(教材)數字電路與邏輯設計 9787113127930 中國鐵道齣版社 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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陳利永，陳傢禎，蔡銀河著 著

圖書標籤:

• 數字電路
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齣版社： 中國鐵道齣版社

ISBN：9787113127930

商品編碼：29424193687

包裝：平裝

齣版時間：2011-06-01

基本信息

書名：(教材)數字電路與邏輯設計

定價：26.00元

作者：陳利永,陳傢禎,蔡銀河著

齣版社：中國鐵道齣版社

齣版日期：2011-06-01

ISBN：9787113127930

字數：

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版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

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編輯推薦

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陳利永、陳傢禎、蔡銀河編寫的《數字電路與邏輯設計》是21世紀高等院校規劃教材。本教材共分6章，內容包括：數字邏輯基礎，組閤邏輯基礎，時序邏輯電路，脈衝産生電路，數/模和模/數轉換器，用VerilogHDL語言設計頻率計的實例，門電路簡介。本書適閤作為電氣信息類各專業本科生學習數字電路與邏輯設計課程的教材。

內容提要

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陳利永、陳傢禎、蔡銀河編寫的《數字電路與邏輯設計》主要介紹數字電子與邏輯設計的基礎知識。主要內容有數字邏輯基礎、組閤邏輯電路、時序邏輯電路、脈衝産生電路、數/模和模/數轉換器，用VerilogHDL語言設計頻率計的實例、門電路簡介。《數字電路與邏輯設計》除瞭介紹上述內容，在附錄部分還介紹瞭如何利用Multisim軟件和MATLAB軟件的仿真功能實現數字電路的仿真，並詳細介紹瞭如何利用QuartusII軟件進行簡單數字係統的編輯和時序仿真的方法，以幫助學生掌握EDA的基本概念和技術。《數字電路與邏輯設計》適閤作為電氣信息類各專業本科生學習數字電路與邏輯設計課程的教材。

目錄

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第1章 數字邏輯基礎 1.1 概述 1.1.1 數字電路與邏輯設計課程所研究的問題 1.1.2 數製 1.1.3 數製的轉換 1.1.4 碼製 1.1.5 數值信息在數字係統中的錶示 1.1.6 實數在數字係統中的錶示 1.1.7 算術運算 1.2 邏輯代數基礎 1.2.1 邏輯“與”關係 1.2.2 邏輯“或”關係 1.2.3 邏輯“非”關係 1.2.4 邏輯運算的復閤關係 1.2.5 正邏輯和負邏輯 1.3 邏輯代數的基本關係式和常用公式 1.3.1 邏輯代數的基本關係式 1.3.2 基本定律 1.3.3 常用的公式 1.3.4 基本定理 1.4 邏輯函數的錶示方法 1.4.1 邏輯函數的錶示方法 1.4.2 邏輯函數的真值錶錶示法 1.4.3 邏輯函數式 1.4.4 邏輯圖 1.4.5 工作波形圖 1.5 邏輯函數式的化簡 1.5.1 公式化簡法 1.5.2 邏輯函數的卡諾圖化簡法 1.5.3 具有無關項的邏輯函數的化簡 1.6 研究邏輯函數的兩類問題 1.6.1 給定係統分析功能 1.6.2 給定邏輯問題設計係統 1.7 用Verlog HDL語言實現三態門的方法 小結 習題和思考題第2章 組閤邏輯基礎 2.1 概述 2.1.1 組閤邏輯電路的特點 2.1.2 組閤邏輯電路的分析和綜閤方法 2.2 常用的組閤邏輯電路 2.2.1 編碼器 2.2.2 優先編碼器 2.2.3 譯碼器 2.2.4 顯示譯碼器 2.2.5 數據選擇器 2.2.6 加法器 2.2.7 數值比較器 2.2.8 隻讀存儲器(ROM) 2.2.9 可編程邏輯器件(PLD) 2.3 綜閤例題 2.4 組閤邏輯電路中的競爭-冒險現象 2.4.1 競爭-冒險現象 2.4.2 競爭-冒險現象的判斷方法 小結 習題和思考題第3章 時序邏輯電路 3.1 概述 3.2 觸發器的電路結構和動作特點 3.2.1 基本RS觸發器的電路結構和動作特點 3.2.2 同步RS觸發器的電路結構和動作特點 3.2.3 主從RS觸發器的電路結構和動作特點 3.2.4 由S傳輸門組成的邊沿觸發器 3.3 觸發器邏輯功能的描述方法 3.3.1 RS觸發器 3.3.2 D觸發器 3.3.3 JK觸發器 3.3.4 T觸發器 3.3.5 觸發器邏輯功能的轉換 3.4 時序邏輯電路的分析方法 3.5 常用的時序邏輯電路 3.5.1 寄存器和移位寄存器 3.5.2 隨機存取存儲器 3.5.3 同步計數器 3.5.4 移位寄存器型計數器和順序脈衝發生器 3.5.5 序列信號發生器 3.6 時序邏輯電路分析設計綜閤例題 小結 習題和思考題第4章 脈衝産生電路，數/模和模/數轉換器 4.1 方波信號發生器 4.1.1 石英晶體振蕩器 4.1.2 555定時器的應用 4.1.3 用555定時器組成施密特電路 4.1.4 用555定時器組成單穩態電路 4.1.5 用555定時器組成多諧振蕩器 4.2 模/數、數/模轉換器概述 4.2.1 權電阻網絡D/A轉換器 4.2.2 A/D轉換器的基本組成 4.2.3 直接A/D轉換器 4.3 A/D和D/A轉換器的使用參數 4.3.1 A/D和D/A轉換器的轉換精度 4.3.2 A/D和D/A轉換器的轉換速度 小結 習題和思考題第5章 用Verilog HDL語言設計頻率計的實例 5.1 數字係統的層次化結構設計 5.2 兩位十進製數字頻率計的層次結構框圖 5.2.1 在QuartusⅡ中實現計數器的電路 5.2.2 在QuartusⅡ中實現測頻時序控製電路的設計 5.2.3 頻率計顯示譯碼器電路的設計 5.2.4 頻率計頂層電路的設計 5.2.5 將設計文件下載到芯片上的方法第6章 門電路簡介 6.1 概述 6.2 TTL集成門電路 6.2.1 TTL門電路的組成及工作原理 6.2.2 TTL門電路的輸入特性麯綫和輸齣特性麯綫 6.2.3 集電極開路的門電路(OC門) 6.2.4 三態門電路(TS門) 6.3 S門電路 6.3.1 CMOS反相器電路的組成和工作原理 6.3.2 CMOS與非門電路的組成和工作原理 6.3.3 CMOS或非門電路的組成和工作原理 6.3.4 CMOS傳輸門電路的組成和工作原理 6.4 集成電路使用知識簡介 6.4.1 集成門電路的主要技術指標 6.4.2 多餘輸入腳的處理 6.4.3 TTL與CMOS的接口電路 小結 習題和思考題附錄A 期末練習題附錄B Multisim軟件在數字電路中的應用附錄C 用MATLAB的Simulink環境實現數字邏輯電路的仿真附錄D EDA技術在數字電路設計中的應用

作者介紹

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文摘

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序言

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引言 在信息時代的浪潮中，數字電路與邏輯設計作為計算機科學、電子工程以及自動化等眾多領域的基礎性學科，其重要性不言而喻。從我們日常使用的智能手機、電腦，到復雜的工業控製係統、航空航天設備，無不建立在數字電路設計的堅實基石之上。理解數字電路的工作原理，掌握邏輯設計的嚴謹方法，是現代科技從業者和愛好者們必不可少的技能。本文將為您詳細介紹數字電路與邏輯設計這一迷人領域的核心概念、發展曆程、關鍵技術及其在現實世界中的廣泛應用，旨在為有意深入瞭解數字世界運作規律的學習者提供一份詳實的導覽。 數字世界的基礎：二進製與邏輯門 我們生活在一個模擬的連續世界，但數字世界則是離散的、由0和1兩個狀態構成的。二進製係統是數字電路的語言，它極大地簡化瞭信號的處理和傳輸。每一個二進製位（bit）可以錶示一個“開”或“關”、“高電平”或“低電平”的狀態。 邏輯門是構建數字電路的最基本單元。它們是實現邏輯運算的電子電路，接收一個或多個輸入信號，並根據特定的邏輯規則産生一個輸齣信號。最基礎的邏輯門包括： 與門 (AND gate): 隻有當所有輸入都為1時，輸齣纔為1。 或門 (OR gate): 隻要有任一輸入為1，輸齣就為1。 非門 (NOT gate): 輸齣的狀態與輸入狀態相反。 與非門 (NAND gate): 與門的輸齣取反，是構建其他邏輯門的基本元件。 或非門 (NOR gate): 或門的輸齣取反，同樣是重要的基本元件。 異或門 (XOR gate): 當輸入狀態不同時，輸齣為1；當輸入狀態相同時，輸齣為0。 同或門 (XNOR gate): 異或門的輸齣取反，當輸入狀態相同時，輸齣為1；當輸入狀態不同時，輸齣為0。 這些簡單的邏輯門組閤起來，就可以實現極其復雜的邏輯功能，構建齣能夠執行各種計算和控製任務的數字係統。 布爾代數：邏輯設計的數學工具 布爾代數是數字邏輯設計的理論基礎。它是一種數學係統，用於處理二值變量（0和1）之間的邏輯關係。布爾代數提供瞭描述和分析邏輯電路的數學工具，使得設計師能夠以嚴謹的方式設計、簡化和優化電路。 布爾代數的核心概念包括： 變量 (Variables): 通常用字母錶示，取值為0或1。 邏輯運算符 (Logical Operators): 如“與”（· 或 AND）、“或”（+ 或 OR）、“非”（' 或 NOT）。 邏輯錶達式 (Logical Expressions): 用變量和邏輯運算符組閤而成的式子，例如 $A cdot B + overline{C}$。 邏輯定律 (Logical Laws): 如交換律、結閤律、分配律、德摩根定律等，這些定律是化簡和證明邏輯錶達式的基石。 通過熟練運用布爾代數，邏輯設計師可以將復雜的邏輯功能用最簡潔、最有效的邏輯錶達式錶示齣來，進而轉化為實際的電路設計。 組閤邏輯電路與時序邏輯電路 數字電路根據其工作特性，主要可以分為兩大類：組閤邏輯電路和時序邏輯電路。 1. 組閤邏輯電路 (Combinational Logic Circuits): 組閤邏輯電路由基本的邏輯門構成，其輸齣僅取決於當前的輸入信號，與電路過去的狀態無關。這意味著，給定一組輸入，組閤邏輯電路的總會産生一個確定的輸齣。 典型的組閤邏輯電路包括： 編碼器 (Encoders): 將多個輸入信號轉換成一個具有代錶性的二進製碼。例如，鍵盤編碼器將按鍵信號轉換成ASCII碼。 譯碼器 (Decoders): 將輸入的二進製碼轉換成一個唯一的輸齣信號。例如，地址譯碼器用於選擇內存中的特定單元。 多路選擇器 (Multiplexers, MUX): 從多個輸入信號中選擇一個，並將其輸齣。可以看作是一個“數據選擇開關”。 分路器 (Demultiplexers, DEMUX): 將一個輸入信號路由到多個輸齣中的一個。可以看作是“數據分發開關”。 加法器 (Adders): 實現二進製數的加法運算，包括半加器和全加器。 比較器 (Comparators): 比較兩個二進製數的大小。 組閤邏輯電路是數字係統中最基本的構建模塊，廣泛應用於數據選擇、地址譯碼、算術運算等場景。 2. 時序邏輯電路 (Sequential Logic Circuits): 與組閤邏輯電路不同，時序邏輯電路的輸齣不僅取決於當前的輸入，還取決於電路過去的狀態，也就是“記憶”功能。這種狀態的改變通常由時鍾信號觸發，因此時序邏輯電路是“有記憶”的。 時序邏輯電路的核心元件是觸發器 (Flip-flops)。觸發器是最基本的記憶單元，可以存儲一位二進製信息（0或1）。常見的觸發器類型包括： SR觸發器: 具有置位(S)和復位(R)輸入，可以設置或清除存儲的狀態。 D觸發器: 隻有一個數據輸入(D)和一個時鍾輸入(CLK)。在時鍾上升沿或下降沿，D的值被鎖存到觸發器中。 JK觸發器: 具有J和K兩個輸入，以及時鍾輸入。它比SR觸發器功能更強大，可以實現翻轉功能。 T觸發器: 隻有一個輸入(T)和一個時鍾輸入。當T為1時，觸發器狀態翻轉；當T為0時，狀態保持不變。 觸發器可以組成更復雜的時序邏輯單元： 寄存器 (Registers): 由多個觸發器組成，用於存儲一組二進製數據。例如，通用寄存器用於存儲CPU的中間結果。 計數器 (Counters): 用於對脈衝信號進行計數。根據計數方式，分為同步計數器和異步計數器，以及增計數器和減計數器。 狀態機 (State Machines): 一種抽象的計算模型，由一組狀態、狀態之間的轉移條件和對應的輸齣組成。狀態機用於描述和設計具有復雜行為的數字係統，例如控製序列、通信協議等。 時序邏輯電路是實現數據存儲、時序控製、狀態轉移等功能的關鍵，構成瞭現代數字係統的核心。 數字邏輯設計的流程與工具 設計一個數字邏輯電路通常遵循一套係統的流程： 1. 需求分析 (Requirement Analysis): 明確電路的功能需求，包括輸入輸齣、性能指標等。 2. 邏輯設計 (Logic Design): 根據需求，使用布爾代數和邏輯門構建邏輯功能。這通常涉及到功能描述（如真值錶、狀態圖）和邏輯錶達式的推導。 3. 邏輯綜閤 (Logic Synthesis): 將抽象的邏輯描述（如硬件描述語言HDL）轉換成實際的邏輯門網錶。這一步通常由EDA (Electronic Design Automation) 工具完成。 4. 電路布局與布綫 (Place and Route): 將邏輯門網錶映射到具體的物理器件（如FPGA或ASIC），並確定它們在芯片上的位置和連接方式。 5. 仿真與驗證 (Simulation and Verification): 使用仿真工具對設計進行功能和時序驗證，確保其滿足設計要求。 6. 物理實現 (Physical Implementation): 將設計製作成實際的硬件芯片。 現代數字邏輯設計越來越依賴於硬件描述語言 (Hardware Description Languages, HDL)，如Verilog和VHDL。HDL允許設計師用一種類似於軟件編程的方式來描述硬件的行為和結構，極大地提高瞭設計效率和可維護性。EDA工具鏈則提供瞭從HDL代碼編寫、仿真、綜閤到布局布綫的完整解決方案。 數字邏輯設計的應用領域 數字電路與邏輯設計是當今幾乎所有電子産品和信息係統的基石，其應用領域極其廣泛： 計算機係統: 中央處理器(CPU)、內存控製器、輸入輸齣接口、圖形處理器(GPU)等核心部件都是由數字邏輯電路組成的。 通信係統: 基站、路由器、調製解調器、無綫通信芯片等都高度依賴於數字信號處理和邏輯控製。 消費電子: 智能手機、平闆電腦、電視、數碼相機、遊戲機等無一不包含復雜的數字邏輯電路。 工業自動化: 可編程邏輯控製器(PLC)、機器人控製係統、傳感器接口等都利用數字邏輯實現精確控製和數據處理。 汽車電子: 發動機控製單元(ECU)、車載信息娛樂係統、自動駕駛係統中的各種傳感器和控製器。 醫療設備: 醫學成像設備、生命體徵監測儀、精密手術機器人等。 航空航天: 導航係統、飛行控製係統、通信係統等對可靠性和性能有極高要求的電子設備。 物聯網 (IoT): 各種智能傳感器、嵌入式控製器、通信模塊，使得設備能夠互聯互通和智能決策。 發展趨勢 隨著技術的不斷進步，數字電路與邏輯設計領域也在持續發展： 集成度不斷提高: 芯片上的晶體管數量呈指數級增長，使得設計能夠實現更復雜的功能。 低功耗設計: 隨著移動設備和嵌入式係統的普及，降低功耗成為重要的設計目標。 並行處理與異構計算: 為瞭應對日益增長的計算需求，多核處理器、GPU以及各種專用加速器得到廣泛應用。 人工智能與機器學習: AI和ML算法的硬件實現，如AI芯片，正成為新的研究熱點。 安全性設計: 在物聯網和敏感數據處理等領域，硬件安全成為設計的重要考量。 結語 數字電路與邏輯設計是一個充滿挑戰與機遇的領域。它不僅是構建現代科技世界的基石，更是理解信息時代運作規律的鑰匙。從最基礎的邏輯門到復雜的微處理器，每一個數字器件都蘊含著精巧的設計和嚴謹的邏輯。深入學習數字電路與邏輯設計，不僅能為個人的科技探索之旅打下堅實基礎，更能為未來的創新與發展貢獻力量。希望這份詳盡的介紹能激發您對數字世界的好奇與熱情，踏上探索之旅。

評分☆☆☆☆☆

這本《數字電路與邏輯設計》真是讓我大開眼界！作為一個初學者，我之前對數字電路的概念一直停留在模糊的狀態，總覺得它離我很遙遠。但這本書的齣現，徹底改變瞭我的看法。它從最基礎的門電路開始，循序漸進地講解瞭各種邏輯運算，比如與門、或門、非門，以及更復雜的異或門、同或門等等。每一個概念都配有清晰的圖示和生動的例子，讓我能夠直觀地理解它們的工作原理。更重要的是，書中並沒有止步於理論知識，而是通過大量的實際應用案例，展示瞭這些基礎邏輯單元是如何構建齣我們日常生活中接觸到的各種數字係統的。從簡單的加法器、減法器，到更復雜的寄存器、計數器，甚至到更宏觀的微處理器架構，我都能夠看到邏輯設計的影子。作者在講解過程中，非常注重知識的係統性和連貫性，讓我感覺每一頁的內容都是為下一頁打基礎，學習起來不會感到突兀或迷茫。而且，書中提供的練習題也是質量上乘，既有鞏固基礎的題目，也有挑戰思維的難題，讓我能夠在實踐中加深對知識的理解和掌握。每次完成一道題目，那種豁然開朗的感覺，真的是太棒瞭！

評分☆☆☆☆☆

最近在學習數字信號處理，過程中經常遇到一些基礎概念的模糊。搜尋瞭一些資料，偶然間看到瞭這本《數字電路與邏輯設計》。這本書的視角非常獨特，它不僅僅局限於講解理論，而是更側重於培養讀者的邏輯思維能力和工程實踐能力。書中關於電路的時序分析和同步設計的講解，讓我深刻體會到數字電路設計中的“時間”和“同步”是多麼的關鍵。它詳細介紹瞭各種時序問題，如競爭冒險，以及如何通過閤理的電路設計和時鍾同步來避免這些問題，這對於我後續學習更復雜的數字係統設計非常有幫助。此外，書中還涉及瞭一些關於可編程邏輯器件（PLD）和現場可編程門陣列（FPGA）的初步介紹，讓我對現代數字電路設計的前沿技術有瞭一個大緻的瞭解。這本書的優點在於，它能夠將相對抽象的概念，通過清晰的圖示和嚴謹的邏輯推導，變得易於理解和掌握。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對計算機科學基礎理論感興趣的學生，我一直在尋找一本能夠係統地介紹數字邏輯基礎的書籍。《數字電路與邏輯設計》這本書，可以說是我遇到的最優秀的一本。它不僅僅停留在理論層麵，而是非常注重將理論與實踐相結閤。書中關於集成電路、微處理器等發展曆程的簡要介紹，雖然篇幅不多，但為我們理解數字電路的重要性以及其發展方嚮提供瞭重要的背景信息。我尤其欣賞書中對不同邏輯傢族的介紹，比如TTL和CMOS，以及它們在實際應用中的優缺點對比，這讓我能夠更全麵地瞭解數字電路的實現方式。書中對於狀態機的設計和分析的講解，更是讓我眼前一亮。雖然狀態機是一個相對復雜的概念，但通過書中生動的圖示和具體的例子，我能夠清晰地理解它的工作流程和應用場景。這本書的排版和設計也十分精美，圖文並茂，閱讀起來非常舒適。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我一直對數字電路領域抱有一種敬畏之心，覺得它就像是高深的科學，普通人很難窺探其中的奧秘。然而，《數字電路與邏輯設計》這本書，卻像一把鑰匙，為我打開瞭這扇神秘的大門。這本書最讓我印象深刻的是它對於“抽象”與“具體”之間關係的巧妙處理。它能夠從非常抽象的邏輯門，一步步推演到實際的硬件實現，例如使用開關、晶體管來構建邏輯門，以及如何將這些邏輯門組閤起來實現復雜的算術運算和控製功能。書中對卡諾圖、邏輯代數等化簡工具的講解，簡直是我的福音。我之前總是被冗長的邏輯錶達式弄得頭暈眼花，但通過學習書中介紹的化簡方法，我能夠輕鬆地找齣最簡潔、最高效的邏輯電路設計方案，這不僅節省瞭硬件資源，也提高瞭電路的性能。而且，書中還穿插瞭一些關於時序邏輯的介紹，雖然這部分內容相對更深入一些，但作者的講解方式仍然保持著清晰的邏輯和易懂的語言，讓我對觸發器、寄存器等核心概念有瞭初步的認識。這本書的編排也十分閤理，每一章都緊密相連，知識點層層遞進，讓我在學習過程中充滿瞭成就感。

評分☆☆☆☆☆

我一直以來都對電子技術充滿好奇，尤其是在現代社會，數字技術幾乎無處不在，瞭解它的底層原理就顯得尤為重要。這本《數字電路與邏輯設計》恰好滿足瞭我的這個需求。它不僅僅是一本枯燥的教材，更像是一本引人入勝的科普讀物，隻不過它講解的是科學原理。書中對於二進製、十進製、十六進製等數字係統的轉換，以及邏輯門電路的布爾代數運算，都講解得非常透徹。我特彆喜歡書中關於組閤邏輯電路和時序邏輯電路的劃分和講解。組閤邏輯電路部分，它講解瞭如何根據真值錶設計齣對應的邏輯電路，並且介紹瞭常見的組閤邏輯電路模塊，如編碼器、譯碼器、多路選擇器、數據選擇器等等，這些模塊在實際的數字係統中扮演著至關重要的角色。而時序邏輯電路部分，則更進一步地引入瞭“時間”的概念，講解瞭觸發器的工作原理，以及如何利用觸發器構建齣計數器、移位寄存器等能夠存儲和處理時序信息的電路。這些知識的掌握，讓我對計算機、手機等數字設備的工作原理有瞭更深刻的理解。