现代数字电路与逻辑设计实验教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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蔡春晓 著

图书标签:

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• 电路分析
• Verilog
• FPGA
• 数字系统

出版社： 西安电子科技大学出版社有限公司

ISBN：9787560640594

版次：1

商品编码：11904556

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-03-01

页数：156

字数：228000

正文语种：中文

内容简介

本书是数字逻辑电路课程配套的实验教材，全书分为数字逻辑电路基础实验和基于Quartus的数字逻辑电路实验两部分。在基础实验中，安排了TTL集成逻辑门的逻辑功能与参数测试、组合逻辑电路的设计与测试、数据选择器及其应用、编码器及其应用、译码器及其应用、触发器及其应用、计数器及其应用、顺序脉冲和序列信号发生器、移位寄存器及其应用、555时基电路及其应用、A/D、D/A转换器、简易数字钟的设计、可定时多路数显抢答器的设计等13个实验内容。基于Quartus的数字逻辑电路实验部分安排了半加器设计、1位全加器设计、4选1数据选择器设计、译码器设计、触发器设计、计数器设计、有时钟使能的2位十进制计数器设计、数控分频器设计、2位十进制频率计原理图输入设计、4位十进制频率计设计、秒表设计、计时电路设计、电子抢答器设计、ADC采样控制电路设计等14个实验内容。

本书既介绍了数字电路的基本元件、基本实验方法和实验技巧，又介绍了可编程逻辑器件、硬件描述语言（VHDL）及EDA工具和技术，把新技术、新器件及时引入教学实践环节，体现现代数字系统方法。实验内容循序渐进，能引导、启发学生的主动性和创造性。

前言/序言

《数字电路基础：原理、实践与应用》 内容梗概 本书是一本面向初学者和进阶者的数字电路设计与分析的综合性教材，旨在为读者构建扎实的数字电路理论基础，并引导他们掌握实际的电路设计和实验技能。全书以清晰的逻辑脉络，从最基础的二进制概念出发，逐步深入到复杂数字系统的构成原理，强调理论与实践的紧密结合，并通过丰富的实例和实验项目，帮助读者理解抽象的数字逻辑如何在实际硬件中得以实现和应用。 第一部分：数字世界的基础 本部分将读者引入数字电路设计的宏观世界，从最基本的概念出发，为后续深入的学习奠定坚实基础。 第一章：二进制数与逻辑运算 二进制表示法： 详细介绍二进制数的概念，包括位、字节、字等基本单位，以及如何进行不同进制之间的转换（二进制、十进制、十六进制）。本章会通过大量示例，让读者熟悉二进制数的运算规则。 逻辑门的基本原理： 引入布尔代数作为数字逻辑的数学基础，详细讲解最基本的逻辑门电路，包括AND门、OR门、NOT门，以及它们在逻辑功能上的描述和真值表。 组合逻辑运算： 介绍更复杂的逻辑运算，如NAND门、NOR门、XOR门、XNOR门，并阐述它们的逻辑功能和在电路实现上的重要性。我们将分析这些门电路如何组合，构成更复杂的逻辑功能。 布尔代数定律与化简： 深入学习布尔代数的核心定律，如交换律、结合律、分配律、德摩根定律等，并演示如何利用这些定律对逻辑表达式进行化简，从而优化电路设计，减少元件数量。 逻辑函数的表示方法： 讲解不同形式的逻辑函数表示，包括真值表、卡诺图（Karnaugh Map）和布尔表达式，并重点介绍卡诺图在逻辑函数简化中的直观性和有效性。 第二章：组合逻辑电路设计 组合逻辑电路的定义与特性： 明确组合逻辑电路的特点，即其输出仅取决于当前输入，不受历史状态影响。 常用组合逻辑电路模块： 编码器与解码器： 详细讲解各种编码器（如优先编码器）和解码器（如BCD转七段数码管解码器）的功能、电路结构和设计方法，并通过实例说明其应用。 多路选择器（MUX）： 深入理解多路选择器的工作原理，包括数据选择和控制信号的作用，以及如何用多路选择器实现任意逻辑函数。 数据分配器（DEMUX）： 讲解数据分配器的功能，即根据控制信号将数据分发到不同的输出端，并介绍其在信号路由和控制中的应用。 加法器与减法器： 分析半加器、全加器的构成原理，以及如何串联或并联构成多位二进制加法器和减法器，并介绍带符号数的表示和减法运算的实现。 比较器： 设计和分析用于比较两个二进制数大小的电路，包括相等比较、大于、小于等功能。 组合逻辑电路的设计流程： 总结一个完整的组合逻辑电路设计步骤，包括需求分析、逻辑函数建立、真值表绘制、卡诺图化简、逻辑表达式优化以及最终电路图绘制。 第二部分：时序逻辑电路的奥秘 本部分将带领读者进入动态的数字世界，理解电路如何存储信息和按时序进行操作。 第三章：时序逻辑电路基础 时序逻辑电路的定义与特点： 区分时序逻辑电路与组合逻辑电路，强调其输出不仅取决于当前输入，还与电路的状态（即存储的信息）有关。 存储元件：锁存器（Latch）与触发器（Flip-Flop）： 锁存器： 介绍基本的SR锁存器、D锁存器等，分析其电平触发机制和工作特性。 触发器： 详细讲解各种边沿触发器，如SR触发器、D触发器、JK触发器、T触发器。重点分析其时钟信号的同步作用，以及不同触发器在状态转换上的区别和应用场景。 时钟信号： 讲解时钟信号在同步时序逻辑电路中的重要作用，包括时钟频率、占空比、上升沿和下降沿触发等概念。 时序逻辑电路的状态图与状态表： 学习如何使用状态图和状态表来描述和分析时序逻辑电路的行为，这是一种将抽象的电路功能转化为可视化模型的重要工具。 第四章：常用时序逻辑电路模块 寄存器（Register）： 讲解寄存器作为一组触发器的组合，用于存储多个并行数据，包括移位寄存器（左移、右移、双向移位）和并行输入/输出寄存器。 计数器（Counter）： 异步计数器： 分析不同类型异步计数器的构成原理，如加法计数器、减法计数器、模N计数器。 同步计数器： 讲解同步计数器的优势，包括更快的响应速度和更小的竞争冒险问题，以及如何设计任意功能的同步计数器。 移位寄存器计数器： 介绍利用移位寄存器实现的约翰逊计数器和环形计数器。 状态机的设计： 有限状态机（FSM）： 介绍摩尔（Moore）型和米利（Mealy）型有限状态机模型，以及它们在设计复杂控制器中的应用。 状态机设计流程： 详细演示如何从需求描述出发，设计一个完整状态机，包括状态定义、状态图绘制、状态表建立、触发器选择、逻辑电路实现等。 第三部分：高级数字逻辑与系统设计 本部分将理论知识升华，探讨更复杂的数字系统构建以及现代设计方法。 第五章：存储器与可编程逻辑器件 随机存取存储器（RAM）： 介绍静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）的工作原理、存储单元结构、读写时序以及接口电路。 只读存储器（ROM）： 讲解不同类型的ROM，如掩膜ROM（MROM）、可编程ROM（PROM）、可擦写可编程ROM（EPROM）、电可擦写可编程ROM（EEPROM）及其应用。 现场可编程门阵列（FPGA）： 介绍FPGA的基本结构，包括逻辑块、布线资源和I/O接口，以及FPGA在数字系统原型设计和批量生产中的优势。 复杂可编程逻辑器件（CPLD）： 比较CPLD与FPGA的异同，讲解CPLD的宏单元和可编程互连结构。 硬件描述语言（HDL）简介： 简要介绍Verilog或VHDL等硬件描述语言，说明它们在描述和设计数字电路中的重要性，为读者后续深入学习打下基础。 第六章：脉冲、振荡器与信号处理 脉冲产生电路： 介绍不同类型的脉冲产生器，如单稳态触发器（One-Shot Multivibrator）及其在信号整形和时序控制中的应用。 振荡器电路： 讲解弛豫振荡器（如多谐振荡器）和反馈振荡器（如RC振荡器）的工作原理，以及它们在产生时钟信号等方面的作用。 数模与模数转换： 简要介绍数模转换器（DAC）和模数转换器（ADC）的基本原理和类型，以及它们在连接数字世界与模拟世界中的桥梁作用。 第四部分：实验与实践 本部分是本书的核心价值体现，强调动手能力和实际操作。 第七章：实验导引与注意事项 实验器材介绍： 详细介绍实验所需的常用器材，如面包板、导线、电源、逻辑笔、万用表、示波器、逻辑分析仪等，并说明它们的使用方法和注意事项。 电子元件识别与使用： 讲解常用电子元件（电阻、电容、三极管、集成电路芯片等）的识别方法、规格参数及正确使用方法。 实验安全规范： 强调实验过程中的安全事项，如用电安全、防止短路、元件保护等。 第八章：基础逻辑门电路实验 基本逻辑门功能验证： 使用集成电路芯片（如74LS系列）搭建AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR等基本逻辑门电路，通过输入不同组合，使用LED指示灯或逻辑分析仪验证其输出是否符合逻辑真值表。 布尔代数化简与电路实现： 选择一个复杂的逻辑函数，通过卡诺图化简得到最简表达式，然后用最少的逻辑门元件实现该函数，并与直接按原始表达式实现的电路进行对比。 第九章：组合逻辑电路设计实验 编码器与解码器实验： 实现一个简单的编码器（如8-to-3编码器）或解码器（如3-to-8解码器），验证其功能。 多路选择器与数据分配器实验： 利用多路选择器实现一个简单的逻辑函数，理解其选择功能。搭建数据分配器，验证数据分发能力。 加法器/减法器实验： 实现一个4位二进制加法器，验证其加法功能，并考虑如何扩展实现减法功能。 第十章：时序逻辑电路设计实验 触发器功能验证： 分别搭建SR、D、JK、T触发器电路，在示波器或逻辑分析仪下观察其在不同时钟和输入信号下的状态翻转。 寄存器实验： 搭建一个4位并行输入/输出寄存器，实现数据的存储和输出。搭建一个8位移位寄存器，演示左移、右移操作。 计数器实验： 实现一个4位异步加法计数器，观察其计数过程。然后设计一个4位同步加法计数器，比较其工作特性。尝试实现一个模10计数器。 第十一章：状态机设计与FPGA入门实验 简单状态机控制器实验： 设计一个简单的状态机控制器，例如交通灯控制器或一个简单的序列检测器，并在实验板上实现和验证。 FPGA开发板入门： 介绍FPGA开发板的基本组成和使用方法，通过编写简单的HDL代码（如LED闪烁程序）来熟悉FPGA的开发流程，包括代码编写、综合、布局布线和下载。 本书特色 循序渐进的教学体系： 从最基础的二进制和逻辑门概念开始，逐步引入更复杂的组合逻辑和时序逻辑，直至系统设计，结构清晰，适合不同程度的学习者。 理论与实践并重： 每个章节都紧密结合理论讲解，并配有详细的实验项目，强调“做中学”，使读者能够真正理解抽象概念在实际硬件中的体现。 丰富的实例分析： 书中穿插了大量实际的电路设计案例和应用场景，帮助读者理解数字电路的实际价值和应用范围。 系统化的实验指导： 实验部分不仅提供了电路图，还详细说明了实验步骤、注意事项和预期结果，降低了实验操作的难度。 面向未来发展： 引入了FPGA等现代设计工具和技术，为读者指明了进一步深入学习和从事相关工作的方向。 目标读者 本书适合于电子工程、计算机科学、自动化、通信工程等专业的本科生、研究生，以及对数字电路设计有浓厚兴趣的工程师、技术爱好者和相关从业人员。对于希望系统学习数字电路原理和掌握实际动手能力的读者，本书将是一本不可多得的参考指南。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我这种摸爬滚打在数字电路世界里的菜鸟量身定做的！一开始接触数字电路，那些0和1、与非门、或门什么的，在我脑子里就像一团乱麻，别说设计什么小玩意儿了，连基本的电路图都看得云里雾里。学校的教材吧，总觉得讲得太理论，少了点“实操感”。直到我翻开了这本《现代数字电路与逻辑设计实验教程》，感觉像是找到了救星。它不像我之前看的那些书，上来就抛一堆公式和抽象概念，而是从最基础的门电路讲起，每一个概念都配有清晰的图示，然后立刻就跟着一个小的实验示例，让我能动手验证，亲眼看到这些理论是如何在现实中运作的。我特别喜欢它循序渐进的讲解方式，从最简单的组合逻辑，到后面的时序逻辑，每一步都踩得很实，不会让我感到跳跃或者跟不上。而且，这本书在实验指导方面也做得非常到位，不仅仅是给出电路图，还详细讲解了实验步骤、注意事项，甚至连实验结果的分析都给出了指导。我尝试着做了几个书里的实验，比如一个简单的加法器，或者一个基本的触发器，每次都能顺利完成，并且对里面的原理理解得更透彻了。这种“边学边练”的学习方式，真的让我事半功倍。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容安排和深度，对于希望系统性学习数字电路设计的人来说，是一个非常好的选择。它从最基础的逻辑门原理开始，循序渐进地讲解了各种组合逻辑和时序逻辑电路的设计方法，并且在每个章节都提供了相应的实验。我特别欣赏它对一些关键概念的讲解深度，比如竞争冒险、时钟同步等，这些是很多入门书籍容易忽略但又至关重要的细节。书中关于时序电路的讲解，清晰地阐述了触发器、寄存器、计数器等核心组件的工作原理，并给出了如何利用这些组件构建更复杂系统的例子。我通过书中的实验，深刻理解了建立时间和保持时间的重要性，以及如何避免时序违规。此外，这本书也涉及到了使用硬件描述语言（HDL）进行设计，这对于现代数字电路设计来说是必备技能。虽然我之前接触过一些HDL，但这本书提供的例子和讲解，让我对Verilog的理解更加深入，尤其是在如何将HDL代码映射到实际硬件方面，给了我很多启发。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我买这本书之前，对“现代数字电路”这个概念其实有点模糊，总觉得数字电路就那样了，能有多“现代”？但读了这本书之后，我才意识到自己之前的想法有多狭隘。它不仅仅停留在讲解基本的逻辑门和组合/时序电路，更深入地介绍了许多在现代电子设计中至关重要的概念和技术。书中对FPGA（现场可编程门阵列）的介绍，真的是让我眼前一亮。我一直觉得FPGA是那种很高大上的东西，离我这种初学者很远，但这本书用一种非常平易近人的方式，从它的基本原理、开发流程，一直到实际的应用案例，都讲得非常细致。我通过书中的指导，尝试着在开发板上实现了一些简单的逻辑功能，那种成就感真是难以言喻！而且，这本书不仅仅局限于硬件层面，还很注重软件和工具的使用。它详细介绍了常用的EDA（电子设计自动化）工具，比如Verilog HDL的语法和应用，以及如何利用这些工具进行仿真和综合。这对我来说是革命性的，因为我之前只能停留在用面包板和集成电路搭电路的阶段，现在我能通过代码来描述和设计复杂的数字系统了，这极大地扩展了我的设计能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的整体感觉就是“接地气”，而且非常注重实践。我不是那种喜欢死记硬背理论的人，学习技术对我来说，动手才是王道。这本书完美地契合了我的学习习惯。它没有空泛的理论说教，而是用大量的实验作为载体，将抽象的逻辑概念具象化。我最喜欢的部分是它在每个实验章节前，都会先简要回顾相关的理论知识，然后立刻引向实验设计。比如，在讲到状态机的时候，它不是简单地给你一个状态转移图，而是会引导你一步步地设计一个实际的状态机，可能是一个简单的计数器，也可能是一个更复杂的控制器。它会让你思考，如何将抽象的状态和转移条件转化为具体的逻辑电路。而且，它在实验器材的选取和搭建上，也给出了非常实用的建议，很多实验都是基于市面上比较常见的开发板和器件，这让我感觉学习到的知识很容易迁移到实际的项目中。我按照书里的指导，成功搭建了一个小型交通灯控制器，从逻辑设计到硬件实现，每一步都走得很扎实，而且在实验过程中遇到的问题，书里也基本都涵盖了，给出了很有效的解决方案。

评分☆☆☆☆☆

我购买这本书的初衷，是希望能够找到一本能够帮助我理解数字电路基本原理，并能进行实际操作的书籍，而《现代数字电路与逻辑设计实验教程》确实没有让我失望。它不仅仅是一本“教程”，更像是一位耐心的老师，一步步引导我探索数字世界的奥秘。这本书的编排非常合理，逻辑清晰，从简单的逻辑门到复杂的时序电路，再到现代化的FPGA设计，每个阶段都过渡得非常自然。我尤其喜欢书中的实验部分，它不仅仅是给出电路图，而是会深入讲解实验的目的、原理，以及如何进行实验操作。通过亲手搭建电路、编写代码、进行仿真，我不再是被动地接受知识，而是主动地去发现、去理解。这本书还涉及到了许多在实际工程中非常重要的概念，比如信号完整性、功耗优化等，这些都是我之前在其他书中很少看到的。通过这本书的学习，我对数字电路设计有了更全面、更深入的认识，也更加自信地去面对未来的学习和工作。