、发热量大: 需要额外的散热设计，并且效率相对较低。 寿命有限: 阴极材料会逐渐损耗，灯丝也会有烧断的风险，需要定期更换。 易碎: 玻璃外壳使其对机械冲击较为敏感。 启动延迟: 需要预热时间才能进入正常工作状态。 高压工作: 许多电子管需要较高的工作电压，对安全操作提出要求。 电子管的维护与保养: 正确的供电: 确保电压、电流符合规格，避免过载。 良好的通风散热: 避免电子管过热，延长寿命。 轻拿轻放: 避免机械损伤。 定期检查: 观察灯丝是否发光、是否有异响、是否有漏气等迹象。 更换原则: 在电子管性能衰减或损坏时，应选用同型号或性能相当的电子管进行替换。 存放要求: 避免潮湿和剧烈温差。 第五章 电子管技术的前沿发展与未来展望 虽然电子管已是成熟的技术，但其在特定领域的创新和发展从未停止。本章将探讨电子管技术的潜在发展方向，以及其在未来电子系统中的可能定位。 微型化与集成化: 尽管与微电子技术有差距，但在某些微波器件（如MEMS电子管）和特种管件的微型化方面仍有研究。 新材料与新工艺: 探索新型电子发射材料，提高电子管的效率、稳定性和寿命。 智能控制与监测: 结合现代微处理器技术，实现电子管工作状态的实时监测、智能调控和故障预警。 混合集成技术: 将电子管与半导体器件进行集成，取长补短，发挥各自优势，构建性能更优越的混合系统。 特定高端应用市场的持续需求: 无论是在Hi-Fi音频、专业广播，还是某些军用和科研领域，对电子管独特性能的需求将长期存在。 文化与历史价值: 电子管作为一项经典技术，其研究和传承本身就具有重要的历史和文化意义。 结语 电子管，这位电子技术的先驱，并没有随着时代的变迁而彻底谢幕。它以其独特的物理特性和卓越的性能，在现代电子工程的诸多领域中继续发挥着不可替代的作用。本书的编写，旨在唤醒对电子管技术被低估价值的认识，鼓励读者深入了解其精妙之处，并在未来的设计与应用中，重新发现电子管的无限可能。我们相信，通过对电子管原理的深入理解和对其应用潜力的持续挖掘，这项经典技术必将在新的时代背景下，焕发出新的光彩。

评分☆☆☆☆☆

这本书在数字电路的基础概念阐述上，确实下足了功夫。作者在讲解二进制、逻辑运算、布尔代数这些核心内容时，显得非常严谨和细致，对于任何想要深入了解数字世界运作原理的人来说，都能从中获益匪浅。我尤其欣赏书中在解释组合逻辑和时序逻辑时，采用的图文并茂的方式，将抽象的电路图和逻辑关系生动地呈现出来，这使得理解过程更加直观。然而，我购买这本书的初衷，是希望能了解数字电路在现代科技中的具体应用。我期待的是，能够看到如何将这些基础的逻辑门电路巧妙地组合起来，构建出复杂的系统，比如嵌入式微处理器、数字信号处理器（DSP）、甚至是通信基带芯片。书中对这些高级应用方向的提及，似乎还停留在非常概括性的层面，未能深入到具体的实现细节。例如，当提到数字滤波器时，我希望能够看到具体的滤波器结构（如FIR、IIR）是如何用数字电路实现的，以及如何进行设计和优化。同样，在介绍存储器时，我也期待了解SRAM、DRAM等不同类型的存储器是如何通过数字电路来构建的，以及它们在系统中的作用。这本书更像是一本“数字电路的语法书”，但我更想学习的是“数字电路的写作”。

评分☆☆☆☆☆

就这本书的整体内容而言，它为读者构建了一个坚实的数字电路理论基石，尤其是在对逻辑运算、门电路特性以及基本组合/时序逻辑模块的讲解上，可谓是面面俱到。我个人觉得，在对卡诺图化简、状态机设计等章节的阐述上，作者的逻辑非常清晰，能够引导读者一步一步地掌握这些重要的设计工具。然而，我总觉得这本书在“应用”这个层面，还有很大的提升空间。作为一名希望将所学知识付诸实践的读者，我非常渴望在书中看到更多鲜活的工程案例，能够展示如何将这些理论知识巧妙地应用于解决实际问题。比如，在讲解时序逻辑时，如果能结合一个简单的微处理器设计实例，从指令解码到数据通路，一步步展示其电路实现，那将非常有启发性。此外，对于一些在实际应用中至关重要的工程实践，如PCB布局布线、信号完整性分析、以及低功耗设计等，书中几乎没有涉及，这对于想要从事硬件开发的读者来说，是一个不小的遗憾。我希望作者能在未来的版本中，增加一些关于实际系统设计、调试以及性能优化的章节，这样这本书的价值将得到极大的扩展。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于理解数字电路的原理，确实提供了非常详尽的理论框架。作者在解释布尔代数、逻辑门的功能、以及组合逻辑和时序逻辑的基本构成单元时，花费了大量的笔墨，这对于任何想要打牢基础的读者来说，都无疑是宝贵的资源。我尤其喜欢书中对触发器和寄存器的工作原理进行的细致分析，它们之间的差异和在数据存储中的作用被阐述得相当清楚。然而，这本书的“应用”色彩似乎略显单薄。我期待的是，能够看到这些基础理论如何被“玩转”，如何组合起来解决实际的工程难题。例如，书中在提到存储器时，只是简单地介绍了它的概念，但对于如何设计一个简单的RAM或者ROM，以及它们在嵌入式系统中的具体集成方式，则显得语焉不详。同样，在通信领域，数字电路的应用是无处不在的，但我并未在书中找到关于如何设计数字调制解调器、误码率测试仪等内容。这本书更像是一本“数字电路原理指南”，它教你认识组成数字电路的“积木”，但却没有教你如何用这些积木搭建出令人惊叹的“城堡”。如果书中能增加更多关于实际项目的设计流程、电路实现的关键技术，以及相关的EDA工具使用经验，那么它的实用价值将大大提升。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我感觉作者在基础理论的梳理上做得相当到位，对于数字电路的入门者来说，这本书无疑是一本非常好的教科书。从最基本的逻辑门电路，到各种组合逻辑和时序逻辑的实现，再到状态机的设计，讲解得条理清晰，循序渐进。比如，在讲解加法器和减法器的时候，作者不仅给出了原理图，还详细解释了它们在计算机算术逻辑单元（ALU）中的作用。对于触发器和寄存器的讲解也十分透彻，让我对数据存储和处理的基本单元有了深刻的理解。然而，我在阅读过程中，总觉得缺少了一些“火花”。这本书更多地像是在“教你如何建造房子”，但没有“带你去看已经建好的精彩建筑”。我特别想看到一些关于如何将这些基础电路集成起来，解决实际问题的例子。例如，在讲解CMOS技术时，如果能结合一些实际的芯片设计实例，哪怕是简化的，都能帮助我更好地理解理论与实践的结合。同时，书中对于一些更高级的数字系统设计方法，如verilog/VHDL语言在实际项目中的应用，以及如何进行仿真和验证，也只是点到为止，没有深入展开。我希望书中能有更多的章节，指导读者如何从概念走向实际的产品开发，例如，如何将自己设计的逻辑电路移植到FPGA上，并进行功能测试。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题是“数字电路应用”，但我拿到手里翻阅后，发现它似乎更侧重于数字电路的理论基础构建，而非实际应用场景的深入探讨。我期待着能看到更多关于如何将理论知识转化为实际工程项目的案例，比如在嵌入式系统设计、通信设备开发、甚至是消费电子产品中的具体应用。例如，我希望书中能详细介绍如何使用FPGA或者ASIC来实现一个特定的数字信号处理算法，并且能给出详细的设计流程、代码实现以及实际的测试调试经验。另外，关于一些前沿的数字电路应用，比如人工智能硬件加速、物联网传感器接口设计等方面，我也非常感兴趣，希望能从中获得一些启发性的思路和技术细节。然而，目前这本书的内容似乎更多的是停留在逻辑门、组合逻辑、时序逻辑等基础概念的讲解上，虽然这些基础很重要，但对于我这样一个希望快速掌握实际应用技能的读者来说，略显不足。当然，这并不意味着这本书没有价值，对于初学者来说，建立扎实的理论基础是必不可少的。只是，如果能增加一些贴近实际工程的章节，比如PCB布线、功耗优化、信号完整性分析等在实际应用中至关重要的方面，那这本书的实用性将会大大提升。