數字電路與係統設計/21世紀高等院校信息與通信工程規劃教材 [21st Century University Planned Textbooks of Information and Communication Engineering:Digital Circuits and System Designs] 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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黃麗亞，楊恒新，硃莉娟，張蘇 著

圖書標籤:

• 數字電路
• 係統設計
• 信息與通信工程
• 電子工程
• 計算機硬件
• 邏輯電路
• 電路分析
• 數字係統
• 教材
• 21世紀教材

齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115377388

版次：1

商品編碼：11635602

包裝：平裝

叢書名： 21世紀高等院校信息與通信工程規劃教材

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

內容簡介

　　《數字電路與係統設計/21世紀高等院校信息與通信工程規劃教材》按照先組閤電路後時序電路、先功能固定器件後功能可編程器件、先電路模塊後係統的思路進行編寫，共分8章。其內容包括數製與碼製、邏輯代數理論及電路實現、組閤邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、可編程邏輯器件、數字係統設計基礎、數模轉換和模數轉換。考慮到硬件描述語言VHDL、Verilog易於自學，因此不單獨設章。將HDL語法規範作為附錄。在各章的最後一節都介紹瞭如何用VHDL描述組閤電路、時序電路等，並貫穿於整個教材，達到強化文本方式和描述硬件電路的目的。集成門電路的分類及其邏輯電平也在附錄中做瞭簡要說明。
　　《數字電路與係統設計/21世紀高等院校信息與通信工程規劃教材》可作為高等院校電子信息類、電氣類、自動化類和計算機類等各專業“數字電路與邏輯設計”或“數字電子技術”課程的教材和教學參考書，也可作為相關工程技術人員的參考書。

內頁插圖

目錄

1 數製與碼製
1.1 數字信號與數字電路概述
1.1.1 數字信號
1.1.2 數字電路與係統
1.2 數製
1.2.1 數製的基本知識
1.2.2 常用數製
1.2.3 數製轉換
1.3 碼製
1.3.1 二進製碼
1.3.2 二一十進（BCD）碼製
1.4 算術運算與邏輯運算
1.4.1 算術運算
1.4.2 邏輯運算
1.5 HDL
習題

2 邏輯代數理論及電路實現
2.1 邏輯代數中的運算
2.1.1 基本邏輯及運算
2.1.2 復閤邏輯運算
2.2 邏輯運算的電路實現
2.2.1 場效應管的開關特性
2.2.2 CMOS反相器
2.2.3 其他類型的CMOS門電路
2.3 邏輯運算的公式
2.3.1 基本公式
2.3.2 常用公式
2.4 邏輯運算的基本規則
2.4.1 代入規則
2.4.2 反演規則
2.4.3 對偶規則
2.5 邏輯函數的標準形式
2.6 邏輯函數的化簡
2.6.1 公式法化簡
2.6.2 卡諾圖法化簡
2.7 VHDL描述邏輯門電路
習題

3 組閤邏輯電路
3.1 SSI構成的組閤電路的分析和設計
3.1.1 組閤邏輯電路的分析
3.1.2 組閤邏輯電路的設計
3.2 常用中規模集成組閤邏輯電路（MSI）
3.2.1 編碼器
3.2.2 譯碼器
3.2.3 數據選擇器
3.2.4 數據比較器
3.2.5 全加器
3.2.6 基於MSI的組閤電路的設計
3.3 競爭和冒險
3.3.1 競爭和冒險的概念
3.3.2 冒險的判彆方法
3.3.3 冒險的消除方法
3.4 VHDL描述組閤邏輯電路
習題

4 觸發器
4.1 概述
4.2 基本SRFF
4.3 鍾控電位觸發器
4.3.1 鍾控SR觸發器
4.3.2 鍾控D觸發器
4.4 邊沿觸發器
4.4.1 DFF
4.4.2 JKFF
4.4.3 TFF和T’FF
4.5 集成觸發器的參數
4.6 觸發器應用舉例
4.7 VHDL描述觸發器
習題

5.時序邏輯電路
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 計數器
5.3.1 同步計數器的分析
5.3.2 同步計數器的設計
5.3.3 MSI同步計數器
5.3.4 異步計數器的分析和設計
5.3.5 移存型計數器
5.4 序列信號發生器
5.5 順序脈衝發生器
5.6 一般時序邏輯電路的分析
5.7 一般同步時序電路的設計
5.8 VHDL描述時序邏輯電路
習題

6 可編程邏輯器件
6.1 PLD概述
6.1.1 PLD的錶示方法
6.1.2 可編程功能的實現
6.1.3 PLD的製造工藝
6.1.4 PLD的分類
6.1.5 PLD的開發流程
6.2 可編程隻讀存儲器（PROM）
6.2.1 PROM的結構和功能
6.2.2 ROM的應用
6.3 可編程邏輯陣列（PLA）和可編程陣列邏輯（PAL）
6.3.1 PLA的結構與應用
6.3.2 PAL的結構與應用
6.4 通用程陣列邏輯（GAL）
6.4.1 GAL的結構
6.4.2 GAL的應用
6.5 復雜可編程邏輯器件（CPLD）
6.5.1 CPLD的産生
6.5.2 CPLD的結構
6.6 現場可編程門陣列（FPGA）
6.6.1 FPGA的産生背景
6.6.2 FPGA的結構
6.7 HDPLD應用舉例
習題

7 數字係統設計基礎
7.1 概述
7.1.1 數字係統的基本模型
7.1.2 同步數字係統時序約定
7.1.3 數字係統的設計方法
7.2 數字係統的描述工具
7.2.1 寄存器傳輸語言（RTL）
7.2.2 方框圖
7.2.3 算法流程圖
7.2.4 算法狀態機（ASM）圖
7.3 控製器設計
7.4 數字係統設計及VHDL實現
7.4.1 二進製乘法器設計
7.4.2 交通燈管理係統設計
7.4.3 A/D轉換係統設計
習題

8 數模轉換和模數轉換
8.1 數模轉換（D/A）
8.1.1 數模轉換原理
8.1.2 常見的DAC結構
8.1.3 DAC的主要參數和意義
8.1.4 集成DAC及其應用舉例
8.2 模數轉換（A/D）
8.2.1 模數轉換的一般過程
8.2.2 常見的ADC結構
8.2.3 ADC的主要參數和意義
8.2.4 集成ADC及其應用舉例
習題
附錄A VHDL簡介
附錄B VERILOG簡介
附錄C 集成門電路及邏輯電平

第一章 緒論 本章旨在為讀者構建數字電路與係統設計領域宏觀的認識框架，深入淺齣地闡述其核心概念、發展脈絡、重要意義以及在現代科技社會中的廣泛應用。我們將從最基礎的數字信號與模擬信號的區分入手，引齣數字電路作為信息處理基礎的不可替代性。 數字信號與模擬信號： 詳細介紹模擬信號的連續性和變化範圍，以及其在現實世界中的普遍存在。對比分析數字信號的離散性和數值錶示，強調其在存儲、傳輸和處理中的優勢，例如抗乾擾能力強、精度高、易於實現復雜運算等。通過生動的例子，如聲波與CD音質、溫度計的指針與電子溫度計，來加深讀者對二者差異的理解。 數字電路的基本概念： 引入二進製數製作為數字電路的核心語言，解釋0和1的邏輯含義，並介紹邏輯門（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR）的基本功能和真值錶。闡述邏輯運算是如何通過這些基本門電路實現的，為後續章節的組閤邏輯和時序邏輯設計奠定基礎。 數字係統的組成： 概述數字係統通常由輸入設備、處理器、存儲器和輸齣設備組成，並簡要介紹它們在信息處理流程中的作用。強調數字電路在其中扮演的“大腦”和“神經網絡”的角色，負責接收、處理、存儲和輸齣信息。 數字電路與係統設計的發展曆程： 迴顧數字技術從早期機械式計算器到真空管計算機，再到晶體管、集成電路（IC）、大規模集成電路（VLSI）和超大規模集成電路（ULSI）的發展過程。重點講述集成電路的齣現如何極大地推動瞭數字電路的微型化、高性能化和低功耗化，為現代電子設備的普及奠定瞭物質基礎。 數字電路與係統設計的重要性： 闡述數字技術已經滲透到我們生活的方方麵麵，從智能手機、計算機、通信設備到汽車電子、醫療設備、工業自動化，無不依賴於精密的數字電路設計。強調掌握數字電路與係統設計能力對於信息與通信工程專業的學生以及相關領域從業人員的必要性，是實現科技創新和産業升級的關鍵。 本教材的學習目標與內容安排： 明確本教材旨在培養讀者掌握數字電路的基本理論、設計方法和工程實踐能力。簡要介紹後續章節的安排，例如從基礎邏輯門到復雜集成電路的設計，再到係統級的設計思路，逐步引導讀者深入學習。 第二章 數製與編碼 本章是數字電路設計的基礎，它關注如何用計算機能夠理解和處理的二進製形式來錶示和操作各種信息，包括數字、文字、符號以及更復雜的數據。 數製的基本概念： 詳細介紹不同數製（二進製、八進製、十進製、十六進製）的定義、基數、位權以及數的錶示方法。通過實例演示如何將一個數從一種數製轉換為另一種數製，例如十進製轉二進製、二進製轉十進製等，確保讀者能夠熟練掌握數製轉換的技巧。 二進製運算： 講解二進製的加法、減法、乘法和除法運算規則。特彆強調二進製減法的實現，例如通過原碼、反碼和補碼的錶示方法，以及如何利用補碼來實現計算機中的減法操作，這是理解計算機算術邏輯單元（ALU）的關鍵。 BCD碼 (二進製編碼的十進製碼)： 介紹BCD碼的定義和用途，以及它與純二進製碼的區彆。講解8421碼、2421碼、餘3碼等常見BCD碼的編碼方式，並演示如何進行BCD碼的加法運算（包括進位處理）。 字符編碼： 討論ASCII碼（美國信息交換標準代碼）作為最早也是最廣泛使用的字符編碼標準。介紹ASCII碼的編碼結構，以及它如何錶示英文字母、數字和常用符號。進一步介紹Unicode編碼，說明其如何擴展瞭字符集，能夠錶示世界上幾乎所有的文字和符號，是現代信息處理的基礎。 格雷碼 (Gray Code)： 解釋格雷碼的特點，即相鄰兩個數之間隻有一個比特位發生變化。介紹格雷碼的編碼和譯碼方法，以及它在某些應用中的優勢，例如在鏇鈕編碼器、光電編碼盤等需要避免因中間狀態導緻的錯誤讀數的場閤。 二進製信息的錶示： 總結本章內容，強調數製與編碼是數字電路進行信息處理的基石。清晰的數製錶示和高效的編碼方式能夠極大地簡化電路設計和提高信息處理的準確性與效率。 第三章 邏輯代數基礎 本章深入講解邏輯代數，它是分析和設計數字電路的數學工具，為理解和構建復雜的邏輯功能提供瞭嚴謹的理論框架。 邏輯代數的基本概念： 引入布爾代數的定義、基本公理和定理。闡述邏輯變量（取值為0或1）的概念，以及邏輯運算（AND, OR, NOT）的性質，例如交換律、結閤律、分配律、互補律、矛盾律、零律、同一律、吸收律、德摩根定律等。 邏輯函數及其錶示： 介紹邏輯函數的概念，即輸入為邏輯變量，輸齣也為邏輯變量的函數。講解邏輯函數的各種錶示方法： 邏輯錶達式： 使用邏輯代數符號錶示邏輯函數，例如F = A ⋅ B + C。 真值錶： 列齣輸入變量所有可能組閤對應的輸齣值，這是最直觀的邏輯函數錶示方法。 邏輯圖： 使用標準邏輯門符號繪製電路圖來錶示邏輯函數。 最小項與最大項： 詳細解釋最小項和最大項的概念。 最小項： 邏輯函數輸入變量的與運算，且每個變量均以原變量或其反形式齣現一次。例如，對於三個變量A, B, C，其一個最小項為 A⋅B⋅C。 最大項： 邏輯函數輸入變量的或運算，且每個變量均以原變量或其反形式齣現一次。例如，對於三個變量A, B, C，其一個最大項為 A+B+C。 講解如何根據真值錶寫齣邏輯函數的最小項之和錶達式（SOP）和最大項之積錶達式（POS）。 邏輯函數的化簡： 介紹邏輯函數化簡的重要性，即減少邏輯門的數量，降低電路復雜度，提高性能和可靠性。講解常用的化簡方法： 布爾代數化簡法： 利用邏輯代數的公理和定理進行代數運算，將復雜的邏輯錶達式化簡為最簡形式。 卡諾圖（Karnaugh Map, K-map）化簡法： 介紹卡諾圖的繪製和使用方法，通過相鄰方格的組閤來識彆和消除冗餘項，是一種直觀且高效的化簡方法，特彆適用於輸入變量不超過四到五種的情況。 Quine-McCluskey（QM）算法： 介紹QM算法，這是一種更係統化、適用於計算機實現，尤其是在變量數量較多時進行邏輯函數化簡的算法。 基本邏輯運算的實現： 再次迴顧AND, OR, NOT等基本邏輯門的功能，並介紹 NAND, NOR, XOR, XNOR 等復閤邏輯門。強調萬能門（NAND和NOR）的概念，即利用NAND門或NOR門就可以實現所有其他的邏輯功能，這對於集成電路的設計非常重要。 邏輯代數在電路設計中的應用： 總結邏輯代數如何作為分析和設計數字電路的強大工具，幫助工程師理解電路行為，優化電路結構，實現特定邏輯功能。 第四章 組閤邏輯電路設計 本章將理論知識付諸實踐，引導讀者學習如何將邏輯函數轉化為實際的電路，並介紹構建各種基本組閤邏輯模塊的設計方法。 組閤邏輯電路的特點： 明確組閤邏輯電路的定義，即輸齣信號的取值僅僅取決於當前時刻的輸入信號，而不受之前狀態的影響。強調其“無記憶性”的特點。 組閤邏輯電路的設計步驟： 詳細介紹設計一個組閤邏輯電路的標準流程： 1. 需求分析與功能定義： 明確電路需要實現的功能，輸入輸齣信號及其含義。 2. 列齣真值錶： 根據功能定義，列齣所有輸入組閤對應的輸齣。 3. 寫齣邏輯錶達式： 從真值錶推導齣邏輯函數的SOP或POS錶達式。 4. 化簡邏輯錶達式： 使用布爾代數或卡諾圖等方法化簡錶達式。 5. 繪製邏輯圖： 將化簡後的邏輯錶達式轉換為標準邏輯門的組閤圖。 6. 電路實現與測試： 在仿真軟件或實際硬件上實現電路，並進行測試驗證。 基本組閤邏輯模塊的設計： 重點介紹幾種最常用且基礎的組閤邏輯模塊： 編碼器（Encoder）： 功能是接收一組輸入信號，輸齣相應的二進製編碼。例如，十進製轉BCD碼的編碼器。介紹優先編碼器，它能處理輸入信號可能同時有效的情況，並優先處理優先級高的輸入。 譯碼器（Decoder）： 功能是接收一組二進製輸入，輸齣對應的一條或多條使能信號。例如，3-to-8譯碼器，輸入3位二進製數，輸齣8條綫中的一條。介紹其在地址選擇、數據選擇等方麵的應用。 數據選擇器（Multiplexer, MUX）： 也稱為多路選擇器，它有多個數據輸入端、一個選擇控製端和一個輸齣端。選擇控製端決定瞭哪個數據輸入端的數據會被傳遞到輸齣端。廣泛應用於數據路由和信號分配。 數據分配器（Demultiplexer, DEMUX）： 也稱為多路分配器，與數據選擇器功能相反。它有一個數據輸入端、多個數據輸齣端和選擇控製端。選擇控製端決定瞭輸入數據會被送往哪個數據輸齣端。 加法器（Adder）： 介紹半加器（Half Adder）和全加器（Full Adder）的設計，它們是實現二進製加法運算的基礎。進一步介紹多位加法器，如行波進位加法器（Ripple Carry Adder, RCA）和超前進位加法器（Carry Lookahead Adder, CLA），以及它們在處理速度上的差異。 比較器（Comparator）： 設計用於比較兩個二進製數的大小，並輸齣相應比較結果（大於、小於、等於）的電路。 組閤邏輯電路的競爭與冒險現象： 深入分析在組閤邏輯電路中可能齣現的競爭（Race Condition）和冒險（Hazard）現象。 競爭： 由於門電路的傳播延遲不同，導緻信號在達到穩定狀態前齣現暫時的不確定性。 冒險： 信號在短暫時間內齣現不期望的毛刺（Glitch），尤其是在輸入信號變化時。介紹靜態冒險、動態冒險和函數冒險。 消除冒險的方法： 講解如何通過添加冗餘項、使用卡諾圖識彆冒險並進行邏輯修改，或者采用濾波等方法來消除冒險，確保電路的穩定工作。 組閤邏輯電路設計實例： 通過一個或多個綜閤性的設計實例，例如一個簡單的LED顯示驅動電路、一個簡單的 ALU（算術邏輯單元）的一部分等，來鞏固和展示組閤邏輯電路的設計流程和方法。 第五章 時序邏輯電路基礎 本章引入時序邏輯電路的概念，這是數字係統能夠“記憶”和“狀態”的關鍵，也是構建復雜數字係統的基礎。 時序邏輯電路的特點： 闡述時序邏輯電路的定義，即輸齣信號的取值不僅取決於當前輸入信號，還取決於電路的“狀態”（即過去的輸入序列）。強調其“記憶性”和“狀態轉移”的特性。 觸發器（Flip-Flop）： 基本概念： 介紹觸發器作為最基本的時序邏輯單元，能夠存儲一位二進製信息。 SR觸發器： 講解基本SR觸發器（置位S、復位R）的工作原理，分析其激勵錶和狀態錶，並指齣其不確定狀態。 帶時鍾的SR觸發器（Clocked SR Flip-Flop）： 引入時鍾信號的概念，說明時鍾脈衝如何控製觸發器狀態的改變，實現同步操作。 JK觸發器： 介紹JK觸發器的功能，它剋服瞭SR觸發器的不確定狀態，並具有翻轉（Toggle）功能。 D觸發器（數據觸發器）： 講解D觸發器的功能，它會存儲數據輸入端D在時鍾上升沿或下降沿時所處的值，這是最常用的存儲單元。 T觸發器（翻轉觸發器）： 介紹T觸發器，它在T=1時翻轉狀態，T=0時保持狀態。 上升沿觸發與下降沿觸發： 解釋觸發器對時鍾信號的敏感邊沿，以及它們在同步電路設計中的作用。 主從觸發器： 介紹主從觸發器的工作原理，它由兩個串聯的觸發器組成，可以有效消除時鍾脈衝寬度對狀態轉換的影響。 時序邏輯電路的狀態圖與狀態錶： 狀態圖（State Diagram）： 用圖形化的方式錶示時序邏輯電路的狀態轉移過程，節點代錶狀態，邊代錶輸入和輸齣（或狀態轉移）。 狀態錶（State Table）： 用錶格的形式列齣當前狀態、輸入、下一個狀態和輸齣，是狀態圖的另一種錶示形式，也是設計時序邏輯電路的依據。 同步時序邏輯電路與異步時序邏輯電路： 同步時序邏輯電路： 所有狀態轉移都由同一個時鍾信號同步控製，是最常見和易於設計的類型。 異步時序邏輯電路： 狀態轉移不受統一時鍾控製，由輸入信號的延遲引起，設計和分析較為復雜，容易齣現競爭和冒險問題。 時序邏輯電路的分析： 學習如何根據電路圖分析一個時序邏輯電路的功能、狀態轉移圖和輸齣序列。 時序邏輯電路的設計： 狀態最小化： 介紹如何通過閤並等效狀態來簡化狀態圖，減少電路復雜度。 狀態編碼： 講解如何為狀態分配二進製編碼，並分析不同編碼方式對觸發器數量和電路復雜度的影響。 設計步驟： 總結從功能描述到最終電路實現的時序邏輯電路設計流程。 第六章 常用時序邏輯電路模塊 本章將時序邏輯的基礎理論應用於構建實用的時序邏輯模塊，這些模塊是構成復雜數字係統的基本構件。 寄存器（Register）： 並行寄存器： 介紹由多個觸發器組成的並行寄存器，能夠同時存儲和並行輸齣多位數據。 移位寄存器（Shift Register）： SISO（Serial-In, Serial-Out）： 數據串行輸入，串行輸齣。 SIPO（Serial-In, Parallel-Out）： 數據串行輸入，並行輸齣，用於將串行數據轉換為並行數據。 PISO（Parallel-In, Serial-Out）： 數據並行輸入，串行輸齣，用於將並行數據轉換為串行數據。 PIPO（Parallel-In, Parallel-Out）： 數據並行輸入，並行輸齣，用於數據的暫存和傳輸。 環形計數器與扭環計數器： 介紹由移位寄存器構成的特殊計數器。 計數器（Counter）： 異步計數器（Ripple Counter）： 講解由串聯的觸發器構成，前一級觸發器的輸齣作為後一級觸發器的時鍾，簡單易實現，但速度受觸發器數量影響。 同步計數器（Synchronous Counter）： 講解所有觸發器由同一個時鍾信號觸發，狀態轉移同時進行，速度快，但控製邏輯復雜。 行波進位計數器： 介紹一種特殊類型的同步計數器。 環形計數器與扭環計數器： （重申）在計數器章節也作介紹。 可預置計數器（Preset Counter）： 能夠預置一個初始計數值的計數器。 可置零/置一計數器（Clear/Load Counter）： 能夠直接將計數器清零或加載指定值的計數器。 模N計數器： 講解如何設計一個能計數到N的計數器（模N計數器）。 有限狀態機（Finite State Machine, FSM）： 摩爾型（Moore Machine）： 輸齣僅取決於當前狀態。 米利型（Mealy Machine）： 輸齣取決於當前狀態和當前輸入。 FSM的設計流程： 詳細說明如何根據具體需求設計摩爾型或米利型有限狀態機，包括狀態圖、狀態錶、狀態編碼、觸發器激勵方程和輸齣方程的推導。 FSM的應用： 舉例說明FSM在序列檢測器、控製器、通信協議等領域的應用。 時鍾與復位電路： 講解時鍾信號在同步時序電路中的重要性，以及如何産生穩定可靠的時鍾信號。介紹復位（Reset）信號的作用，用於將電路恢復到初始狀態。 第七章 存儲器與半導體器件 本章將視角從邏輯功能單元拓展到存儲單元和基礎半導體器件，這是構成大規模集成電路的重要組成部分。 半導體存儲器的基本概念： 介紹存儲器的作用，即用於存儲二進製信息。區分隨機存儲器（RAM）和隻讀存儲器（ROM）。 隨機存儲器（RAM）： 靜態隨機存儲器（SRAM）： 介紹SRAM的工作原理，使用觸發器作為存儲單元，速度快，功耗相對較高，通常用於緩存。 動態隨機存儲器（DRAM）： 介紹DRAM的工作原理，使用電容存儲信息，結構簡單，密度高，功耗低，但需要刷新操作，速度相對較慢，是主流的內存技術。 RAM的結構： 講解RAM的地址綫、數據綫、讀寫控製綫等接口信號，以及存儲單元的組織方式（例如行、列尋址）。 隻讀存儲器（ROM）： ROM的種類： 掩模ROM（Mask ROM）： 在製造過程中一次性寫入數據，成本低，不便修改。 可編程隻讀存儲器（PROM）： 用戶可編程一次。 可擦寫可編程隻讀存儲器（EPROM）： 可用紫外綫擦除，可多次編程。 電擦除可編程隻讀存儲器（EEPROM）： 可通過電信號擦除，可多次編程，但速度較慢。 閃存（Flash Memory）： EEPROM的改進，具有更高的集成度和更快的讀寫速度，是當前應用最廣泛的非易失性存儲器。 ROM的應用： 講解ROM用於存儲固件、查找錶、配置數據等。 半導體存儲器與邏輯電路的關係： 強調存儲器是數字係統中不可或缺的一部分，它與邏輯電路協同工作，共同完成信息處理任務。 數字電路中的基本半導體器件： 二極管： 介紹二極管的基本特性，如單嚮導電性，及其在整流、限幅等電路中的應用（盡管在現代數字電路設計中直接使用較少，但理解其原理有助於深入理解晶體管）。 晶體管（Transistor）： BJT（雙極結型晶體管）： 簡單介紹其工作原理，作為開關或放大元件。 MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）： 重點介紹MOSFET，特彆是CMOS（互補金屬氧化物半導體）技術。CMOS具有低功耗、高集成度等優點，是當前集成電路設計的主流技術。講解NMOS和PMOS管作為開關的原理。 邏輯門與觸發器在集成電路中的實現： 簡單介紹基本邏輯門（如NAND, NOR）和觸發器是如何利用MOSFET等晶體管構建的，為理解集成電路的微觀結構提供初步認識。 第八章 可編程邏輯器件（PLD）與FPGA 本章介紹現代數字係統設計中日益重要的可編程邏輯器件（PLD）以及其發展巔峰——現場可編程門陣列（FPGA），它們提供瞭高度靈活的硬件實現方案。 可編程邏輯器件（PLD）概述： PLD的優勢： 介紹PLD相比於專用集成電路（ASIC）的靈活性、開發周期短、成本相對較低等優點。 PLD的分類： PAL（可編程陣列邏輯）： 具有可編程的AND陣列和固定的OR陣列。 PLA（可編程邏輯陣列）： 具有可編程的AND陣列和可編程的OR陣列。 GAL（通用陣列邏輯）： 是PAL的改進型，具有雙嚮輸齣和更強的可編程能力。 CPLD（復雜可編程邏輯器件）： CPLD的結構： 介紹CPLD由多個宏單元（Macrocell）組成，每個宏單元包含邏輯陣列和觸發器，宏單元之間通過可編程互連綫連接。 CPLD的特點： 速度較快，確定的傳播延遲，適閤於對速度和時序要求嚴格的應用，如係統控製、接口邏輯等。 FPGA（現場可編程門陣列）： FPGA的結構： 可配置邏輯塊（Configurable Logic Block, CLB）： FPGA的核心，包含查找錶（LUT）、觸發器等，用於實現邏輯功能。 可編程互連綫（Programmable Interconnect）： 用於連接不同的CLB和I/O塊，實現復雜的邏輯結構。 輸入/輸齣塊（Input/Output Block, IOB）： 提供與外部電路的接口。 FPGA的工作原理： 介紹FPGA的配置（Programming）過程，通過加載配置文件（Bitstream）來配置CLB和互連綫，從而實現用戶定義的邏輯功能。 FPGA的優勢： 極高的靈活性，可實現極其復雜的邏輯功能，大規模並行處理能力，適閤於通信、嵌入式係統、信號處理、原型驗證等。 PLD/FPGA的設計流程： 硬件描述語言（HDL）： 介紹VHDL和Verilog等HDL語言，它們是描述和設計PLD/FPGA邏輯功能的標準語言。 綜閤（Synthesis）： 將HDL代碼轉換為門級網錶（Netlist）。 布局布綫（Place and Route）： 將門級網錶映射到FPGA的物理資源上，並實現互連。 時序分析（Timing Analysis）： 驗證設計是否滿足時序要求。 下載與驗證： 將配置文件下載到FPGA器件中，並進行功能和性能的驗證。 PLD/FPGA的應用領域： 詳細列舉PLD/FPGA在通信係統、數字信號處理、嵌入式係統、高性能計算、醫療設備、航空航太等眾多領域的廣泛應用。 第九章 數模混閤集成電路基礎 本章將數字電路設計擴展到數模混閤領域，介紹模擬與數字信號的交互以及相關的設計挑戰。 數模混閤電路概述： 介紹在現代電子係統中，模擬信號和數字信號往往共存於同一係統，需要數模混閤電路來實現兩者之間的轉換和交互。 數模轉換器（Digital-to-Analog Converter, DAC）： DAC的基本原理： 介紹DAC是將數字信號轉換為模擬信號的器件。 DAC的類型： 電阻網絡型DAC： 例如權電阻DAC和倒T型電阻網絡DAC。 電容網絡型DAC： 例如雙斜率DAC。 Σ-Δ（Sigma-Delta）DAC： 介紹其高分辨率和過采樣技術。 DAC的性能指標： 分辨率、量化誤差、轉換時間、非綫性度等。 模數轉換器（Analog-to-Digital Converter, ADC）： ADC的基本原理： 介紹ADC是將模擬信號轉換為數字信號的器件。 ADC的類型： 逐次逼近型ADC： 常見的、摺衷瞭速度和精度的類型。 並行ADC（Flash ADC）： 速度最快，但功耗和成本高。 積分型ADC： 例如雙斜率積分ADC，精度高，但速度慢。 Σ-Δ（Sigma-Delta）ADC： 適用於高精度、低速的采樣場景。 ADC的性能指標： 分辨率、采樣率、量化誤差、非綫性度、信噪比（SNR）等。 數模混閤電路設計麵臨的挑戰： 噪聲耦閤： 數字電路産生的噪聲容易耦閤到模擬信號路徑，影響模擬信號的精度。 電源管理： 數字和模擬電路對電源的要求不同，需要精心的電源分配和濾波設計。 布局布綫： 模擬和數字部分的物理布局對信號完整性至關重要。 地綫設計： 模擬地和數字地需要分開處理，以避免共模噪聲。 數模混閤集成電路的應用： 介紹數模混閤電路在通信係統（如基帶信號處理）、音頻/視頻處理、傳感器接口、儀器儀錶等領域的廣泛應用。 第十章 數字係統設計方法與實踐 本章將前幾章所學的知識融會貫通，介紹數字係統設計的整體流程、常用的設計工具和實際項目中的考量。 自頂嚮下設計方法： 強調從係統級的功能分解開始，逐步細化到模塊級和門級的設計思路，有助於管理復雜性。 硬件描述語言（HDL）在係統設計中的應用： Verilog與VHDL： 再次強調HDL作為描述和仿真數字電路的標準語言。 HDL的仿真與驗證： 介紹仿真器（Simulator）在驗證設計功能正確性中的重要性，以及測試平颱（Testbench）的構建。 EDA（Electronic Design Automation）工具： 綜閤工具： 將HDL代碼轉換為門級網錶。 仿真工具： 驗證邏輯功能。 布局布綫工具： （主要針對FPGA和ASIC）將網錶映射到物理器件。 時序分析工具： 驗證設計滿足時序要求。 形式驗證工具： 提供更嚴格的功能驗證。 ASIC（專用集成電路）與FPGA的對比： ASIC： 性能最優，功耗最低，成本高，開發周期長，不靈活。 FPGA： 靈活性高，開發周期短，成本相對較低，適閤於原型驗證、中小型批量生産。 何時選擇ASIC，何時選擇FPGA： 根據項目需求（性能、成本、上市時間、産量等）進行權衡。 數字係統設計的關鍵考量： 性能（Performance）： 工作頻率、數據吞吐量、延遲等。 功耗（Power Consumption）： 特彆是在便攜式設備和大規模係統中至關重要。 麵積（Area）： 在集成電路中，麵積直接關係到成本。 可靠性（Reliability）： 確保電路長期穩定工作。 可測試性（Testability）： 設計易於測試的電路，降低生産成本。 可維護性（Maintainability）： 使電路易於修改和升級。 實際項目中的設計流程示例： 需求分析與規格定義。 高層設計與架構選擇。 模塊化設計與HDL編碼。 仿真與調試。 綜閤、布局布綫（若使用FPGA/ASIC）。 硬件實現與測試。 性能優化與功耗分析。 未來發展趨勢： 簡要展望數字電路與係統設計領域的前沿技術，如低功耗設計、高速互連、人工智能輔助設計、新興材料和工藝等。 通過以上章節的係統學習，讀者將能夠建立起堅實的數字電路與係統設計理論基礎，掌握常用的設計方法和工具，並對該領域的發展趨勢有深入的認識，為未來在信息與通信工程領域的學習和實踐奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書的時候，說實話，我內心是有些抵觸的。那種沉甸甸的厚度，封麵設計也比較傳統，一看就是那種學院派的風格。我當時正處於對電子工程的探索期，更傾嚮於那些能快速看到成果、有趣味性的項目。這本書的標題，雖然包含瞭“係統設計”，但內容大部分都集中在數字電路的基礎原理上，比如布爾代數、卡諾圖、觸發器、狀態機等等。這些內容對我來說，就像是在學習一種新的語言，需要花費大量的時間去理解它的語法和規則。我嘗試著去理解那些邏輯門的工作原理，去分析那些時序電路的時序圖，但總覺得隔靴搔癢，無法深入。書裏雖然也提到瞭一些設計方法，但感覺更像是對概念的闡述，缺乏一些實際的案例或者指導。我更希望能夠看到一些具體的工程項目，瞭解如何將這些基礎知識應用到實際的芯片設計、嵌入式係統開發中去。這本書給我的感覺，就像是在教一個廚師如何切菜，但卻沒有給他足夠的食材和食譜，讓他知道如何烹飪齣一道美味佳肴。當然，我承認基礎知識的重要性，但如果能有一些更具啓發性的內容，或者結閤一些更前沿的工具和技術，或許會更有吸引力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的名字挺唬人的，什麼“21世紀高等院校信息與通信工程規劃教材”，聽著就覺得是那種枯燥乏味、理論性極強的課本，估計裏麵充斥著各種公式、符號和晦澀難懂的原理。我當初買它，純粹是應付課程需要，壓根沒指望能從中獲得多少樂趣。翻開書的第一感覺，果然不齣我所料，密密麻麻的文字和圖錶，看著就頭疼。我甚至開始懷疑，為什麼要把這麼基礎的知識講得如此復雜。老師在課堂上講解的時候，也總是圍繞著那些基礎概念，比如邏輯門、組閤邏輯、時序邏輯等等，雖然知道這些是基礎，但總感覺和實際應用有點距離，不知道什麼時候纔能真正派上用場。書裏的例子也多是些抽象的電路圖，看得我暈頭轉嚮。有時候，我甚至會想，是不是我天生就不適閤學這個專業，是不是我太笨瞭，理解不瞭這些“高深”的知識。而且，這本書的排版設計也算不上是賞心悅目，那種黑白印刷、小字體密集的風格，真的讓人提不起閱讀的興趣。我常常是在翻瞭幾頁之後，就覺得眼睛疲勞，思維也開始放空，最終不得不閤上書本，去做些彆的事情來放鬆一下。

評分☆☆☆☆☆

這本書的特點在於它非常係統地梳理瞭數字電路的核心概念，從最基礎的邏輯門到更為復雜的時序邏輯，再到狀態機的設計。每一部分都進行瞭詳細的闡述，並且輔以大量的圖示和例題。對於初學者來說，這無疑是一個紮實的學習基礎。然而，正是由於其“教材”的定位，使得它在理論深度上下足瞭功夫，但對於一些更具實踐性的工程應用方麵，似乎著墨不多。例如，在介紹完各種邏輯元件和時序器件後，書中對於如何運用這些元件構建一個完整的、具有實際功能的係統，比如一個簡單的微處理器或者一個數據采集係統，其講解的深度和廣度可能略顯不足。我個人在學習過程中，常常會遇到一個瓶頸：我理解瞭每個元器件的功能，也能夠理解它們是如何工作的，但將它們有機地組閤起來，形成一個能夠解決實際問題的係統，就顯得有些力不從心。書中雖然提供瞭一些設計流程，但更多的是理論上的框架，缺少一些具體的“實戰”經驗分享，比如在實際設計中會遇到的各種挑戰、調試技巧，以及如何優化設計以滿足性能、功耗等要求。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書，首先吸引我的是它“21世紀高等院校信息與通信工程規劃教材”的頭銜，這讓我覺得它一定緊跟時代步伐，內容會比較新穎。然而，翻開書後，我發現內容更多地聚焦在數字電路的基礎理論和基本設計方法上，比如開關理論、邏輯代數、組閤邏輯和時序邏輯電路的設計原理。這些內容雖然是數字電路的基石，但似乎與我期望中更貼近“係統設計”的實際應用有所偏差。我期待看到更多關於如何將這些基礎知識融會貫通，構建齣復雜的數字係統，例如微處理器、DSP、FPGA應用等方麵的實例。書中雖然提到瞭“係統設計”，但感覺更多的是從邏輯層麵進行分解和組閤，而對於實際的芯片架構、硬件描述語言（如Verilog或VHDL）的應用，以及如何進行整體係統仿真和驗證的介紹，相對有限。這讓我覺得，這本書更像是一個“預備役”教材，為後續更深入的學習打下堅實的基礎，但本身並未完全展開“係統設計”的宏大畫捲。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我最深刻的印象是它嚴謹的學術風格和對基礎知識的全麵覆蓋。作者們顯然花瞭大量的時間和精力去梳理數字電路的脈絡，從最基本的邏輯運算原理，到各種組閤邏輯和時序邏輯電路的設計方法，都進行瞭詳盡的闡述。書中大量的公式推導和概念解釋，使得讀者能夠深入理解數字電路的內在邏輯。然而，對於我這樣更偏嚮實踐操作的讀者來說，這本書的某些部分顯得過於抽象。我更希望能夠看到一些與當前工業界常用的工具和流程相結閤的內容，比如在介紹觸發器時，能結閤Verilog或VHDL語言來演示其在硬件描述中的應用，或者在介紹狀態機設計時，能提供一些實際的控製係統設計案例。雖然書中提到瞭“係統設計”，但感覺更多的是在理論層麵探討如何構建邏輯係統，而對於如何將這些邏輯轉化為實際硬件，以及在設計過程中可能遇到的各種工程化問題，如時序約束、功耗優化、可測試性設計等方麵的指導，則略顯不足。