現代數字電路與邏輯設計實驗教程 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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蔡春曉 著

圖書標籤:

• 數字電路
• 邏輯設計
• 實驗教程
• 電子技術
• 高等教育
• 大學教材
• 電路分析
• Verilog
• FPGA
• 數字係統

齣版社： 西安電子科技大學齣版社有限公司

ISBN：9787560640594

版次：1

商品編碼：11904556

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2016-03-01

頁數：156

字數：228000

正文語種：中文

內容簡介

本書是數字邏輯電路課程配套的實驗教材，全書分為數字邏輯電路基礎實驗和基於Quartus的數字邏輯電路實驗兩部分。在基礎實驗中，安排瞭TTL集成邏輯門的邏輯功能與參數測試、組閤邏輯電路的設計與測試、數據選擇器及其應用、編碼器及其應用、譯碼器及其應用、觸發器及其應用、計數器及其應用、順序脈衝和序列信號發生器、移位寄存器及其應用、555時基電路及其應用、A/D、D/A轉換器、簡易數字鍾的設計、可定時多路數顯搶答器的設計等13個實驗內容。基於Quartus的數字邏輯電路實驗部分安排瞭半加器設計、1位全加器設計、4選1數據選擇器設計、譯碼器設計、觸發器設計、計數器設計、有時鍾使能的2位十進製計數器設計、數控分頻器設計、2位十進製頻率計原理圖輸入設計、4位十進製頻率計設計、秒錶設計、計時電路設計、電子搶答器設計、ADC采樣控製電路設計等14個實驗內容。

本書既介紹瞭數字電路的基本元件、基本實驗方法和實驗技巧，又介紹瞭可編程邏輯器件、硬件描述語言（VHDL）及EDA工具和技術，把新技術、新器件及時引入教學實踐環節，體現現代數字係統方法。實驗內容循序漸進，能引導、啓發學生的主動性和創造性。

前言/序言

《數字電路基礎：原理、實踐與應用》 內容梗概 本書是一本麵嚮初學者和進階者的數字電路設計與分析的綜閤性教材，旨在為讀者構建紮實的數字電路理論基礎，並引導他們掌握實際的電路設計和實驗技能。全書以清晰的邏輯脈絡，從最基礎的二進製概念齣發，逐步深入到復雜數字係統的構成原理，強調理論與實踐的緊密結閤，並通過豐富的實例和實驗項目，幫助讀者理解抽象的數字邏輯如何在實際硬件中得以實現和應用。 第一部分：數字世界的基礎 本部分將讀者引入數字電路設計的宏觀世界，從最基本的概念齣發，為後續深入的學習奠定堅實基礎。 第一章：二進製數與邏輯運算 二進製錶示法： 詳細介紹二進製數的概念，包括位、字節、字等基本單位，以及如何進行不同進製之間的轉換（二進製、十進製、十六進製）。本章會通過大量示例，讓讀者熟悉二進製數的運算規則。 邏輯門的基本原理： 引入布爾代數作為數字邏輯的數學基礎，詳細講解最基本的邏輯門電路，包括AND門、OR門、NOT門，以及它們在邏輯功能上的描述和真值錶。 組閤邏輯運算： 介紹更復雜的邏輯運算，如NAND門、NOR門、XOR門、XNOR門，並闡述它們的邏輯功能和在電路實現上的重要性。我們將分析這些門電路如何組閤，構成更復雜的邏輯功能。 布爾代數定律與化簡： 深入學習布爾代數的核心定律，如交換律、結閤律、分配律、德摩根定律等，並演示如何利用這些定律對邏輯錶達式進行化簡，從而優化電路設計，減少元件數量。 邏輯函數的錶示方法： 講解不同形式的邏輯函數錶示，包括真值錶、卡諾圖（Karnaugh Map）和布爾錶達式，並重點介紹卡諾圖在邏輯函數簡化中的直觀性和有效性。 第二章：組閤邏輯電路設計 組閤邏輯電路的定義與特性： 明確組閤邏輯電路的特點，即其輸齣僅取決於當前輸入，不受曆史狀態影響。 常用組閤邏輯電路模塊： 編碼器與解碼器： 詳細講解各種編碼器（如優先編碼器）和解碼器（如BCD轉七段數碼管解碼器）的功能、電路結構和設計方法，並通過實例說明其應用。 多路選擇器（MUX）： 深入理解多路選擇器的工作原理，包括數據選擇和控製信號的作用，以及如何用多路選擇器實現任意邏輯函數。 數據分配器（DEMUX）： 講解數據分配器的功能，即根據控製信號將數據分發到不同的輸齣端，並介紹其在信號路由和控製中的應用。 加法器與減法器： 分析半加器、全加器的構成原理，以及如何串聯或並聯構成多位二進製加法器和減法器，並介紹帶符號數的錶示和減法運算的實現。 比較器： 設計和分析用於比較兩個二進製數大小的電路，包括相等比較、大於、小於等功能。 組閤邏輯電路的設計流程： 總結一個完整的組閤邏輯電路設計步驟，包括需求分析、邏輯函數建立、真值錶繪製、卡諾圖化簡、邏輯錶達式優化以及最終電路圖繪製。 第二部分：時序邏輯電路的奧秘 本部分將帶領讀者進入動態的數字世界，理解電路如何存儲信息和按時序進行操作。 第三章：時序邏輯電路基礎 時序邏輯電路的定義與特點： 區分時序邏輯電路與組閤邏輯電路，強調其輸齣不僅取決於當前輸入，還與電路的狀態（即存儲的信息）有關。 存儲元件：鎖存器（Latch）與觸發器（Flip-Flop）： 鎖存器： 介紹基本的SR鎖存器、D鎖存器等，分析其電平觸發機製和工作特性。 觸發器： 詳細講解各種邊沿觸發器，如SR觸發器、D觸發器、JK觸發器、T觸發器。重點分析其時鍾信號的同步作用，以及不同觸發器在狀態轉換上的區彆和應用場景。 時鍾信號： 講解時鍾信號在同步時序邏輯電路中的重要作用，包括時鍾頻率、占空比、上升沿和下降沿觸發等概念。 時序邏輯電路的狀態圖與狀態錶： 學習如何使用狀態圖和狀態錶來描述和分析時序邏輯電路的行為，這是一種將抽象的電路功能轉化為可視化模型的重要工具。 第四章：常用時序邏輯電路模塊 寄存器（Register）： 講解寄存器作為一組觸發器的組閤，用於存儲多個並行數據，包括移位寄存器（左移、右移、雙嚮移位）和並行輸入/輸齣寄存器。 計數器（Counter）： 異步計數器： 分析不同類型異步計數器的構成原理，如加法計數器、減法計數器、模N計數器。 同步計數器： 講解同步計數器的優勢，包括更快的響應速度和更小的競爭冒險問題，以及如何設計任意功能的同步計數器。 移位寄存器計數器： 介紹利用移位寄存器實現的約翰遜計數器和環形計數器。 狀態機的設計： 有限狀態機（FSM）： 介紹摩爾（Moore）型和米利（Mealy）型有限狀態機模型，以及它們在設計復雜控製器中的應用。 狀態機設計流程： 詳細演示如何從需求描述齣發，設計一個完整狀態機，包括狀態定義、狀態圖繪製、狀態錶建立、觸發器選擇、邏輯電路實現等。 第三部分：高級數字邏輯與係統設計 本部分將理論知識升華，探討更復雜的數字係統構建以及現代設計方法。 第五章：存儲器與可編程邏輯器件 隨機存取存儲器（RAM）： 介紹靜態RAM（SRAM）和動態RAM（DRAM）的工作原理、存儲單元結構、讀寫時序以及接口電路。 隻讀存儲器（ROM）： 講解不同類型的ROM，如掩膜ROM（MROM）、可編程ROM（PROM）、可擦寫可編程ROM（EPROM）、電可擦寫可編程ROM（EEPROM）及其應用。 現場可編程門陣列（FPGA）： 介紹FPGA的基本結構，包括邏輯塊、布綫資源和I/O接口，以及FPGA在數字係統原型設計和批量生産中的優勢。 復雜可編程邏輯器件（CPLD）： 比較CPLD與FPGA的異同，講解CPLD的宏單元和可編程互連結構。 硬件描述語言（HDL）簡介： 簡要介紹Verilog或VHDL等硬件描述語言，說明它們在描述和設計數字電路中的重要性，為讀者後續深入學習打下基礎。 第六章：脈衝、振蕩器與信號處理 脈衝産生電路： 介紹不同類型的脈衝産生器，如單穩態觸發器（One-Shot Multivibrator）及其在信號整形和時序控製中的應用。 振蕩器電路： 講解弛豫振蕩器（如多諧振蕩器）和反饋振蕩器（如RC振蕩器）的工作原理，以及它們在産生時鍾信號等方麵的作用。 數模與模數轉換： 簡要介紹數模轉換器（DAC）和模數轉換器（ADC）的基本原理和類型，以及它們在連接數字世界與模擬世界中的橋梁作用。 第四部分：實驗與實踐 本部分是本書的核心價值體現，強調動手能力和實際操作。 第七章：實驗導引與注意事項 實驗器材介紹： 詳細介紹實驗所需的常用器材，如麵包闆、導綫、電源、邏輯筆、萬用錶、示波器、邏輯分析儀等，並說明它們的使用方法和注意事項。 電子元件識彆與使用： 講解常用電子元件（電阻、電容、三極管、集成電路芯片等）的識彆方法、規格參數及正確使用方法。 實驗安全規範： 強調實驗過程中的安全事項，如用電安全、防止短路、元件保護等。 第八章：基礎邏輯門電路實驗 基本邏輯門功能驗證： 使用集成電路芯片（如74LS係列）搭建AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR等基本邏輯門電路，通過輸入不同組閤，使用LED指示燈或邏輯分析儀驗證其輸齣是否符閤邏輯真值錶。 布爾代數化簡與電路實現： 選擇一個復雜的邏輯函數，通過卡諾圖化簡得到最簡錶達式，然後用最少的邏輯門元件實現該函數，並與直接按原始錶達式實現的電路進行對比。 第九章：組閤邏輯電路設計實驗 編碼器與解碼器實驗： 實現一個簡單的編碼器（如8-to-3編碼器）或解碼器（如3-to-8解碼器），驗證其功能。 多路選擇器與數據分配器實驗： 利用多路選擇器實現一個簡單的邏輯函數，理解其選擇功能。搭建數據分配器，驗證數據分發能力。 加法器/減法器實驗： 實現一個4位二進製加法器，驗證其加法功能，並考慮如何擴展實現減法功能。 第十章：時序邏輯電路設計實驗 觸發器功能驗證： 分彆搭建SR、D、JK、T觸發器電路，在示波器或邏輯分析儀下觀察其在不同時鍾和輸入信號下的狀態翻轉。 寄存器實驗： 搭建一個4位並行輸入/輸齣寄存器，實現數據的存儲和輸齣。搭建一個8位移位寄存器，演示左移、右移操作。 計數器實驗： 實現一個4位異步加法計數器，觀察其計數過程。然後設計一個4位同步加法計數器，比較其工作特性。嘗試實現一個模10計數器。 第十一章：狀態機設計與FPGA入門實驗 簡單狀態機控製器實驗： 設計一個簡單的狀態機控製器，例如交通燈控製器或一個簡單的序列檢測器，並在實驗闆上實現和驗證。 FPGA開發闆入門： 介紹FPGA開發闆的基本組成和使用方法，通過編寫簡單的HDL代碼（如LED閃爍程序）來熟悉FPGA的開發流程，包括代碼編寫、綜閤、布局布綫和下載。 本書特色 循序漸進的教學體係： 從最基礎的二進製和邏輯門概念開始，逐步引入更復雜的組閤邏輯和時序邏輯，直至係統設計，結構清晰，適閤不同程度的學習者。 理論與實踐並重： 每個章節都緊密結閤理論講解，並配有詳細的實驗項目，強調“做中學”，使讀者能夠真正理解抽象概念在實際硬件中的體現。 豐富的實例分析： 書中穿插瞭大量實際的電路設計案例和應用場景，幫助讀者理解數字電路的實際價值和應用範圍。 係統化的實驗指導： 實驗部分不僅提供瞭電路圖，還詳細說明瞭實驗步驟、注意事項和預期結果，降低瞭實驗操作的難度。 麵嚮未來發展： 引入瞭FPGA等現代設計工具和技術，為讀者指明瞭進一步深入學習和從事相關工作的方嚮。 目標讀者 本書適閤於電子工程、計算機科學、自動化、通信工程等專業的本科生、研究生，以及對數字電路設計有濃厚興趣的工程師、技術愛好者和相關從業人員。對於希望係統學習數字電路原理和掌握實際動手能力的讀者，本書將是一本不可多得的參考指南。

評分☆☆☆☆☆

我購買這本書的初衷，是希望能夠找到一本能夠幫助我理解數字電路基本原理，並能進行實際操作的書籍，而《現代數字電路與邏輯設計實驗教程》確實沒有讓我失望。它不僅僅是一本“教程”，更像是一位耐心的老師，一步步引導我探索數字世界的奧秘。這本書的編排非常閤理，邏輯清晰，從簡單的邏輯門到復雜的時序電路，再到現代化的FPGA設計，每個階段都過渡得非常自然。我尤其喜歡書中的實驗部分，它不僅僅是給齣電路圖，而是會深入講解實驗的目的、原理，以及如何進行實驗操作。通過親手搭建電路、編寫代碼、進行仿真，我不再是被動地接受知識，而是主動地去發現、去理解。這本書還涉及到瞭許多在實際工程中非常重要的概念，比如信號完整性、功耗優化等，這些都是我之前在其他書中很少看到的。通過這本書的學習，我對數字電路設計有瞭更全麵、更深入的認識，也更加自信地去麵對未來的學習和工作。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的整體感覺就是“接地氣”，而且非常注重實踐。我不是那種喜歡死記硬背理論的人，學習技術對我來說，動手纔是王道。這本書完美地契閤瞭我的學習習慣。它沒有空泛的理論說教，而是用大量的實驗作為載體，將抽象的邏輯概念具象化。我最喜歡的部分是它在每個實驗章節前，都會先簡要迴顧相關的理論知識，然後立刻引嚮實驗設計。比如，在講到狀態機的時候，它不是簡單地給你一個狀態轉移圖，而是會引導你一步步地設計一個實際的狀態機，可能是一個簡單的計數器，也可能是一個更復雜的控製器。它會讓你思考，如何將抽象的狀態和轉移條件轉化為具體的邏輯電路。而且，它在實驗器材的選取和搭建上，也給齣瞭非常實用的建議，很多實驗都是基於市麵上比較常見的開發闆和器件，這讓我感覺學習到的知識很容易遷移到實際的項目中。我按照書裏的指導，成功搭建瞭一個小型交通燈控製器，從邏輯設計到硬件實現，每一步都走得很紮實，而且在實驗過程中遇到的問題，書裏也基本都涵蓋瞭，給齣瞭很有效的解決方案。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是為我這種摸爬滾打在數字電路世界裏的菜鳥量身定做的！一開始接觸數字電路，那些0和1、與非門、或門什麼的，在我腦子裏就像一團亂麻，彆說設計什麼小玩意兒瞭，連基本的電路圖都看得雲裏霧裏。學校的教材吧，總覺得講得太理論，少瞭點“實操感”。直到我翻開瞭這本《現代數字電路與邏輯設計實驗教程》，感覺像是找到瞭救星。它不像我之前看的那些書，上來就拋一堆公式和抽象概念，而是從最基礎的門電路講起，每一個概念都配有清晰的圖示，然後立刻就跟著一個小的實驗示例，讓我能動手驗證，親眼看到這些理論是如何在現實中運作的。我特彆喜歡它循序漸進的講解方式，從最簡單的組閤邏輯，到後麵的時序邏輯，每一步都踩得很實，不會讓我感到跳躍或者跟不上。而且，這本書在實驗指導方麵也做得非常到位，不僅僅是給齣電路圖，還詳細講解瞭實驗步驟、注意事項，甚至連實驗結果的分析都給齣瞭指導。我嘗試著做瞭幾個書裏的實驗，比如一個簡單的加法器，或者一個基本的觸發器，每次都能順利完成，並且對裏麵的原理理解得更透徹瞭。這種“邊學邊練”的學習方式，真的讓我事半功倍。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容安排和深度，對於希望係統性學習數字電路設計的人來說，是一個非常好的選擇。它從最基礎的邏輯門原理開始，循序漸進地講解瞭各種組閤邏輯和時序邏輯電路的設計方法，並且在每個章節都提供瞭相應的實驗。我特彆欣賞它對一些關鍵概念的講解深度，比如競爭冒險、時鍾同步等，這些是很多入門書籍容易忽略但又至關重要的細節。書中關於時序電路的講解，清晰地闡述瞭觸發器、寄存器、計數器等核心組件的工作原理，並給齣瞭如何利用這些組件構建更復雜係統的例子。我通過書中的實驗，深刻理解瞭建立時間和保持時間的重要性，以及如何避免時序違規。此外，這本書也涉及到瞭使用硬件描述語言（HDL）進行設計，這對於現代數字電路設計來說是必備技能。雖然我之前接觸過一些HDL，但這本書提供的例子和講解，讓我對Verilog的理解更加深入，尤其是在如何將HDL代碼映射到實際硬件方麵，給瞭我很多啓發。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我買這本書之前，對“現代數字電路”這個概念其實有點模糊，總覺得數字電路就那樣瞭，能有多“現代”？但讀瞭這本書之後，我纔意識到自己之前的想法有多狹隘。它不僅僅停留在講解基本的邏輯門和組閤/時序電路，更深入地介紹瞭許多在現代電子設計中至關重要的概念和技術。書中對FPGA（現場可編程門陣列）的介紹，真的是讓我眼前一亮。我一直覺得FPGA是那種很高大上的東西，離我這種初學者很遠，但這本書用一種非常平易近人的方式，從它的基本原理、開發流程，一直到實際的應用案例，都講得非常細緻。我通過書中的指導，嘗試著在開發闆上實現瞭一些簡單的邏輯功能，那種成就感真是難以言喻！而且，這本書不僅僅局限於硬件層麵，還很注重軟件和工具的使用。它詳細介紹瞭常用的EDA（電子設計自動化）工具，比如Verilog HDL的語法和應用，以及如何利用這些工具進行仿真和綜閤。這對我來說是革命性的，因為我之前隻能停留在用麵包闆和集成電路搭電路的階段，現在我能通過代碼來描述和設計復雜的數字係統瞭，這極大地擴展瞭我的設計能力。