数字电路与系统设计/21世纪高等院校信息与通信工程规划教材 [21st Century University Planned Textbooks of Information and Communication Engineering:Digital Circuits and System Designs] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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黄丽亚，杨恒新，朱莉娟，张苏 著

图书标签:

• 数字电路
• 系统设计
• 信息与通信工程
• 电子工程
• 计算机硬件
• 逻辑电路
• 电路分析
• 数字系统
• 教材
• 21世纪教材

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115377388

版次：1

商品编码：11635602

包装：平装

丛书名： 21世纪高等院校信息与通信工程规划教材

外文名称：21st Century University Planned Textbooks of Information and Communication Engineering:Digital

内容简介

　　《数字电路与系统设计/21世纪高等院校信息与通信工程规划教材》按照先组合电路后时序电路、先功能固定器件后功能可编程器件、先电路模块后系统的思路进行编写，共分8章。其内容包括数制与码制、逻辑代数理论及电路实现、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、可编程逻辑器件、数字系统设计基础、数模转换和模数转换。考虑到硬件描述语言VHDL、Verilog易于自学，因此不单独设章。将HDL语法规范作为附录。在各章的最后一节都介绍了如何用VHDL描述组合电路、时序电路等，并贯穿于整个教材，达到强化文本方式和描述硬件电路的目的。集成门电路的分类及其逻辑电平也在附录中做了简要说明。
　　《数字电路与系统设计/21世纪高等院校信息与通信工程规划教材》可作为高等院校电子信息类、电气类、自动化类和计算机类等各专业“数字电路与逻辑设计”或“数字电子技术”课程的教材和教学参考书，也可作为相关工程技术人员的参考书。

内页插图

目录

1 数制与码制
1.1 数字信号与数字电路概述
1.1.1 数字信号
1.1.2 数字电路与系统
1.2 数制
1.2.1 数制的基本知识
1.2.2 常用数制
1.2.3 数制转换
1.3 码制
1.3.1 二进制码
1.3.2 二一十进（BCD）码制
1.4 算术运算与逻辑运算
1.4.1 算术运算
1.4.2 逻辑运算
1.5 HDL
习题

2 逻辑代数理论及电路实现
2.1 逻辑代数中的运算
2.1.1 基本逻辑及运算
2.1.2 复合逻辑运算
2.2 逻辑运算的电路实现
2.2.1 场效应管的开关特性
2.2.2 CMOS反相器
2.2.3 其他类型的CMOS门电路
2.3 逻辑运算的公式
2.3.1 基本公式
2.3.2 常用公式
2.4 逻辑运算的基本规则
2.4.1 代入规则
2.4.2 反演规则
2.4.3 对偶规则
2.5 逻辑函数的标准形式
2.6 逻辑函数的化简
2.6.1 公式法化简
2.6.2 卡诺图法化简
2.7 VHDL描述逻辑门电路
习题

3 组合逻辑电路
3.1 SSI构成的组合电路的分析和设计
3.1.1 组合逻辑电路的分析
3.1.2 组合逻辑电路的设计
3.2 常用中规模集成组合逻辑电路（MSI）
3.2.1 编码器
3.2.2 译码器
3.2.3 数据选择器
3.2.4 数据比较器
3.2.5 全加器
3.2.6 基于MSI的组合电路的设计
3.3 竞争和冒险
3.3.1 竞争和冒险的概念
3.3.2 冒险的判别方法
3.3.3 冒险的消除方法
3.4 VHDL描述组合逻辑电路
习题

4 触发器
4.1 概述
4.2 基本SRFF
4.3 钟控电位触发器
4.3.1 钟控SR触发器
4.3.2 钟控D触发器
4.4 边沿触发器
4.4.1 DFF
4.4.2 JKFF
4.4.3 TFF和T’FF
4.5 集成触发器的参数
4.6 触发器应用举例
4.7 VHDL描述触发器
习题

5.时序逻辑电路
5.1 概述
5.2 寄存器
5.2.1 移位寄存器工作原理
5.2.2 MSI移位寄存器
5.3 计数器
5.3.1 同步计数器的分析
5.3.2 同步计数器的设计
5.3.3 MSI同步计数器
5.3.4 异步计数器的分析和设计
5.3.5 移存型计数器
5.4 序列信号发生器
5.5 顺序脉冲发生器
5.6 一般时序逻辑电路的分析
5.7 一般同步时序电路的设计
5.8 VHDL描述时序逻辑电路
习题

6 可编程逻辑器件
6.1 PLD概述
6.1.1 PLD的表示方法
6.1.2 可编程功能的实现
6.1.3 PLD的制造工艺
6.1.4 PLD的分类
6.1.5 PLD的开发流程
6.2 可编程只读存储器（PROM）
6.2.1 PROM的结构和功能
6.2.2 ROM的应用
6.3 可编程逻辑阵列（PLA）和可编程阵列逻辑（PAL）
6.3.1 PLA的结构与应用
6.3.2 PAL的结构与应用
6.4 通用程阵列逻辑（GAL）
6.4.1 GAL的结构
6.4.2 GAL的应用
6.5 复杂可编程逻辑器件（CPLD）
6.5.1 CPLD的产生
6.5.2 CPLD的结构
6.6 现场可编程门阵列（FPGA）
6.6.1 FPGA的产生背景
6.6.2 FPGA的结构
6.7 HDPLD应用举例
习题

7 数字系统设计基础
7.1 概述
7.1.1 数字系统的基本模型
7.1.2 同步数字系统时序约定
7.1.3 数字系统的设计方法
7.2 数字系统的描述工具
7.2.1 寄存器传输语言（RTL）
7.2.2 方框图
7.2.3 算法流程图
7.2.4 算法状态机（ASM）图
7.3 控制器设计
7.4 数字系统设计及VHDL实现
7.4.1 二进制乘法器设计
7.4.2 交通灯管理系统设计
7.4.3 A/D转换系统设计
习题

8 数模转换和模数转换
8.1 数模转换（D/A）
8.1.1 数模转换原理
8.1.2 常见的DAC结构
8.1.3 DAC的主要参数和意义
8.1.4 集成DAC及其应用举例
8.2 模数转换（A/D）
8.2.1 模数转换的一般过程
8.2.2 常见的ADC结构
8.2.3 ADC的主要参数和意义
8.2.4 集成ADC及其应用举例
习题
附录A VHDL简介
附录B VERILOG简介
附录C 集成门电路及逻辑电平

第一章 绪论 本章旨在为读者构建数字电路与系统设计领域宏观的认识框架，深入浅出地阐述其核心概念、发展脉络、重要意义以及在现代科技社会中的广泛应用。我们将从最基础的数字信号与模拟信号的区分入手，引出数字电路作为信息处理基础的不可替代性。 数字信号与模拟信号： 详细介绍模拟信号的连续性和变化范围，以及其在现实世界中的普遍存在。对比分析数字信号的离散性和数值表示，强调其在存储、传输和处理中的优势，例如抗干扰能力强、精度高、易于实现复杂运算等。通过生动的例子，如声波与CD音质、温度计的指针与电子温度计，来加深读者对二者差异的理解。 数字电路的基本概念： 引入二进制数制作为数字电路的核心语言，解释0和1的逻辑含义，并介绍逻辑门（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR）的基本功能和真值表。阐述逻辑运算是如何通过这些基本门电路实现的，为后续章节的组合逻辑和时序逻辑设计奠定基础。 数字系统的组成： 概述数字系统通常由输入设备、处理器、存储器和输出设备组成，并简要介绍它们在信息处理流程中的作用。强调数字电路在其中扮演的“大脑”和“神经网络”的角色，负责接收、处理、存储和输出信息。 数字电路与系统设计的发展历程： 回顾数字技术从早期机械式计算器到真空管计算机，再到晶体管、集成电路（IC）、大规模集成电路（VLSI）和超大规模集成电路（ULSI）的发展过程。重点讲述集成电路的出现如何极大地推动了数字电路的微型化、高性能化和低功耗化，为现代电子设备的普及奠定了物质基础。 数字电路与系统设计的重要性： 阐述数字技术已经渗透到我们生活的方方面面，从智能手机、计算机、通信设备到汽车电子、医疗设备、工业自动化，无不依赖于精密的数字电路设计。强调掌握数字电路与系统设计能力对于信息与通信工程专业的学生以及相关领域从业人员的必要性，是实现科技创新和产业升级的关键。 本教材的学习目标与内容安排： 明确本教材旨在培养读者掌握数字电路的基本理论、设计方法和工程实践能力。简要介绍后续章节的安排，例如从基础逻辑门到复杂集成电路的设计，再到系统级的设计思路，逐步引导读者深入学习。 第二章 数制与编码 本章是数字电路设计的基础，它关注如何用计算机能够理解和处理的二进制形式来表示和操作各种信息，包括数字、文字、符号以及更复杂的数据。 数制的基本概念： 详细介绍不同数制（二进制、八进制、十进制、十六进制）的定义、基数、位权以及数的表示方法。通过实例演示如何将一个数从一种数制转换为另一种数制，例如十进制转二进制、二进制转十进制等，确保读者能够熟练掌握数制转换的技巧。 二进制运算： 讲解二进制的加法、减法、乘法和除法运算规则。特别强调二进制减法的实现，例如通过原码、反码和补码的表示方法，以及如何利用补码来实现计算机中的减法操作，这是理解计算机算术逻辑单元（ALU）的关键。 BCD码 (二进制编码的十进制码)： 介绍BCD码的定义和用途，以及它与纯二进制码的区别。讲解8421码、2421码、余3码等常见BCD码的编码方式，并演示如何进行BCD码的加法运算（包括进位处理）。 字符编码： 讨论ASCII码（美国信息交换标准代码）作为最早也是最广泛使用的字符编码标准。介绍ASCII码的编码结构，以及它如何表示英文字母、数字和常用符号。进一步介绍Unicode编码，说明其如何扩展了字符集，能够表示世界上几乎所有的文字和符号，是现代信息处理的基础。 格雷码 (Gray Code)： 解释格雷码的特点，即相邻两个数之间只有一个比特位发生变化。介绍格雷码的编码和译码方法，以及它在某些应用中的优势，例如在旋钮编码器、光电编码盘等需要避免因中间状态导致的错误读数的场合。 二进制信息的表示： 总结本章内容，强调数制与编码是数字电路进行信息处理的基石。清晰的数制表示和高效的编码方式能够极大地简化电路设计和提高信息处理的准确性与效率。 第三章 逻辑代数基础 本章深入讲解逻辑代数，它是分析和设计数字电路的数学工具，为理解和构建复杂的逻辑功能提供了严谨的理论框架。 逻辑代数的基本概念： 引入布尔代数的定义、基本公理和定理。阐述逻辑变量（取值为0或1）的概念，以及逻辑运算（AND, OR, NOT）的性质，例如交换律、结合律、分配律、互补律、矛盾律、零律、同一律、吸收律、德摩根定律等。 逻辑函数及其表示： 介绍逻辑函数的概念，即输入为逻辑变量，输出也为逻辑变量的函数。讲解逻辑函数的各种表示方法： 逻辑表达式： 使用逻辑代数符号表示逻辑函数，例如F = A ⋅ B + C。 真值表： 列出输入变量所有可能组合对应的输出值，这是最直观的逻辑函数表示方法。 逻辑图： 使用标准逻辑门符号绘制电路图来表示逻辑函数。 最小项与最大项： 详细解释最小项和最大项的概念。 最小项： 逻辑函数输入变量的与运算，且每个变量均以原变量或其反形式出现一次。例如，对于三个变量A, B, C，其一个最小项为 A⋅B⋅C。 最大项： 逻辑函数输入变量的或运算，且每个变量均以原变量或其反形式出现一次。例如，对于三个变量A, B, C，其一个最大项为 A+B+C。 讲解如何根据真值表写出逻辑函数的最小项之和表达式（SOP）和最大项之积表达式（POS）。 逻辑函数的化简： 介绍逻辑函数化简的重要性，即减少逻辑门的数量，降低电路复杂度，提高性能和可靠性。讲解常用的化简方法： 布尔代数化简法： 利用逻辑代数的公理和定理进行代数运算，将复杂的逻辑表达式化简为最简形式。 卡诺图（Karnaugh Map, K-map）化简法： 介绍卡诺图的绘制和使用方法，通过相邻方格的组合来识别和消除冗余项，是一种直观且高效的化简方法，特别适用于输入变量不超过四到五种的情况。 Quine-McCluskey（QM）算法： 介绍QM算法，这是一种更系统化、适用于计算机实现，尤其是在变量数量较多时进行逻辑函数化简的算法。 基本逻辑运算的实现： 再次回顾AND, OR, NOT等基本逻辑门的功能，并介绍 NAND, NOR, XOR, XNOR 等复合逻辑门。强调万能门（NAND和NOR）的概念，即利用NAND门或NOR门就可以实现所有其他的逻辑功能，这对于集成电路的设计非常重要。 逻辑代数在电路设计中的应用： 总结逻辑代数如何作为分析和设计数字电路的强大工具，帮助工程师理解电路行为，优化电路结构，实现特定逻辑功能。 第四章 组合逻辑电路设计 本章将理论知识付诸实践，引导读者学习如何将逻辑函数转化为实际的电路，并介绍构建各种基本组合逻辑模块的设计方法。 组合逻辑电路的特点： 明确组合逻辑电路的定义，即输出信号的取值仅仅取决于当前时刻的输入信号，而不受之前状态的影响。强调其“无记忆性”的特点。 组合逻辑电路的设计步骤： 详细介绍设计一个组合逻辑电路的标准流程： 1. 需求分析与功能定义： 明确电路需要实现的功能，输入输出信号及其含义。 2. 列出真值表： 根据功能定义，列出所有输入组合对应的输出。 3. 写出逻辑表达式： 从真值表推导出逻辑函数的SOP或POS表达式。 4. 化简逻辑表达式： 使用布尔代数或卡诺图等方法化简表达式。 5. 绘制逻辑图： 将化简后的逻辑表达式转换为标准逻辑门的组合图。 6. 电路实现与测试： 在仿真软件或实际硬件上实现电路，并进行测试验证。 基本组合逻辑模块的设计： 重点介绍几种最常用且基础的组合逻辑模块： 编码器（Encoder）： 功能是接收一组输入信号，输出相应的二进制编码。例如，十进制转BCD码的编码器。介绍优先编码器，它能处理输入信号可能同时有效的情况，并优先处理优先级高的输入。 译码器（Decoder）： 功能是接收一组二进制输入，输出对应的一条或多条使能信号。例如，3-to-8译码器，输入3位二进制数，输出8条线中的一条。介绍其在地址选择、数据选择等方面的应用。 数据选择器（Multiplexer, MUX）： 也称为多路选择器，它有多个数据输入端、一个选择控制端和一个输出端。选择控制端决定了哪个数据输入端的数据会被传递到输出端。广泛应用于数据路由和信号分配。 数据分配器（Demultiplexer, DEMUX）： 也称为多路分配器，与数据选择器功能相反。它有一个数据输入端、多个数据输出端和选择控制端。选择控制端决定了输入数据会被送往哪个数据输出端。 加法器（Adder）： 介绍半加器（Half Adder）和全加器（Full Adder）的设计，它们是实现二进制加法运算的基础。进一步介绍多位加法器，如行波进位加法器（Ripple Carry Adder, RCA）和超前进位加法器（Carry Lookahead Adder, CLA），以及它们在处理速度上的差异。 比较器（Comparator）： 设计用于比较两个二进制数的大小，并输出相应比较结果（大于、小于、等于）的电路。 组合逻辑电路的竞争与冒险现象： 深入分析在组合逻辑电路中可能出现的竞争（Race Condition）和冒险（Hazard）现象。 竞争： 由于门电路的传播延迟不同，导致信号在达到稳定状态前出现暂时的不确定性。 冒险： 信号在短暂时间内出现不期望的毛刺（Glitch），尤其是在输入信号变化时。介绍静态冒险、动态冒险和函数冒险。 消除冒险的方法： 讲解如何通过添加冗余项、使用卡诺图识别冒险并进行逻辑修改，或者采用滤波等方法来消除冒险，确保电路的稳定工作。 组合逻辑电路设计实例： 通过一个或多个综合性的设计实例，例如一个简单的LED显示驱动电路、一个简单的 ALU（算术逻辑单元）的一部分等，来巩固和展示组合逻辑电路的设计流程和方法。 第五章 时序逻辑电路基础 本章引入时序逻辑电路的概念，这是数字系统能够“记忆”和“状态”的关键，也是构建复杂数字系统的基础。 时序逻辑电路的特点： 阐述时序逻辑电路的定义，即输出信号的取值不仅取决于当前输入信号，还取决于电路的“状态”（即过去的输入序列）。强调其“记忆性”和“状态转移”的特性。 触发器（Flip-Flop）： 基本概念： 介绍触发器作为最基本的时序逻辑单元，能够存储一位二进制信息。 SR触发器： 讲解基本SR触发器（置位S、复位R）的工作原理，分析其激励表和状态表，并指出其不确定状态。 带时钟的SR触发器（Clocked SR Flip-Flop）： 引入时钟信号的概念，说明时钟脉冲如何控制触发器状态的改变，实现同步操作。 JK触发器： 介绍JK触发器的功能，它克服了SR触发器的不确定状态，并具有翻转（Toggle）功能。 D触发器（数据触发器）： 讲解D触发器的功能，它会存储数据输入端D在时钟上升沿或下降沿时所处的值，这是最常用的存储单元。 T触发器（翻转触发器）： 介绍T触发器，它在T=1时翻转状态，T=0时保持状态。 上升沿触发与下降沿触发： 解释触发器对时钟信号的敏感边沿，以及它们在同步电路设计中的作用。 主从触发器： 介绍主从触发器的工作原理，它由两个串联的触发器组成，可以有效消除时钟脉冲宽度对状态转换的影响。 时序逻辑电路的状态图与状态表： 状态图（State Diagram）： 用图形化的方式表示时序逻辑电路的状态转移过程，节点代表状态，边代表输入和输出（或状态转移）。 状态表（State Table）： 用表格的形式列出当前状态、输入、下一个状态和输出，是状态图的另一种表示形式，也是设计时序逻辑电路的依据。 同步时序逻辑电路与异步时序逻辑电路： 同步时序逻辑电路： 所有状态转移都由同一个时钟信号同步控制，是最常见和易于设计的类型。 异步时序逻辑电路： 状态转移不受统一时钟控制，由输入信号的延迟引起，设计和分析较为复杂，容易出现竞争和冒险问题。 时序逻辑电路的分析： 学习如何根据电路图分析一个时序逻辑电路的功能、状态转移图和输出序列。 时序逻辑电路的设计： 状态最小化： 介绍如何通过合并等效状态来简化状态图，减少电路复杂度。 状态编码： 讲解如何为状态分配二进制编码，并分析不同编码方式对触发器数量和电路复杂度的影响。 设计步骤： 总结从功能描述到最终电路实现的时序逻辑电路设计流程。 第六章 常用时序逻辑电路模块 本章将时序逻辑的基础理论应用于构建实用的时序逻辑模块，这些模块是构成复杂数字系统的基本构件。 寄存器（Register）： 并行寄存器： 介绍由多个触发器组成的并行寄存器，能够同时存储和并行输出多位数据。 移位寄存器（Shift Register）： SISO（Serial-In, Serial-Out）： 数据串行输入，串行输出。 SIPO（Serial-In, Parallel-Out）： 数据串行输入，并行输出，用于将串行数据转换为并行数据。 PISO（Parallel-In, Serial-Out）： 数据并行输入，串行输出，用于将并行数据转换为串行数据。 PIPO（Parallel-In, Parallel-Out）： 数据并行输入，并行输出，用于数据的暂存和传输。 环形计数器与扭环计数器： 介绍由移位寄存器构成的特殊计数器。 计数器（Counter）： 异步计数器（Ripple Counter）： 讲解由串联的触发器构成，前一级触发器的输出作为后一级触发器的时钟，简单易实现，但速度受触发器数量影响。 同步计数器（Synchronous Counter）： 讲解所有触发器由同一个时钟信号触发，状态转移同时进行，速度快，但控制逻辑复杂。 行波进位计数器： 介绍一种特殊类型的同步计数器。 环形计数器与扭环计数器： （重申）在计数器章节也作介绍。 可预置计数器（Preset Counter）： 能够预置一个初始计数值的计数器。 可置零/置一计数器（Clear/Load Counter）： 能够直接将计数器清零或加载指定值的计数器。 模N计数器： 讲解如何设计一个能计数到N的计数器（模N计数器）。 有限状态机（Finite State Machine, FSM）： 摩尔型（Moore Machine）： 输出仅取决于当前状态。 米利型（Mealy Machine）： 输出取决于当前状态和当前输入。 FSM的设计流程： 详细说明如何根据具体需求设计摩尔型或米利型有限状态机，包括状态图、状态表、状态编码、触发器激励方程和输出方程的推导。 FSM的应用： 举例说明FSM在序列检测器、控制器、通信协议等领域的应用。 时钟与复位电路： 讲解时钟信号在同步时序电路中的重要性，以及如何产生稳定可靠的时钟信号。介绍复位（Reset）信号的作用，用于将电路恢复到初始状态。 第七章 存储器与半导体器件 本章将视角从逻辑功能单元拓展到存储单元和基础半导体器件，这是构成大规模集成电路的重要组成部分。 半导体存储器的基本概念： 介绍存储器的作用，即用于存储二进制信息。区分随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。 随机存储器（RAM）： 静态随机存储器（SRAM）： 介绍SRAM的工作原理，使用触发器作为存储单元，速度快，功耗相对较高，通常用于缓存。 动态随机存储器（DRAM）： 介绍DRAM的工作原理，使用电容存储信息，结构简单，密度高，功耗低，但需要刷新操作，速度相对较慢，是主流的内存技术。 RAM的结构： 讲解RAM的地址线、数据线、读写控制线等接口信号，以及存储单元的组织方式（例如行、列寻址）。 只读存储器（ROM）： ROM的种类： 掩模ROM（Mask ROM）： 在制造过程中一次性写入数据，成本低，不便修改。 可编程只读存储器（PROM）： 用户可编程一次。 可擦写可编程只读存储器（EPROM）： 可用紫外线擦除，可多次编程。 电擦除可编程只读存储器（EEPROM）： 可通过电信号擦除，可多次编程，但速度较慢。 闪存（Flash Memory）： EEPROM的改进，具有更高的集成度和更快的读写速度，是当前应用最广泛的非易失性存储器。 ROM的应用： 讲解ROM用于存储固件、查找表、配置数据等。 半导体存储器与逻辑电路的关系： 强调存储器是数字系统中不可或缺的一部分，它与逻辑电路协同工作，共同完成信息处理任务。 数字电路中的基本半导体器件： 二极管： 介绍二极管的基本特性，如单向导电性，及其在整流、限幅等电路中的应用（尽管在现代数字电路设计中直接使用较少，但理解其原理有助于深入理解晶体管）。 晶体管（Transistor）： BJT（双极结型晶体管）： 简单介绍其工作原理，作为开关或放大元件。 MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）： 重点介绍MOSFET，特别是CMOS（互补金属氧化物半导体）技术。CMOS具有低功耗、高集成度等优点，是当前集成电路设计的主流技术。讲解NMOS和PMOS管作为开关的原理。 逻辑门与触发器在集成电路中的实现： 简单介绍基本逻辑门（如NAND, NOR）和触发器是如何利用MOSFET等晶体管构建的，为理解集成电路的微观结构提供初步认识。 第八章 可编程逻辑器件（PLD）与FPGA 本章介绍现代数字系统设计中日益重要的可编程逻辑器件（PLD）以及其发展巅峰——现场可编程门阵列（FPGA），它们提供了高度灵活的硬件实现方案。 可编程逻辑器件（PLD）概述： PLD的优势： 介绍PLD相比于专用集成电路（ASIC）的灵活性、开发周期短、成本相对较低等优点。 PLD的分类： PAL（可编程阵列逻辑）： 具有可编程的AND阵列和固定的OR阵列。 PLA（可编程逻辑阵列）： 具有可编程的AND阵列和可编程的OR阵列。 GAL（通用阵列逻辑）： 是PAL的改进型，具有双向输出和更强的可编程能力。 CPLD（复杂可编程逻辑器件）： CPLD的结构： 介绍CPLD由多个宏单元（Macrocell）组成，每个宏单元包含逻辑阵列和触发器，宏单元之间通过可编程互连线连接。 CPLD的特点： 速度较快，确定的传播延迟，适合于对速度和时序要求严格的应用，如系统控制、接口逻辑等。 FPGA（现场可编程门阵列）： FPGA的结构： 可配置逻辑块（Configurable Logic Block, CLB）： FPGA的核心，包含查找表（LUT）、触发器等，用于实现逻辑功能。 可编程互连线（Programmable Interconnect）： 用于连接不同的CLB和I/O块，实现复杂的逻辑结构。 输入/输出块（Input/Output Block, IOB）： 提供与外部电路的接口。 FPGA的工作原理： 介绍FPGA的配置（Programming）过程，通过加载配置文件（Bitstream）来配置CLB和互连线，从而实现用户定义的逻辑功能。 FPGA的优势： 极高的灵活性，可实现极其复杂的逻辑功能，大规模并行处理能力，适合于通信、嵌入式系统、信号处理、原型验证等。 PLD/FPGA的设计流程： 硬件描述语言（HDL）： 介绍VHDL和Verilog等HDL语言，它们是描述和设计PLD/FPGA逻辑功能的标准语言。 综合（Synthesis）： 将HDL代码转换为门级网表（Netlist）。 布局布线（Place and Route）： 将门级网表映射到FPGA的物理资源上，并实现互连。 时序分析（Timing Analysis）： 验证设计是否满足时序要求。 下载与验证： 将配置文件下载到FPGA器件中，并进行功能和性能的验证。 PLD/FPGA的应用领域： 详细列举PLD/FPGA在通信系统、数字信号处理、嵌入式系统、高性能计算、医疗设备、航空航太等众多领域的广泛应用。 第九章 数模混合集成电路基础 本章将数字电路设计扩展到数模混合领域，介绍模拟与数字信号的交互以及相关的设计挑战。 数模混合电路概述： 介绍在现代电子系统中，模拟信号和数字信号往往共存于同一系统，需要数模混合电路来实现两者之间的转换和交互。 数模转换器（Digital-to-Analog Converter, DAC）： DAC的基本原理： 介绍DAC是将数字信号转换为模拟信号的器件。 DAC的类型： 电阻网络型DAC： 例如权电阻DAC和倒T型电阻网络DAC。 电容网络型DAC： 例如双斜率DAC。 Σ-Δ（Sigma-Delta）DAC： 介绍其高分辨率和过采样技术。 DAC的性能指标： 分辨率、量化误差、转换时间、非线性度等。 模数转换器（Analog-to-Digital Converter, ADC）： ADC的基本原理： 介绍ADC是将模拟信号转换为数字信号的器件。 ADC的类型： 逐次逼近型ADC： 常见的、折衷了速度和精度的类型。 并行ADC（Flash ADC）： 速度最快，但功耗和成本高。 积分型ADC： 例如双斜率积分ADC，精度高，但速度慢。 Σ-Δ（Sigma-Delta）ADC： 适用于高精度、低速的采样场景。 ADC的性能指标： 分辨率、采样率、量化误差、非线性度、信噪比（SNR）等。 数模混合电路设计面临的挑战： 噪声耦合： 数字电路产生的噪声容易耦合到模拟信号路径，影响模拟信号的精度。 电源管理： 数字和模拟电路对电源的要求不同，需要精心的电源分配和滤波设计。 布局布线： 模拟和数字部分的物理布局对信号完整性至关重要。 地线设计： 模拟地和数字地需要分开处理，以避免共模噪声。 数模混合集成电路的应用： 介绍数模混合电路在通信系统（如基带信号处理）、音频/视频处理、传感器接口、仪器仪表等领域的广泛应用。 第十章 数字系统设计方法与实践 本章将前几章所学的知识融会贯通，介绍数字系统设计的整体流程、常用的设计工具和实际项目中的考量。 自顶向下设计方法： 强调从系统级的功能分解开始，逐步细化到模块级和门级的设计思路，有助于管理复杂性。 硬件描述语言（HDL）在系统设计中的应用： Verilog与VHDL： 再次强调HDL作为描述和仿真数字电路的标准语言。 HDL的仿真与验证： 介绍仿真器（Simulator）在验证设计功能正确性中的重要性，以及测试平台（Testbench）的构建。 EDA（Electronic Design Automation）工具： 综合工具： 将HDL代码转换为门级网表。 仿真工具： 验证逻辑功能。 布局布线工具： （主要针对FPGA和ASIC）将网表映射到物理器件。 时序分析工具： 验证设计满足时序要求。 形式验证工具： 提供更严格的功能验证。 ASIC（专用集成电路）与FPGA的对比： ASIC： 性能最优，功耗最低，成本高，开发周期长，不灵活。 FPGA： 灵活性高，开发周期短，成本相对较低，适合于原型验证、中小型批量生产。 何时选择ASIC，何时选择FPGA： 根据项目需求（性能、成本、上市时间、产量等）进行权衡。 数字系统设计的关键考量： 性能（Performance）： 工作频率、数据吞吐量、延迟等。 功耗（Power Consumption）： 特别是在便携式设备和大规模系统中至关重要。 面积（Area）： 在集成电路中，面积直接关系到成本。 可靠性（Reliability）： 确保电路长期稳定工作。 可测试性（Testability）： 设计易于测试的电路，降低生产成本。 可维护性（Maintainability）： 使电路易于修改和升级。 实际项目中的设计流程示例： 需求分析与规格定义。 高层设计与架构选择。 模块化设计与HDL编码。 仿真与调试。 综合、布局布线（若使用FPGA/ASIC）。 硬件实现与测试。 性能优化与功耗分析。 未来发展趋势： 简要展望数字电路与系统设计领域的前沿技术，如低功耗设计、高速互连、人工智能辅助设计、新兴材料和工艺等。 通过以上章节的系统学习，读者将能够建立起坚实的数字电路与系统设计理论基础，掌握常用的设计方法和工具，并对该领域的发展趋势有深入的认识，为未来在信息与通信工程领域的学习和实践奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最深刻的印象是它严谨的学术风格和对基础知识的全面覆盖。作者们显然花了大量的时间和精力去梳理数字电路的脉络，从最基本的逻辑运算原理，到各种组合逻辑和时序逻辑电路的设计方法，都进行了详尽的阐述。书中大量的公式推导和概念解释，使得读者能够深入理解数字电路的内在逻辑。然而，对于我这样更偏向实践操作的读者来说，这本书的某些部分显得过于抽象。我更希望能够看到一些与当前工业界常用的工具和流程相结合的内容，比如在介绍触发器时，能结合Verilog或VHDL语言来演示其在硬件描述中的应用，或者在介绍状态机设计时，能提供一些实际的控制系统设计案例。虽然书中提到了“系统设计”，但感觉更多的是在理论层面探讨如何构建逻辑系统，而对于如何将这些逻辑转化为实际硬件，以及在设计过程中可能遇到的各种工程化问题，如时序约束、功耗优化、可测试性设计等方面的指导，则略显不足。

评分☆☆☆☆☆

这本书的特点在于它非常系统地梳理了数字电路的核心概念，从最基础的逻辑门到更为复杂的时序逻辑，再到状态机的设计。每一部分都进行了详细的阐述，并且辅以大量的图示和例题。对于初学者来说，这无疑是一个扎实的学习基础。然而，正是由于其“教材”的定位，使得它在理论深度上下足了功夫，但对于一些更具实践性的工程应用方面，似乎着墨不多。例如，在介绍完各种逻辑元件和时序器件后，书中对于如何运用这些元件构建一个完整的、具有实际功能的系统，比如一个简单的微处理器或者一个数据采集系统，其讲解的深度和广度可能略显不足。我个人在学习过程中，常常会遇到一个瓶颈：我理解了每个元器件的功能，也能够理解它们是如何工作的，但将它们有机地组合起来，形成一个能够解决实际问题的系统，就显得有些力不从心。书中虽然提供了一些设计流程，但更多的是理论上的框架，缺少一些具体的“实战”经验分享，比如在实际设计中会遇到的各种挑战、调试技巧，以及如何优化设计以满足性能、功耗等要求。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，首先吸引我的是它“21世纪高等院校信息与通信工程规划教材”的头衔，这让我觉得它一定紧跟时代步伐，内容会比较新颖。然而，翻开书后，我发现内容更多地聚焦在数字电路的基础理论和基本设计方法上，比如开关理论、逻辑代数、组合逻辑和时序逻辑电路的设计原理。这些内容虽然是数字电路的基石，但似乎与我期望中更贴近“系统设计”的实际应用有所偏差。我期待看到更多关于如何将这些基础知识融会贯通，构建出复杂的数字系统，例如微处理器、DSP、FPGA应用等方面的实例。书中虽然提到了“系统设计”，但感觉更多的是从逻辑层面进行分解和组合，而对于实际的芯片架构、硬件描述语言（如Verilog或VHDL）的应用，以及如何进行整体系统仿真和验证的介绍，相对有限。这让我觉得，这本书更像是一个“预备役”教材，为后续更深入的学习打下坚实的基础，但本身并未完全展开“系统设计”的宏大画卷。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字挺唬人的，什么“21世纪高等院校信息与通信工程规划教材”，听着就觉得是那种枯燥乏味、理论性极强的课本，估计里面充斥着各种公式、符号和晦涩难懂的原理。我当初买它，纯粹是应付课程需要，压根没指望能从中获得多少乐趣。翻开书的第一感觉，果然不出我所料，密密麻麻的文字和图表，看着就头疼。我甚至开始怀疑，为什么要把这么基础的知识讲得如此复杂。老师在课堂上讲解的时候，也总是围绕着那些基础概念，比如逻辑门、组合逻辑、时序逻辑等等，虽然知道这些是基础，但总感觉和实际应用有点距离，不知道什么时候才能真正派上用场。书里的例子也多是些抽象的电路图，看得我晕头转向。有时候，我甚至会想，是不是我天生就不适合学这个专业，是不是我太笨了，理解不了这些“高深”的知识。而且，这本书的排版设计也算不上是赏心悦目，那种黑白印刷、小字体密集的风格，真的让人提不起阅读的兴趣。我常常是在翻了几页之后，就觉得眼睛疲劳，思维也开始放空，最终不得不合上书本，去做些别的事情来放松一下。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书的时候，说实话，我内心是有些抵触的。那种沉甸甸的厚度，封面设计也比较传统，一看就是那种学院派的风格。我当时正处于对电子工程的探索期，更倾向于那些能快速看到成果、有趣味性的项目。这本书的标题，虽然包含了“系统设计”，但内容大部分都集中在数字电路的基础原理上，比如布尔代数、卡诺图、触发器、状态机等等。这些内容对我来说，就像是在学习一种新的语言，需要花费大量的时间去理解它的语法和规则。我尝试着去理解那些逻辑门的工作原理，去分析那些时序电路的时序图，但总觉得隔靴搔痒，无法深入。书里虽然也提到了一些设计方法，但感觉更像是对概念的阐述，缺乏一些实际的案例或者指导。我更希望能够看到一些具体的工程项目，了解如何将这些基础知识应用到实际的芯片设计、嵌入式系统开发中去。这本书给我的感觉，就像是在教一个厨师如何切菜，但却没有给他足够的食材和食谱，让他知道如何烹饪出一道美味佳肴。当然，我承认基础知识的重要性，但如果能有一些更具启发性的内容，或者结合一些更前沿的工具和技术，或许会更有吸引力。