(教材)数字电路与逻辑设计 9787113127930 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：29671060901

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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模拟世界的基石：电子信号的奥秘与数字逻辑的殿堂 在浩瀚的科技海洋中，数字电路与逻辑设计无疑是构建现代信息社会的基石。从掌上的智能手机到庞大的数据中心，从精密的医疗仪器到翱翔天际的飞机，一切的智能与便捷，都离不开这些微小却强大的电子元件，以及它们所遵循的精巧逻辑。这门学科，如同一位技艺精湛的建筑师，为我们揭示了如何用最基本的“开”与“关”的组合，构建出能够处理海量信息、执行复杂指令的数字世界。 从抽象到具体：理解电子信号的本质 要深入理解数字电路，首先需要触及电子信号的本质。在现实世界中，许多物理量是连续变化的，例如声音的声波、温度的冷暖、光线的明暗。这些连续变化的信号被称为模拟信号。模拟电路，正是处理和操控这些模拟信号的艺术。它们通过放大、滤波、调制等技术，将物理世界的丰富信息转化为可用的电子信号。例如，我们说话时产生的声音，经过麦克风转化成的电信号，就是一种模拟信号，其电压或电流的大小随声音的强弱而变化。收音机接收到的电波，电视机屏幕上显现的图像，也都是由模拟信号的不断变化所构成。 然而，模拟信号在传输和处理过程中容易受到噪声的干扰，其精度和稳定性也存在一定的局限性。这就引出了数字信号的革命。数字信号并非连续变化，而是以离散的、量化的方式表示信息。最基本的数字信号就是二进制信号，它只有两个状态：高电平（通常表示为“1”）和低电平（通常表示为“0”）。就像开关只有“开”和“关”两种状态一样，数字信号的这种特性使其在抗干扰能力、信息存储和传输的精度方面具有显著优势。 逻辑的语言：二进制的魔力 数字电路的核心在于其逻辑运算。二进制的“0”和“1”并不是孤立存在的数字，它们是逻辑运算的载体。逻辑门，作为数字电路的最基本单元，是实现逻辑运算的硬件电路。它们接收一个或多个二进制输入信号，并根据预设的逻辑规则产生一个二进制输出信号。 最常见的逻辑门包括： 与门 (AND Gate): 只有当所有输入都为“1”时，输出才为“1”。如同“A并且B都成立”的条件。 或门 (OR Gate): 只要有一个输入为“1”时，输出就为“1”。如同“A或B成立”的条件。 非门 (NOT Gate): 输入为“0”时，输出为“1”；输入为“1”时，输出为“0”。它翻转输入信号的状态，起到“否定”的作用。 与非门 (NAND Gate): 是与门和非门的组合，只有当所有输入都为“1”时，输出才为“0”，否则输出为“1”。 或非门 (NOR Gate): 是或门和非门的组合，只有当所有输入都为“0”时，输出才为“1”，否则输出为“0”。 异或门 (XOR Gate): 当输入信号不同时，输出为“1”；当输入信号相同时，输出为“0”。 通过将这些逻辑门以不同的方式组合起来，我们可以构建出执行各种复杂逻辑功能的电路。从简单的加法器，到复杂的微处理器，都离不开逻辑门的协同工作。理解这些基本逻辑门的功能和工作原理，是掌握数字电路设计的起点。 从组合到时序：构建动态的数字系统 数字电路可以大致分为两大类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。 组合逻辑电路的输出仅取决于当前的输入状态，它没有记忆功能。一旦输入发生变化，输出就会立即更新。例如，一个加法器电路，输入两个数字，输出它们的和。在输入不变的情况下，输出也不会改变。组合逻辑电路的设计通常涉及真值表、卡诺图等简化方法，以找到最简洁、最高效的电路实现。 时序逻辑电路则不同，它的输出不仅取决于当前的输入，还取决于电路之前（历史）的状态。时序逻辑电路引入了“时钟”信号，将电路的操作同步化。时钟信号就像一个节拍器，控制着电路中信息的流动和状态的更新。 时序逻辑电路的核心是触发器 (Flip-Flop)。触发器是一种能够存储一个二进制位的基本存储单元。它有两个稳定状态，并且能够根据时钟信号和输入信号的状态来改变自身的状态。最常见的触发器有SR触发器、JK触发器、D触发器和T触发器。 通过将触发器与其他逻辑门组合，我们可以构建出更复杂的时序逻辑电路，例如： 寄存器 (Register): 由多个触发器组成，用于存储一组二进制数据。例如，一个8位寄存器可以同时存储8个二进制位。 计数器 (Counter): 能够按照一定的规律自动地对时钟脉冲进行计数。计数器的应用非常广泛，例如在数字时钟、频率测量等方面。 移位寄存器 (Shift Register): 能够将存储的数据进行左移或右移操作。移位寄存器在串行数据传输、并行-串行转换等方面发挥重要作用。 时序逻辑电路的设计需要考虑状态转移、时钟同步等问题，其分析和设计过程更加复杂，但却能够实现更加强大的功能，例如状态机的设计，用于控制复杂的系统流程。 数字化世界的基石：微处理器与集成电路 在现代电子设备中，我们很难看到独立的逻辑门或触发器。取而代之的是高度集成的集成电路 (Integrated Circuit, IC)。集成电路由数千、数百万甚至数十亿个晶体管和其他电子元件组成，被封装在一个小小的芯片上。 其中，微处理器 (Microprocessor) 是现代计算机和许多数字设备的核心。它是一块高度复杂的集成电路，内部包含了运算器、控制器、寄存器等单元，能够执行各种指令，完成复杂的计算和数据处理任务。微处理器的出现，标志着数字电路设计进入了一个全新的时代，使得功能强大的计算设备能够被 miniaturized 并且普及。 数字电路与逻辑设计这门学科，不仅是一系列理论知识的集合，更是一门将抽象的逻辑概念转化为实际电子器件的工程艺术。它要求我们具备严谨的逻辑思维能力，清晰的分析和设计能力，以及对电子元件特性的深刻理解。 学科的价值与未来展望 深入学习数字电路与逻辑设计，能够为我们打开通往计算机科学、通信工程、嵌入式系统、人工智能等众多前沿领域的门扉。掌握了这门学科，我们就能够理解计算机硬件的工作原理，设计和开发嵌入式系统，甚至参与到更高级的芯片设计中。 随着技术的不断发展，数字电路的集成度越来越高，性能也越来越强大。未来的数字电路设计将更加注重低功耗、高效率、并行处理以及与新兴技术的融合，例如量子计算的初步探索，以及人工智能算法在芯片设计过程中的应用。 总而言之，数字电路与逻辑设计是一门既古老又充满活力的学科。它让我们理解了数字世界的运作机制，掌握了构建智能设备的钥匙。从最基本的逻辑门到复杂的微处理器，每一个环节都蕴含着智慧的结晶，共同推动着人类科技的飞速发展。理解这门学科，就是站在了数字时代的浪潮之巅，眺望着更加智能、更加便捷的未来。

评分☆☆☆☆☆

我花了很大力气试图从这本书中找到一些能够与实际工程应用接轨的案例分析或者项目实践指导，结果发现这部分内容几乎是空白的。这本书似乎完全沉浸在纯理论的象牙塔中，对于数字电路设计中那些常见的约束条件、器件选型时的考量、或者现代集成电路设计流程中的实际操作步骤，都避而不谈。它详细讲解了各种抽象的逻辑代数化简方法，但当你想把这些理论应用到一个具体的四位加法器设计时，它只会告诉你公式，却不会告诉你现实中的芯片封装是什么样子，你需要用什么焊接技术，或者在PCB设计时需要注意哪些信号完整性问题。这种“只教理论，不授技艺”的编写方式，让这本书的实用价值大打折扣。我渴望看到一些关于VHDL或Verilog语言的入门介绍，哪怕是初步的结构描述也好，但这本书似乎将这些现代设计工具视为洪水猛兽，完全没有涉及。对于一个想通过这本书为未来职业生涯打下坚实基础的学生来说，这无疑是巨大的遗憾。它提供的是一个静态的、理想化的模型，而不是一个动态的、可以被工程师拿来解决实际问题的知识库。这种理论与实践的巨大鸿沟，使得学习过程显得空洞而无力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的习题设计简直是一场灾难，它们要么过于简单，要么难度陡增到完全不符合它在教材中应有的位置。那些简单的题目，无非就是重复书本上的例子，抄写一遍真值表或者画几个基础门电路，做完之后毫无成就感，更别提对知识点的巩固了。而一旦遇到稍微复杂一点的题目，比如要求设计一个特定时序电路或者进行复杂的有限状态机分析时，书本上的例题和讲解完全无法提供足够的支撑。我感觉很多习题的答案都是硬凑出来的，逻辑链条不清晰，甚至有些步骤的推导看起来像是凭空出现的。更令人气愤的是，这本书的课后习题答案在市面上根本找不到正版、清晰的解析版本，这使得学生在遇到难题时，完全处于“自生自灭”的状态。我不得不花费大量时间去论坛上寻找其他学习者的讨论，试图拼凑出正确的解题思路，这极大地分散了我对新知识学习的注意力。一本优秀的教材应该能通过循序渐进的习题，引导学生逐步掌握知识的深度和广度，但这本教材的习题分布和难度梯度完全是混乱的，它更像是给已经掌握了这门学科的人用来“炫技”的，而不是给初学者用来“入门”的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容实在是太枯燥了，简直让人昏昏欲睡。我记得我拿到这本书的时候，还对“数字电路与逻辑设计”这个主题抱有一丝期待，想着能学到一些新奇的电路设计原理或者有趣的逻辑门应用。结果呢？翻开第一页，映入眼帘的就是密密麻麻的公式和晦涩难懂的定义。作者的叙述方式非常刻板，仿佛是在背诵技术手册，完全没有考虑到读者初学时的困惑和兴趣点。举个例子，讲到布尔代数时，感觉就像是在做高等数学的证明题，每一个步骤都像是为了证明它本身的正确性而存在，而不是为了帮助我们理解逻辑的本质。更别提那些插图了，模糊不清的电路图，连个清晰的标注都没有，让人看了半天也不知道那个方块代表什么，那个箭头又指向哪里。我花了大量时间去理解一个基础概念，但书里的解释总是那么的拐弯抹角，让人不得不去别的渠道找更直观的资料来辅助学习。这本书在建立系统认知方面做得非常不到位，它更像是一个知识点的堆砌，缺乏一条清晰的学习主线来牵引读者。对于一个想通过这本书入门的人来说，这简直是一场灾难。我严重怀疑作者是否真的理解如何有效地传授这些知识，或者他是否只是单纯地将他所知道的一切一股脑地塞给了读者。阅读体验极差，完全没有达到一本优秀教材应有的引导作用。

评分☆☆☆☆☆

在章节的组织和知识的递进逻辑上，这本书也暴露出严重的问题。它在开篇花费了过多的篇幅去介绍一些历史性的、如今在主流设计中已经很少使用的概念，比如早期的TTL/CMOS逻辑家族的详细电气特性对比，这些内容占据了宝贵的篇幅，却对理解现代FPGA或ASIC设计流程帮助甚微。然而，当我们真正进入到核心内容——比如同步时序逻辑、状态机的化简与实现时，章节的衔接却显得异常突兀和跳跃。前一页还在讲基础的D触发器，下一页就直接要求你设计一个复杂的自动售货机控制器，中间缺乏必要的过渡和铺垫。我经常在阅读时产生强烈的“断裂感”，感觉作者是在不同时间点写完不同的部分，然后简单地用胶水粘合在一起。这种松散的结构，让读者很难建立起一个宏观的、整体的知识框架。你可能在某一个点上理解了，但当你要把这个点连接到下一个点时，却发现连接线断了，需要自己重新摸索如何架桥。对于需要建立严密逻辑体系的数字电路学科来说，这种结构上的松散是致命的，它阻碍了知识的系统化吸收和长期记忆。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和装帧设计，简直是对读者的折磨。我通常认为，教材作为学习工具，实用性是第一位的，但这本书在这一点上表现得极其业余。纸张质量差得可以，拿在手里感觉很轻薄，生怕稍微用力一点就会撕坏。更要命的是油墨问题，有些页面的字迹深浅不一，尤其是在涉及复杂逻辑表达式或者真值表的时候，有些数字和符号几乎要与背景融为一体，看得我眼睛生疼。我不得不经常调整角度，甚至需要借助台灯的光线才能勉强分辨出那些“1”和“0”。此外，书的开本似乎也设计得不太合理，宽度刚好卡在舒适阅读的范围之外，一手拿着书，一手拿笔做笔记就显得非常局促。有时候我需要对照前面的章节来理解后面的内容，但翻页的时候书页会很僵硬地粘在一起，需要小心翼翼地掰开，生怕造成永久性损伤。这本教材的实体质量完全对不起它所承载的知识价值，更别提那些为了节省成本而牺牲掉的色彩印刷了，如果重要的波形图和状态图能用不同颜色清晰地区分开来，学习效率绝对能提高一大截。这种低成本的制作方式，让整个学习过程都蒙上了一层不愉快的阴影，让人感觉自己花钱买的不是一本工具书，而是一堆勉强装订在一起的纸张。