(教材)数字电路与逻辑设计 9787113127930 中国铁道出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陈利永，陈家祯，蔡银河著 著

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出版社： 中国铁道出版社

ISBN：9787113127930

商品编码：29424193687

包装：平装

出版时间：2011-06-01

基本信息

书名：(教材)数字电路与逻辑设计

定价：26.00元

作者：陈利永,陈家祯,蔡银河著

出版社：中国铁道出版社

出版日期：2011-06-01

ISBN：9787113127930

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.422kg

编辑推荐

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陈利永、陈家祯、蔡银河编写的《数字电路与逻辑设计》是21世纪高等院校规划教材。本教材共分6章，内容包括：数字逻辑基础，组合逻辑基础，时序逻辑电路，脉冲产生电路，数/模和模/数转换器，用VerilogHDL语言设计频率计的实例，门电路简介。本书适合作为电气信息类各专业本科生学习数字电路与逻辑设计课程的教材。

内容提要

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陈利永、陈家祯、蔡银河编写的《数字电路与逻辑设计》主要介绍数字电子与逻辑设计的基础知识。主要内容有数字逻辑基础、组合逻辑电路、时序逻辑电路、脉冲产生电路、数/模和模/数转换器，用VerilogHDL语言设计频率计的实例、门电路简介。《数字电路与逻辑设计》除了介绍上述内容，在附录部分还介绍了如何利用Multisim软件和MATLAB软件的仿真功能实现数字电路的仿真，并详细介绍了如何利用QuartusII软件进行简单数字系统的编辑和时序仿真的方法，以帮助学生掌握EDA的基本概念和技术。《数字电路与逻辑设计》适合作为电气信息类各专业本科生学习数字电路与逻辑设计课程的教材。

目录

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第1章 数字逻辑基础 1.1 概述 1.1.1 数字电路与逻辑设计课程所研究的问题 1.1.2 数制 1.1.3 数制的转换 1.1.4 码制 1.1.5 数值信息在数字系统中的表示 1.1.6 实数在数字系统中的表示 1.1.7 算术运算 1.2 逻辑代数基础 1.2.1 逻辑“与”关系 1.2.2 逻辑“或”关系 1.2.3 逻辑“非”关系 1.2.4 逻辑运算的复合关系 1.2.5 正逻辑和负逻辑 1.3 逻辑代数的基本关系式和常用公式 1.3.1 逻辑代数的基本关系式 1.3.2 基本定律 1.3.3 常用的公式 1.3.4 基本定理 1.4 逻辑函数的表示方法 1.4.1 逻辑函数的表示方法 1.4.2 逻辑函数的真值表表示法 1.4.3 逻辑函数式 1.4.4 逻辑图 1.4.5 工作波形图 1.5 逻辑函数式的化简 1.5.1 公式化简法 1.5.2 逻辑函数的卡诺图化简法 1.5.3 具有无关项的逻辑函数的化简 1.6 研究逻辑函数的两类问题 1.6.1 给定系统分析功能 1.6.2 给定逻辑问题设计系统 1.7 用Verlog HDL语言实现三态门的方法 小结 习题和思考题第2章 组合逻辑基础 2.1 概述 2.1.1 组合逻辑电路的特点 2.1.2 组合逻辑电路的分析和综合方法 2.2 常用的组合逻辑电路 2.2.1 编码器 2.2.2 优先编码器 2.2.3 译码器 2.2.4 显示译码器 2.2.5 数据选择器 2.2.6 加法器 2.2.7 数值比较器 2.2.8 只读存储器(ROM) 2.2.9 可编程逻辑器件(PLD) 2.3 综合例题 2.4 组合逻辑电路中的竞争-冒险现象 2.4.1 竞争-冒险现象 2.4.2 竞争-冒险现象的判断方法 小结 习题和思考题第3章 时序逻辑电路 3.1 概述 3.2 触发器的电路结构和动作特点 3.2.1 基本RS触发器的电路结构和动作特点 3.2.2 同步RS触发器的电路结构和动作特点 3.2.3 主从RS触发器的电路结构和动作特点 3.2.4 由S传输门组成的边沿触发器 3.3 触发器逻辑功能的描述方法 3.3.1 RS触发器 3.3.2 D触发器 3.3.3 JK触发器 3.3.4 T触发器 3.3.5 触发器逻辑功能的转换 3.4 时序逻辑电路的分析方法 3.5 常用的时序逻辑电路 3.5.1 寄存器和移位寄存器 3.5.2 随机存取存储器 3.5.3 同步计数器 3.5.4 移位寄存器型计数器和顺序脉冲发生器 3.5.5 序列信号发生器 3.6 时序逻辑电路分析设计综合例题 小结 习题和思考题第4章 脉冲产生电路，数/模和模/数转换器 4.1 方波信号发生器 4.1.1 石英晶体振荡器 4.1.2 555定时器的应用 4.1.3 用555定时器组成施密特电路 4.1.4 用555定时器组成单稳态电路 4.1.5 用555定时器组成多谐振荡器 4.2 模/数、数/模转换器概述 4.2.1 权电阻网络D/A转换器 4.2.2 A/D转换器的基本组成 4.2.3 直接A/D转换器 4.3 A/D和D/A转换器的使用参数 4.3.1 A/D和D/A转换器的转换精度 4.3.2 A/D和D/A转换器的转换速度 小结 习题和思考题第5章 用Verilog HDL语言设计频率计的实例 5.1 数字系统的层次化结构设计 5.2 两位十进制数字频率计的层次结构框图 5.2.1 在QuartusⅡ中实现计数器的电路 5.2.2 在QuartusⅡ中实现测频时序控制电路的设计 5.2.3 频率计显示译码器电路的设计 5.2.4 频率计顶层电路的设计 5.2.5 将设计文件下载到芯片上的方法第6章 门电路简介 6.1 概述 6.2 TTL集成门电路 6.2.1 TTL门电路的组成及工作原理 6.2.2 TTL门电路的输入特性曲线和输出特性曲线 6.2.3 集电极开路的门电路(OC门) 6.2.4 三态门电路(TS门) 6.3 S门电路 6.3.1 CMOS反相器电路的组成和工作原理 6.3.2 CMOS与非门电路的组成和工作原理 6.3.3 CMOS或非门电路的组成和工作原理 6.3.4 CMOS传输门电路的组成和工作原理 6.4 集成电路使用知识简介 6.4.1 集成门电路的主要技术指标 6.4.2 多余输入脚的处理 6.4.3 TTL与CMOS的接口电路 小结 习题和思考题附录A 期末练习题附录B Multisim软件在数字电路中的应用附录C 用MATLAB的Simulink环境实现数字逻辑电路的仿真附录D EDA技术在数字电路设计中的应用

作者介绍

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文摘

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序言

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引言 在信息时代的浪潮中，数字电路与逻辑设计作为计算机科学、电子工程以及自动化等众多领域的基础性学科，其重要性不言而喻。从我们日常使用的智能手机、电脑，到复杂的工业控制系统、航空航天设备，无不建立在数字电路设计的坚实基石之上。理解数字电路的工作原理，掌握逻辑设计的严谨方法，是现代科技从业者和爱好者们必不可少的技能。本文将为您详细介绍数字电路与逻辑设计这一迷人领域的核心概念、发展历程、关键技术及其在现实世界中的广泛应用，旨在为有意深入了解数字世界运作规律的学习者提供一份详实的导览。 数字世界的基础：二进制与逻辑门 我们生活在一个模拟的连续世界，但数字世界则是离散的、由0和1两个状态构成的。二进制系统是数字电路的语言，它极大地简化了信号的处理和传输。每一个二进制位（bit）可以表示一个“开”或“关”、“高电平”或“低电平”的状态。 逻辑门是构建数字电路的最基本单元。它们是实现逻辑运算的电子电路，接收一个或多个输入信号，并根据特定的逻辑规则产生一个输出信号。最基础的逻辑门包括： 与门 (AND gate): 只有当所有输入都为1时，输出才为1。 或门 (OR gate): 只要有任一输入为1，输出就为1。 非门 (NOT gate): 输出的状态与输入状态相反。 与非门 (NAND gate): 与门的输出取反，是构建其他逻辑门的基本元件。 或非门 (NOR gate): 或门的输出取反，同样是重要的基本元件。 异或门 (XOR gate): 当输入状态不同时，输出为1；当输入状态相同时，输出为0。 同或门 (XNOR gate): 异或门的输出取反，当输入状态相同时，输出为1；当输入状态不同时，输出为0。 这些简单的逻辑门组合起来，就可以实现极其复杂的逻辑功能，构建出能够执行各种计算和控制任务的数字系统。 布尔代数：逻辑设计的数学工具 布尔代数是数字逻辑设计的理论基础。它是一种数学系统，用于处理二值变量（0和1）之间的逻辑关系。布尔代数提供了描述和分析逻辑电路的数学工具，使得设计师能够以严谨的方式设计、简化和优化电路。 布尔代数的核心概念包括： 变量 (Variables): 通常用字母表示，取值为0或1。 逻辑运算符 (Logical Operators): 如“与”（· 或 AND）、“或”（+ 或 OR）、“非”（' 或 NOT）。 逻辑表达式 (Logical Expressions): 用变量和逻辑运算符组合而成的式子，例如 $A cdot B + overline{C}$。 逻辑定律 (Logical Laws): 如交换律、结合律、分配律、德摩根定律等，这些定律是化简和证明逻辑表达式的基石。 通过熟练运用布尔代数，逻辑设计师可以将复杂的逻辑功能用最简洁、最有效的逻辑表达式表示出来，进而转化为实际的电路设计。 组合逻辑电路与时序逻辑电路 数字电路根据其工作特性，主要可以分为两大类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。 1. 组合逻辑电路 (Combinational Logic Circuits): 组合逻辑电路由基本的逻辑门构成，其输出仅取决于当前的输入信号，与电路过去的状态无关。这意味着，给定一组输入，组合逻辑电路的总会产生一个确定的输出。 典型的组合逻辑电路包括： 编码器 (Encoders): 将多个输入信号转换成一个具有代表性的二进制码。例如，键盘编码器将按键信号转换成ASCII码。 译码器 (Decoders): 将输入的二进制码转换成一个唯一的输出信号。例如，地址译码器用于选择内存中的特定单元。 多路选择器 (Multiplexers, MUX): 从多个输入信号中选择一个，并将其输出。可以看作是一个“数据选择开关”。 分路器 (Demultiplexers, DEMUX): 将一个输入信号路由到多个输出中的一个。可以看作是“数据分发开关”。 加法器 (Adders): 实现二进制数的加法运算，包括半加器和全加器。 比较器 (Comparators): 比较两个二进制数的大小。 组合逻辑电路是数字系统中最基本的构建模块，广泛应用于数据选择、地址译码、算术运算等场景。 2. 时序逻辑电路 (Sequential Logic Circuits): 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，还取决于电路过去的状态，也就是“记忆”功能。这种状态的改变通常由时钟信号触发，因此时序逻辑电路是“有记忆”的。 时序逻辑电路的核心元件是触发器 (Flip-flops)。触发器是最基本的记忆单元，可以存储一位二进制信息（0或1）。常见的触发器类型包括： SR触发器: 具有置位(S)和复位(R)输入，可以设置或清除存储的状态。 D触发器: 只有一个数据输入(D)和一个时钟输入(CLK)。在时钟上升沿或下降沿，D的值被锁存到触发器中。 JK触发器: 具有J和K两个输入，以及时钟输入。它比SR触发器功能更强大，可以实现翻转功能。 T触发器: 只有一个输入(T)和一个时钟输入。当T为1时，触发器状态翻转；当T为0时，状态保持不变。 触发器可以组成更复杂的时序逻辑单元： 寄存器 (Registers): 由多个触发器组成，用于存储一组二进制数据。例如，通用寄存器用于存储CPU的中间结果。 计数器 (Counters): 用于对脉冲信号进行计数。根据计数方式，分为同步计数器和异步计数器，以及增计数器和减计数器。 状态机 (State Machines): 一种抽象的计算模型，由一组状态、状态之间的转移条件和对应的输出组成。状态机用于描述和设计具有复杂行为的数字系统，例如控制序列、通信协议等。 时序逻辑电路是实现数据存储、时序控制、状态转移等功能的关键，构成了现代数字系统的核心。 数字逻辑设计的流程与工具 设计一个数字逻辑电路通常遵循一套系统的流程： 1. 需求分析 (Requirement Analysis): 明确电路的功能需求，包括输入输出、性能指标等。 2. 逻辑设计 (Logic Design): 根据需求，使用布尔代数和逻辑门构建逻辑功能。这通常涉及到功能描述（如真值表、状态图）和逻辑表达式的推导。 3. 逻辑综合 (Logic Synthesis): 将抽象的逻辑描述（如硬件描述语言HDL）转换成实际的逻辑门网表。这一步通常由EDA (Electronic Design Automation) 工具完成。 4. 电路布局与布线 (Place and Route): 将逻辑门网表映射到具体的物理器件（如FPGA或ASIC），并确定它们在芯片上的位置和连接方式。 5. 仿真与验证 (Simulation and Verification): 使用仿真工具对设计进行功能和时序验证，确保其满足设计要求。 6. 物理实现 (Physical Implementation): 将设计制作成实际的硬件芯片。 现代数字逻辑设计越来越依赖于硬件描述语言 (Hardware Description Languages, HDL)，如Verilog和VHDL。HDL允许设计师用一种类似于软件编程的方式来描述硬件的行为和结构，极大地提高了设计效率和可维护性。EDA工具链则提供了从HDL代码编写、仿真、综合到布局布线的完整解决方案。 数字逻辑设计的应用领域 数字电路与逻辑设计是当今几乎所有电子产品和信息系统的基石，其应用领域极其广泛： 计算机系统: 中央处理器(CPU)、内存控制器、输入输出接口、图形处理器(GPU)等核心部件都是由数字逻辑电路组成的。 通信系统: 基站、路由器、调制解调器、无线通信芯片等都高度依赖于数字信号处理和逻辑控制。 消费电子: 智能手机、平板电脑、电视、数码相机、游戏机等无一不包含复杂的数字逻辑电路。 工业自动化: 可编程逻辑控制器(PLC)、机器人控制系统、传感器接口等都利用数字逻辑实现精确控制和数据处理。 汽车电子: 发动机控制单元(ECU)、车载信息娱乐系统、自动驾驶系统中的各种传感器和控制器。 医疗设备: 医学成像设备、生命体征监测仪、精密手术机器人等。 航空航天: 导航系统、飞行控制系统、通信系统等对可靠性和性能有极高要求的电子设备。 物联网 (IoT): 各种智能传感器、嵌入式控制器、通信模块，使得设备能够互联互通和智能决策。 发展趋势 随着技术的不断进步，数字电路与逻辑设计领域也在持续发展： 集成度不断提高: 芯片上的晶体管数量呈指数级增长，使得设计能够实现更复杂的功能。 低功耗设计: 随着移动设备和嵌入式系统的普及，降低功耗成为重要的设计目标。 并行处理与异构计算: 为了应对日益增长的计算需求，多核处理器、GPU以及各种专用加速器得到广泛应用。 人工智能与机器学习: AI和ML算法的硬件实现，如AI芯片，正成为新的研究热点。 安全性设计: 在物联网和敏感数据处理等领域，硬件安全成为设计的重要考量。 结语 数字电路与逻辑设计是一个充满挑战与机遇的领域。它不仅是构建现代科技世界的基石，更是理解信息时代运作规律的钥匙。从最基础的逻辑门到复杂的微处理器，每一个数字器件都蕴含着精巧的设计和严谨的逻辑。深入学习数字电路与逻辑设计，不仅能为个人的科技探索之旅打下坚实基础，更能为未来的创新与发展贡献力量。希望这份详尽的介绍能激发您对数字世界的好奇与热情，踏上探索之旅。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对计算机科学基础理论感兴趣的学生，我一直在寻找一本能够系统地介绍数字逻辑基础的书籍。《数字电路与逻辑设计》这本书，可以说是我遇到的最优秀的一本。它不仅仅停留在理论层面，而是非常注重将理论与实践相结合。书中关于集成电路、微处理器等发展历程的简要介绍，虽然篇幅不多，但为我们理解数字电路的重要性以及其发展方向提供了重要的背景信息。我尤其欣赏书中对不同逻辑家族的介绍，比如TTL和CMOS，以及它们在实际应用中的优缺点对比，这让我能够更全面地了解数字电路的实现方式。书中对于状态机的设计和分析的讲解，更是让我眼前一亮。虽然状态机是一个相对复杂的概念，但通过书中生动的图示和具体的例子，我能够清晰地理解它的工作流程和应用场景。这本书的排版和设计也十分精美，图文并茂，阅读起来非常舒适。

评分☆☆☆☆☆

最近在学习数字信号处理，过程中经常遇到一些基础概念的模糊。搜寻了一些资料，偶然间看到了这本《数字电路与逻辑设计》。这本书的视角非常独特，它不仅仅局限于讲解理论，而是更侧重于培养读者的逻辑思维能力和工程实践能力。书中关于电路的时序分析和同步设计的讲解，让我深刻体会到数字电路设计中的“时间”和“同步”是多么的关键。它详细介绍了各种时序问题，如竞争冒险，以及如何通过合理的电路设计和时钟同步来避免这些问题，这对于我后续学习更复杂的数字系统设计非常有帮助。此外，书中还涉及了一些关于可编程逻辑器件（PLD）和现场可编程门阵列（FPGA）的初步介绍，让我对现代数字电路设计的前沿技术有了一个大致的了解。这本书的优点在于，它能够将相对抽象的概念，通过清晰的图示和严谨的逻辑推导，变得易于理解和掌握。

评分☆☆☆☆☆

我一直以来都对电子技术充满好奇，尤其是在现代社会，数字技术几乎无处不在，了解它的底层原理就显得尤为重要。这本《数字电路与逻辑设计》恰好满足了我的这个需求。它不仅仅是一本枯燥的教材，更像是一本引人入胜的科普读物，只不过它讲解的是科学原理。书中对于二进制、十进制、十六进制等数字系统的转换，以及逻辑门电路的布尔代数运算，都讲解得非常透彻。我特别喜欢书中关于组合逻辑电路和时序逻辑电路的划分和讲解。组合逻辑电路部分，它讲解了如何根据真值表设计出对应的逻辑电路，并且介绍了常见的组合逻辑电路模块，如编码器、译码器、多路选择器、数据选择器等等，这些模块在实际的数字系统中扮演着至关重要的角色。而时序逻辑电路部分，则更进一步地引入了“时间”的概念，讲解了触发器的工作原理，以及如何利用触发器构建出计数器、移位寄存器等能够存储和处理时序信息的电路。这些知识的掌握，让我对计算机、手机等数字设备的工作原理有了更深刻的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本《数字电路与逻辑设计》真是让我大开眼界！作为一个初学者，我之前对数字电路的概念一直停留在模糊的状态，总觉得它离我很遥远。但这本书的出现，彻底改变了我的看法。它从最基础的门电路开始，循序渐进地讲解了各种逻辑运算，比如与门、或门、非门，以及更复杂的异或门、同或门等等。每一个概念都配有清晰的图示和生动的例子，让我能够直观地理解它们的工作原理。更重要的是，书中并没有止步于理论知识，而是通过大量的实际应用案例，展示了这些基础逻辑单元是如何构建出我们日常生活中接触到的各种数字系统的。从简单的加法器、减法器，到更复杂的寄存器、计数器，甚至到更宏观的微处理器架构，我都能够看到逻辑设计的影子。作者在讲解过程中，非常注重知识的系统性和连贯性，让我感觉每一页的内容都是为下一页打基础，学习起来不会感到突兀或迷茫。而且，书中提供的练习题也是质量上乘，既有巩固基础的题目，也有挑战思维的难题，让我能够在实践中加深对知识的理解和掌握。每次完成一道题目，那种豁然开朗的感觉，真的是太棒了！

评分☆☆☆☆☆

说实话，我一直对数字电路领域抱有一种敬畏之心，觉得它就像是高深的科学，普通人很难窥探其中的奥秘。然而，《数字电路与逻辑设计》这本书，却像一把钥匙，为我打开了这扇神秘的大门。这本书最让我印象深刻的是它对于“抽象”与“具体”之间关系的巧妙处理。它能够从非常抽象的逻辑门，一步步推演到实际的硬件实现，例如使用开关、晶体管来构建逻辑门，以及如何将这些逻辑门组合起来实现复杂的算术运算和控制功能。书中对卡诺图、逻辑代数等化简工具的讲解，简直是我的福音。我之前总是被冗长的逻辑表达式弄得头晕眼花，但通过学习书中介绍的化简方法，我能够轻松地找出最简洁、最高效的逻辑电路设计方案，这不仅节省了硬件资源，也提高了电路的性能。而且，书中还穿插了一些关于时序逻辑的介绍，虽然这部分内容相对更深入一些，但作者的讲解方式仍然保持着清晰的逻辑和易懂的语言，让我对触发器、寄存器等核心概念有了初步的认识。这本书的编排也十分合理，每一章都紧密相连，知识点层层递进，让我在学习过程中充满了成就感。