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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：29541761236

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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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 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 数字电路与逻辑设计是一门基础的工程学科，它深刻地影响着我们今天所处的信息化社会。从掌上电脑到超级计算机，从家用电器到航空航天系统，几乎所有现代电子设备都离不开数字电路的支撑。理解数字电路的工作原理、设计方法以及其背后的逻辑基础，不仅是电气工程、计算机科学等相关专业学生必备的知识，对于任何希望深入了解现代科技奥秘的人来说，也是一条必经之路。 本书并非一本简单的教科书，它旨在以一种深入浅出的方式，引导读者从最基本的概念出发，逐步构建起对数字电路与逻辑设计完整而深刻的认识。我们不追求罗列繁多的公式和定理，而是更注重概念的清晰阐述、原理的直观展示以及实际应用的联系。希望通过本书的学习，读者不仅能掌握理论知识，更能培养独立分析和解决问题的能力，为未来的学习和工作打下坚实的基础。 第一部分：数字世界的基础——二进制与逻辑门 数字电路的核心在于“数字”，而数字电路最基本的表现形式就是二进制。本部分将带领读者走进二进制的世界，理解为什么计算机和数字系统如此钟爱“0”和“1”。我们将探讨二进制数系的构成，以及它如何通过简单的“开”与“关”来表示和处理信息。 二进制的魅力：我们会详细介绍二进制数制，包括其如何表示十进制数，以及二进制的加法、减法、乘法和除法运算。同时，也会简要介绍其他数制（如八进制、十六进制）在计算机科学中的作用，帮助读者建立更广阔的数制认知。 逻辑的基石——布尔代数：在二进制的基础上，逻辑运算是数字电路的灵魂。我们将引入布尔代数，这是数字逻辑设计的数学基础。布尔代数中的基本逻辑运算，如“与”（AND）、“或”（OR）和“非”（NOT），将通过真值表、逻辑符号和文字描述进行清晰讲解。这些简单的逻辑运算，是构建任何复杂数字系统的基石。 逻辑门的家族：基于布尔代数的基本运算，我们将介绍实现这些运算的电子元件——逻辑门。本书将详细阐述各种基本逻辑门（AND门、OR门、NOT门、NAND门、NOR门、XOR门、XNOR门）的符号、真值表、功能特性以及它们在电路中的基本构造。我们会通过形象的比喻和生动的图示，帮助读者理解这些门电路是如何工作的，以及它们各自的优缺点。 组合逻辑电路的设计：一旦掌握了基本的逻辑门，我们就可以开始组合它们来构建更复杂的逻辑功能。本部分将介绍如何将布尔表达式转化为逻辑电路图，以及如何从给定的逻辑功能描述反推出所需的逻辑电路。我们将重点讲解简化逻辑表达式的方法，如卡诺图（Karnaugh Map）和布尔代数化简法，以设计出最优化、最高效的组合逻辑电路。 第二部分：存储与时序——构建动态的数字系统 数字系统不仅仅是瞬时的计算，更需要能够存储信息并根据时间进行状态切换。本部分将深入探讨数字电路中的存储单元和时序逻辑，这是实现复杂功能，如计数器、寄存器和微处理器的关键。 组合逻辑电路的应用：在深入时序逻辑之前，我们会通过一些实际的组合逻辑电路应用来巩固读者的理解。这可能包括设计简单的解码器（Decoder）、编码器（Encoder）、多路选择器（Multiplexer, MUX）和分路选择器（Demultiplexer, DEMUX）。这些电路在数据选择、地址译码等领域有着广泛的应用。 触发器的世界——数据的记忆：触发器是数字电路中最基本的存储单元，它能够记住“0”或“1”的状态。我们将详细介绍不同类型的触发器，如SR触发器、D触发器、JK触发器和T触发器。通过分析它们的电路结构、时序图和状态转换，读者将深刻理解触发器的工作原理，以及它们如何成为构建更复杂存储器件的基础。 时序逻辑电路的构建：时序逻辑电路的状态会随着时间（通常由时钟信号驱动）而改变。本部分将介绍如何将触发器组合起来，构成各种功能强大的时序逻辑电路。 计数器的奥秘：计数器是时序逻辑电路中最常见也是最重要的应用之一。我们将介绍同步计数器和异步计数器，分析它们的设计原理、工作方式以及在各种应用中的作用，例如脉冲计数、分频和定时。 寄存器的作用：寄存器是用于存储一组二进制位的器件。我们将探讨不同类型的寄存器，如并行输入并行输出（PIPO）、并行输入串行输出（PISO）、串行输入并行输出（SIPO）和串行输入串行输出（SISO）寄存器。理解寄存器对于数据存储、转移和移位操作至关重要。 第三部分：更高级的数字设计与系统化思考 在本部分，我们将超越基本的逻辑门和触发器，开始接触更高级的数字设计概念和方法。这包括如何设计更复杂的数字系统，以及如何利用现代设计工具来提高效率。 有限状态机（Finite State Machine, FSM）：有限状态机是一种强大的建模工具，用于描述和设计具有复杂行为的时序逻辑系统。我们将详细介绍摩尔（Moore）型和米利（Mealy）型有限状态机的概念，包括状态图、状态转换表以及如何根据FSM设计电路。通过实例，读者将学会如何利用FSM来设计控制器、序列发生器等。 半加器、全加器与算术电路：数字电路的核心功能之一是进行算术运算。我们将从最基本的半加器和全加器开始，介绍它们的工作原理，并在此基础上构建更复杂的加法器，如行波进位加法器（Ripple Carry Adder）和超前进位加法器（Lookahead Carry Adder）。我们将探讨这些加法器在实现算术逻辑单元（ALU）中的作用。 存储器的结构与原理：存储器是数字系统的关键组成部分。我们将介绍随机访问存储器（RAM）和只读存储器（ROM）的基本结构和工作原理。读者将了解静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）的区别，以及不同类型的ROM（如PROM, EPROM, EEPROM）的应用场景。 数字系统设计方法：随着数字系统的复杂度不断增加，手工设计变得越来越困难。本部分将简要介绍现代数字系统设计方法，包括硬件描述语言（HDL）如Verilog或VHDL的基础概念，以及综合、仿真和实现的基本流程。这部分旨在为读者提供一个更广阔的视野，了解数字电路设计如何在工业界实现。 实际应用案例与展望：最后，我们将通过一些实际的数字电路应用案例，将所学知识串联起来。这可能包括简单的微处理器模型、数据采集系统、数字通信中的编码/解码器等。通过这些案例，读者将能更深刻地体会到数字电路与逻辑设计的强大威力，以及它在现代科技中扮演的关键角色。同时，也会对数字电路的未来发展趋势进行简要展望。 学习方法建议 本书的学习并非易事，但通过科学有效的方法，定能事半功倍。 勤于思考，深入理解：在学习每一个概念时，不要满足于死记硬背。尝试去理解其背后的原理，通过提问“为什么”来加深理解。 动手实践，绘制电路：对于逻辑门和电路设计，一定要动手去画。尝试用不同的方法去实现同一个逻辑功能，比较它们的优劣。 仿真验证，错误纠正：如果条件允许，可以利用一些电路仿真软件来验证你的设计。仿真不仅能帮助你发现错误，还能让你看到电路的动态行为。 联系实际，举一反三：在学习过程中，积极思考所学知识在现实世界中的应用。例如，思考家里的遥控器、电视机等设备中可能应用了哪些数字逻辑。 循序渐进，持之以恒：数字电路的学习是一个积累的过程。请按照章节顺序，一步一步地学习，不要急于求成。坚持不懈的努力是取得成功的关键。 结语 数字电路与逻辑设计，是一门充满魅力和挑战的学科。它不仅是构建现代信息社会的基石，也是训练逻辑思维和工程创新能力的绝佳平台。希望本书能成为您探索数字世界的一盏明灯，引领您走进这个充满智慧和创造力的领域。祝您学习愉快，收获满满！

评分☆☆☆☆☆

关于时序逻辑电路的部分，作者引入了“状态”和“时钟”的概念，这对我来说是全新的领域。我了解到，与组合逻辑电路的输出只取决于当前输入不同，时序逻辑电路的输出还会受到之前状态的影响，而时钟信号则起到了同步和控制的作用。书中详细介绍了各种触发器，如SR触发器、JK触发器、D触发器和T触发器，并通过详细的图示和时序图，清晰地展示了它们的工作原理和状态转移过程。我特别喜欢作者用“记忆单元”来比喻触发器，这让我更容易理解它在存储信息方面的作用。此外，书中还涉及了寄存器和计数器等基本时序逻辑模块的构建，以及它们在数据存储和处理中的应用。我还在思考，如何将这些基础的时序逻辑单元组合起来，设计出更复杂的系统，比如移位寄存器、时钟分频器，甚至是简单的微处理器中的控制单元。这本书在此方面的讲解，让我对数字系统如何运作有了更深的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书在后续章节中，对更复杂的数字系统设计方法进行了探讨，这部分内容对我而言，无疑是学习道路上的一个重要里程碑。它不再局限于单个的逻辑门或触发器，而是将视角提升到整个系统的层面。我注意到作者详细介绍了状态机（Finite State Machine, FSM）的设计方法，包括其两种基本模型——摩尔（Moore）型和米利（Mealy）型，并给出了详细的设计步骤和流程。书中通过一些实际的例子，比如交通灯控制系统，来演示如何利用状态机来设计一个能够根据输入信号和内部状态产生特定输出的复杂控制器。这让我觉得，之前学习到的那些零散的逻辑单元，终于有了一个系统性的组织和应用框架。此外，书中还涉及了硬件描述语言（HDL）的概念，虽然并没有深入讲解具体的语法，但它让我认识到，在实际的数字电路设计中，HDL是多么重要的一种工具，能够帮助工程师更高效地描述和仿真复杂的数字系统。我对书中关于如何进行时序约束、时钟域处理以及系统级验证的介绍充满了期待，这对于我理解现代数字芯片的设计流程至关重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计很朴实，字体和排版也比较传统，第一眼看上去并不会让人觉得眼前一亮，甚至有些许枯燥。我当时选择它，很大程度上是因为它的标题——“数字电路与逻辑设计”。对于我这个初学者来说，这个名字听起来就充满了神秘感，又带着一丝挑战。拿到书后，我迫不及待地翻开，想一探究竟。书的纸张质量尚可，油墨印刷清晰，阅读起来不会感到费力。虽然我还没有深入学习到具体内容，但从目录的设置来看，它似乎涵盖了数字电路的基本概念、逻辑门、组合逻辑、时序逻辑等核心知识点。每一章的标题都显得专业且扎实，让人感受到内容深度。我特别关注了绪论部分，通常绪论会交代本书的学习目标、适用范围以及学习方法，这些对于指引我如何更好地掌握这门课程至关重要。我希望这本书能够像一位循循善诱的老师，将抽象的数字逻辑概念，用清晰易懂的方式呈现出来，让我能够一步步建立起扎实的理论基础，为后续更复杂的电路设计打下坚实的地基。我目前正处于一个学习的初期阶段，对这个领域充满了好奇和探索的欲望，期待这本书能成为我进入数字世界的第一块敲门砖。

评分☆☆☆☆☆

这本书的开篇部分，作者并没有直接抛出复杂的公式和定理，而是从一个非常宏观的视角，阐述了数字电路在现代科技中的重要地位和应用前景。我个人非常喜欢这种“大局观”的引入方式，它能够帮助我理解学习这门课程的意义和价值，从而激发学习的内在动力。接着，文章开始逐步深入，从最基础的二进制定点表示法讲起，详细解释了二进制、十进制、十六进制之间的转换，以及它们在计算机系统中是如何被表示和处理的。这部分内容虽然基础，但却至关重要，如同建造高楼的地基。作者用了一些生活化的比喻来解释这些概念，比如用灯的开关状态来比喻二进制的0和1，让我在理解上少走了很多弯路。此外，书中还提到了数字电路的一些基本术语，如“电平”、“信号”、“触发器”等，并给出了初步的定义。我还在好奇，后续的内容会不会讲解如何利用这些基本元素构建出更复杂的逻辑功能，比如实现加法、减法运算，或者控制信号的流动。目前来看，这本书的叙事风格比较平缓，有条不紊，适合我这样需要扎实打好基础的读者。

评分☆☆☆☆☆

当我翻阅到关于逻辑门的部分时，这本书的讲解方式给我留下了深刻印象。它并没有简单地罗列出AND、OR、NOT等基本逻辑门的功能，而是花了相当大的篇幅去介绍它们背后的物理实现原理，虽然我暂时还无法完全理解其中的细节，但这种追根溯源的方式让我觉得非常有启发性。书中以图文并茂的方式，展示了不同逻辑门在晶体管级别是如何工作的，配以简洁明了的电路图和波形图，让我在抽象的逻辑概念背后，看到了真实的物理电路。这对于我理解数字信号是如何在硬件层面被处理的，起到了关键性的作用。我尤其注意到了作者在讲解过程中，反复强调了“真值表”和“逻辑表达式”的重要性，并详细演示了如何通过它们来描述和分析逻辑门的功能。我期待这本书能够进一步讲解如何将这些基本逻辑门组合起来，构建出更复杂的组合逻辑电路，例如编码器、译码器、加法器等等，并教会我如何运用卡诺图等方法来化简逻辑表达式。