时代教育·国外高校优秀教材精选：数字设计基础（双语教学版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[英] 威尔金森 著，江捷 注

图书标签:

• 数字设计
• 电路设计
• 逻辑设计
• 计算机组成原理
• 电子工程
• 双语教学
• 国外教材
• 高等教育
• 教材
• 数字电路

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111228387

版次：1

商品编码：10456992

品牌：机工出版

包装：平装

开本：16开

出版时间：2008-01-01

用纸：胶版纸

页数：312

正文语种：中文

内容简介

《数字设计基础（双语教学版）》是专为我国高校双语教学设计的一本教材，是在Barry Wilkinson所著的《数字设计基础》一书的基础上，结合目前数字设计技术的发展和双语教学的需要，增加了Steven Quigley提供的VHDL 硬件描述语言及其典型设计实例，补充了江捷对重点、难点内容的汉语注释。
《数字设计基础（双语教学版）》共分12章，主要讨论了逻辑代数基础、逻辑门、组合逻辑电路、触发器与计数器、时序逻辑电路、可编程逻辑器件、逻辑电路测试、VHDL．硬件描述语言基础和VHDL 程序设计等内容。《数字设计基础（双语教学版）》简明扼要，示例丰富，各章后附有适量习题、推荐阅读文献和习题解答，配合汉语注释，易于阅读。
《数字设计基础（双语教学版）》可作为高等学校电子信息类、电气信息类各专业本科生“数字电子技术”双语教学的教科书，也可作为相关专业“专业英语”教学的参考书。

目录

序
前言
1 数字系统与信息表示
目标与任务
1.1 数字系统领域
1.2 数字系统中数的表示
1.3 二进制数的算术运算
1.4 字母数字混合表示
1.5 数字逻辑电路举例
1.6 小结
1.7 习题
1.8 课外阅读

2 逻辑门
目标与任务
2.1 逻辑信号
2.2 基本逻辑函数
2.3 布尔关系式
2.4 通用逻辑门
2.5 其他逻辑门
2.6 门电路设计
2.7 小结
2.8 习题
2.9 课外阅读

3 组合电路设计
目标与任务
3.1 组合电路
3.2 布尔表达式的实现
3.3 其他实现方法
3.4 逻辑电路的化简
3.5 MSI组合逻辑器件
3.6 小结
3.7 习题
3.8 课外阅读

4 触发器与计数器
目标与任务
4.1 时序电路
4.2 用逻辑门设计存储电路
4.3 触发器
4.4 寄存器
4.5 计数器
4.6 小结
4.7 习题
4.8 课外阅读

5 时序电路设计
目标与任务
5.1 同步时序电路模型
5.2 同步时序电路的设计
5.3 小结
5.4 习题
5.5 课外阅读

6 可编程逻辑器件设计
目标与任务
6.1 可编程逻辑器件（PLDs）
6.2 组合电路PLDs
6.3 时序电路PLDs
6.4 PLD编程工具
6.5 用只读存储器设计电路
6.6 小结
6.7 习题
6.8 课外阅读

7 逻辑电路的测试
目标与任务
7.1 测试的必要性
7.2 故障与故障模型
7.3 组合电路测试向量的生成
7.4 时序电路与复杂系统的测试
7.5 小结
7.6 习题
7.7 课外阅读

8 硬件描述语言的设计动机
目标与任务
8.1 传统设计方法的局限性
8.2 硬件描述语言
8.3 行为描述与结构描述
8.4 综合与仿真
8.5 小结
8.6 课外阅读

9 VHDL简介
目标与任务
9.1 VHDL的简单实例
9.2 词法单元
9.3 IEEE厍
9.4 VHDL的条件信号代入语句
9.5 矢量信号的处理
9.6 小结
9.7 习题
9.8 课外阅读

10 VHDL的行为描述与结构描述
目标与任务
10.1 加法器实例
10.2 全加器的数据流描述
10.3 VHDL的结构描述
10.4 进程语句
10.5 VHDL的顺序描述与并发描述
10.6 小结
10.7 习题
10.8 课外阅读

11 VHDL的仿真
目标与任务
11.1 仿真
11.2 数据流描述的仿真
11.3 结构描述的仿真
11.4 未初始化的逻辑值
11.5 延迟模型
11.6 测试平台法
11.7 小结
11.8 习题
11.9 课外阅读

12 时序电路的VHDL描述
目标与任务
12.1 时钟信号、触发器和寄存器的描述方法
12.2 寄存器传输描述
12.3 时序逻辑设计
12.4 小结
12.5 习题
12.6 课外阅读

前言/序言

《数字设计基础：原理、方法与实践》 引言 在当今信息爆炸、技术飞速发展的时代，数字设计已成为塑造我们生活、工作乃至思维方式的关键力量。从智能手机的界面到复杂的工业控制系统，从虚拟现实的沉浸式体验到人工智能的创新应用，数字设计的触角无处不在。它不仅是技术实现的载体，更是创意表达、用户体验提升和信息高效传递的基石。无论您是立志于投身信息技术、人工智能、嵌入式系统、集成电路设计，还是希望在产品开发、用户界面设计、交互设计等领域有所建树，掌握扎实的数字设计理论与实践知识，都将为您打开通往无限可能的大门。 本书旨在为您构建一个全面、深入且富有条理的数字设计知识体系。我们将从最基础的概念出发，逐步引导您理解数字逻辑的内在规律，掌握分析和设计复杂数字系统的基本方法，并最终能够独立解决实际的数字设计问题。本书的目标是培养您成为一名能够理解、分析、设计和实现各类数字系统的工程师或研究人员，使其能够应对未来技术挑战，并在数字时代激流勇进。 本书内容概述 本书内容覆盖了数字设计领域的核心概念、关键技术和主流方法，力求做到理论与实践相结合，为读者提供一个扎实且实用的学习平台。 第一部分：数字逻辑基础 本部分是整个数字设计学习的起点，将带您走进数字世界的宏观图景。 数字信号与模拟信号： 我们将首先区分模拟信号和数字信号的本质区别，理解数字信号的离散性和二进制表示的优势。这将帮助您理解为何数字技术能够实现如此强大的计算和信息处理能力。 数制与编码： 学习二进制、八进制、十进制、十六进制之间的转换，这是进行数字电路设计的基础。还将介绍BCD码、ASCII码、浮点数表示法等常用编码方式，它们是数据在数字系统中表示和传输的语言。 逻辑门与布尔代数： 这是数字设计的心脏。我们将详细介绍基本的逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）的功能及其逻辑符号，并深入讲解布尔代数的基本定理、公理和公式。通过布尔代数的化简，您可以优化逻辑电路，降低成本和功耗，提高效率。 组合逻辑电路： 掌握如何利用逻辑门和布尔代数设计实现特定功能的组合逻辑电路，如编码器、译码器、多路选择器、加法器、减法器等。我们将通过具体的实例，演示从功能需求到逻辑表达式，再到电路图的设计过程。 时序逻辑电路： 引入“时间”的概念，学习触发器（SR, D, JK, T）的工作原理，它们是构成存储单元和时序系统的基本单元。我们将深入分析锁存器和触发器的区别与联系，以及它们在构建更复杂电路中的作用。 状态机设计： 学习如何利用触发器和组合逻辑设计有限状态机（FSM），包括米利型（Mealy）和摩尔型（Moore）状态机的区别与设计方法。状态机是控制复杂数字系统的核心，它们能够根据输入和当前状态产生相应的输出和转移到下一个状态。 同步与异步时序逻辑： 理解时钟信号在数字系统中的重要性，学习同步时序逻辑的设计原则，以避免亚稳态等问题。同时，也会探讨异步时序逻辑的特点和应用场景。 第二部分：数字系统设计方法学 在本部分，我们将从宏观角度审视数字系统的构建，学习系统化的设计方法。 硬件描述语言（HDL）： 介绍Verilog HDL或VHDL等主流硬件描述语言，学习其语法、数据类型、行为建模、结构建模和数据流建模等。HDL是现代数字集成电路设计不可或缺的工具，它允许设计师用文本描述硬件结构和行为，并能通过EDA工具进行仿真和综合。 逻辑综合： 学习如何使用逻辑综合工具将HDL代码转化为门级网表。理解综合过程中的优化技术，如逻辑优化、寄存器复制、时钟门控等，以生成满足时序、面积和功耗约束的最佳电路。 时序分析： 深入理解时序约束（setup time, hold time）的概念，学习如何进行静态时序分析（STA）以确保数字系统在设计频率下正确工作。掌握识别和解决时序违例（timing violation）的方法。 设计验证： 强调验证在数字设计流程中的重要性。学习功能仿真、形式验证、以及各种高级验证技术，如验证方法学（OVM/UVM）、测试平台搭建等，以确保设计的正确性和可靠性。 可编程逻辑器件（PLD）： 介绍CPLD和FPGA等可编程逻辑器件的结构和工作原理。学习如何将设计好的数字电路映射到这些器件上，并进行下载和调试。 第三部分：常用数字系统模块与应用 本部分将带领读者了解数字设计在实际应用中的具体体现，学习一些重要的数字系统模块。 存储器设计： 学习RAM（SRAM, DRAM）和ROM（PROM, EPROM, EEPROM）的基本原理和设计方法。理解不同类型存储器的特点及其在系统中的应用。 计数器与寄存器： 深入学习各种类型的计数器（同步、异步、移位寄存器、环形计数器等）的设计和应用。它们在时序控制、分频、数据存储等方面扮演着重要角色。 数据转换器： 介绍模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的工作原理，了解其不同的转换技术（逐次逼近、流水线、Σ-Δ等）和性能指标。 总线接口与通信协议： 学习各种常用的总线接口（如I2C, SPI, UART）和通信协议，理解它们在不同设备之间进行数据交换的机制。 微处理器与嵌入式系统基础： 介绍微处理器（CPU）的基本架构，学习如何设计简单的CPU控制器，并了解嵌入式系统的组成和设计流程。 数字信号处理（DSP）入门： 简要介绍数字信号处理的基本概念，如采样、量化、滤波等，并展示数字设计在DSP领域的应用。 第四部分：高级主题与前沿展望 本部分将触及一些更高级的数字设计概念，并展望未来的发展趋势。 低功耗设计技术： 学习各种降低数字电路功耗的策略，如时钟门控、功耗门控、动态电压频率调整（DVFS）等。 异步设计原理： 进一步探讨异步设计方法，了解其在功耗、速度和可靠性方面的优势和挑战。 片上系统（SoC）设计： 介绍SoC的概念、设计流程和关键技术，以及它在现代电子产品中的核心地位。 FPGA设计流程与实例： 结合实际项目，演示使用FPGA实现复杂数字功能的完整流程，包括从需求分析到最终验证的每一个环节。 数字设计与人工智能/机器学习： 探讨数字设计在加速人工智能和机器学习算法方面的重要性，例如定制化ASIC/FPGA的设计，以及相关算法在硬件上的实现。 未来趋势： 展望数字设计领域的发展方向，如量子计算、新型半导体材料、以及更高级别的抽象设计方法等。 学习方法与建议 为了最大化本书的学习效果，我们建议读者采取以下学习策略： 1. 理论与实践并重： 每学习一个概念，都尝试通过仿真工具（如ModelSim, Vivado Simulator, Quartus Prime Simulator）进行验证。动手实践是理解抽象概念的最好方式。 2. 利用EDA工具： 熟悉并熟练使用至少一种主流的EDA（Electronic Design Automation）工具，如Xilinx Vivado, Intel Quartus Prime。这些工具是进行现代数字设计不可或缺的。 3. 项目驱动学习： 尝试完成书中提供的示例项目，或自行设计一些小型数字系统。将所学知识应用于实际项目中，能够极大地加深理解和提高解决问题的能力。 4. 阅读相关文献： 积极查阅相关的技术文档、应用笔记、以及学术论文，了解最新的技术动态和设计方法。 5. 参与社区讨论： 加入相关的在线技术社区或论坛，与其他学习者和工程师交流经验，解决疑难问题。 6. 持续复习与总结： 定期回顾所学内容，形成自己的知识体系和学习笔记，巩固记忆，融会贯通。 结语 数字设计是一门充满挑战与乐趣的学科。它连接着理论的严谨与创意的无限，是构建未来数字世界的基石。本书希望能成为您在这条学习道路上的得力助手，为您提供清晰的指引和坚实的基础。通过系统地学习本书的内容，并辅以大量的实践，您将能够掌握数字设计的核心技能，为您的学术研究或职业生涯打下坚实的基础，最终成为一名优秀的数字系统设计师，为科技进步贡献您的力量。

评分☆☆☆☆☆

作为一名有着多年硬件开发经验的工程师，我一直在寻找一本能够帮助我梳理和巩固数字设计基础知识的参考书。当我看到这本《数字设计基础》时，便毫不犹豫地入手了。这本书的优点在于其系统性和前沿性。作者不仅涵盖了数字设计的经典内容，例如逻辑代数、组合逻辑、时序逻辑等，还对一些现代数字设计技术，如FPGA设计流程和Verilog HDL语言等，给予了比较详细的介绍。双语版的优势在于，能够让我更精准地掌握英文原版教材中的专业术语和表达方式，这对于阅读最新的技术文档和论文非常有帮助。我尤其欣赏书中关于时序逻辑设计的讲解，作者详细分析了时钟信号、建立时间和保持时间等关键概念，并提供了很多实用的设计技巧，这对于避免数字电路中的时序问题至关重要。此外，书中包含的丰富的设计实例和应用案例，也让我对理论知识有了更直观的认识，并且能够从中获得一些实际的设计启发。总而言之，这是一本非常优秀的参考书，无论是对于学生还是有经验的工程师，都具有很高的参考价值。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚刚入门数字设计领域的学生，我一直在寻找一本能够清晰、系统地介绍数字设计基本原理的书籍，并且最好能兼顾中英文对照，以便我能更深入地理解一些专业术语的细微差别。当我翻开这本《数字设计基础》时，首先被其精良的装帧和清晰的排版所吸引。书中的概念讲解循序渐进，从最基础的逻辑门到更复杂的组合逻辑和时序逻辑电路，都给予了详尽的阐述。特别让我印象深刻的是，作者并没有仅仅停留在理论的层面，而是巧妙地将现实世界中的应用场景融入其中，例如在讲解触发器时，就生动地比喻了存储单元的功能，这极大地帮助我理解了抽象的概念。双语对照的设计更是锦上添花，让我能够轻松地将英文术语与中文释义联系起来，在阅读英文文献时也能更加自信。书中大量的图示和实例，也让整个学习过程变得生动有趣，不再是枯燥的文字堆砌。总的来说，这本书为我构建了一个坚实的数字设计知识框架，为我后续的学习打下了坚实的基础，我非常推荐给所有对数字设计感兴趣的初学者。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对计算机科学和硬件交叉领域充满好奇的自学者。在探索数字逻辑的世界时，我曾尝试过许多资料，但总觉得缺乏系统性和深度。直到我遇见了这本《数字设计基础》，才真正感受到了“茅塞顿开”的惊喜。这本书的叙述方式非常清晰，它从最基本的逻辑门电路开始，一步步引导读者深入理解布尔代数、组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计原理。我特别赞赏书中对各种逻辑电路的分析方法，例如真值表、逻辑图和波形图的运用，它们能够非常直观地展现电路的工作过程。双语对照的版式设计，让我能够轻松地在中文和英文之间切换，这对于理解那些难以直接翻译的专业术语尤为重要，也让我有机会接触到更原汁原味的英文技术表达。书中穿插的各种示例，例如译码器、编码器、寄存器和计数器等，都非常贴合实际应用，让我能够看到理论是如何转化为实际功能的。这本书为我打下了坚实的数字设计基础，让我对未来的学习充满了信心，我强烈推荐给所有希望深入了解数字世界运作方式的爱好者。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在校的电子工程专业的本科生，在学习数字电路和微机原理的课程中，常常会遇到一些晦涩难懂的概念。在一次偶然的机会中，我接触到了这本《数字设计基础》，并立刻被它深入浅出的讲解方式所吸引。这本书的编排逻辑非常严谨，首先从二进制数及其运算开始，逐步引入逻辑门、布尔代数等核心概念，然后深入探讨了组合逻辑和时序逻辑电路的设计与分析。我特别喜欢书中关于卡诺图化简和状态机的讲解，作者用了很多非常形象的比喻和实际的例子，让这些复杂的概念变得易于理解。而且，双语版本的优势在我进行英文资料查阅时显露无疑，它帮助我快速定位和理解了许多专业术语的准确含义，极大地提高了我的学习效率。书中还包含了一些典型的数字系统设计实例，例如计数器、移位寄存器等，这些实例不仅加深了我对理论知识的理解，也让我初步体验到了数字系统设计的乐趣。这本书的深度和广度都非常适合我们专业的学生，能够帮助我们扎实掌握数字设计领域的核心知识。

评分☆☆☆☆☆

在我的大学生涯中，数字设计课程一直是我学习的重点和难点。一本好的教材是通往成功的关键。这本《数字设计基础》绝对是我读过的最令人印象深刻的数字设计教材之一。它的优点在于内容的权威性和前沿性。书中对数字设计的原理和方法论进行了全面而深入的阐述，从最基础的逻辑门电路到复杂的微处理器架构，都有详尽的介绍。双语版的优势在于，它极大地便利了我们这些需要与国际前沿技术接轨的学生，能够让我们在理解中文释义的同时，也准确掌握英文的专业术语，这对于我们阅读英文文献、参与国际交流至关重要。我尤其喜欢书中关于存储器原理和数据通路设计的章节，作者用非常清晰的逻辑和丰富的图例，将这些复杂的概念解释得淋漓尽致，让我能够深入理解计算机的底层运作机制。而且，书中还包含了大量的习题和设计项目，这为我们巩固知识、提升实践能力提供了绝佳的机会。这本书不仅是一本教材，更是一位优秀的老师，它为我提供了坚实的理论基础和实践指导，为我未来的学习和职业发展奠定了坚实的基础。