数字设计:原理与实践(英文版)(第5版)/[美]约翰.F.韦克利 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 约翰F.韦克利 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111599418

商品编码：29551586709

出版时间：2018-06-01

作  者:(美)约翰？F.韦克利 著作 定  价:139 出 版 社:机械工业出版社 出版日期:2018年06月01日 ISBN:9787111599418 ●Contents1 INTRODUCTION 11.1 About Digital Design11.2Analog versus Digital31.3Analog Signals71.4Digital Logic Signals71.5Logic Circuits and Gates91.6Software Aspects of Digital Design131.7Integrated Circuits161.8Logic Families and CMOS191.9CMOS Logic Circuits201.10Programmable Devices251.11Application-Specific ICs271.12Printed-Circuit Boards281.13Digital-Design Levels291.14The Name of the Game331.15Going Forward34Drill Problems342 NUMBER SYSTEMS AND CODES 352.1Positional Number Systems362.2Binary, Octal, and Hexadecimal Numbers372.3Binary-Decimal Conversions392.4Addition and Subtraction of Binary Numbers422.5Representation of Negative Numbers442.5.1Signed-Magnitude Representation2.5.2Complement Number Systems2.5.3Two’s-Complement Representation2.5.4Ones’-Complement Representation2.5.5Excess Representations2.6Two’s-Complement Addition and Subtraction482.6.1Addition Rules2.6.2A Graphical View2.6.3Overflow2.6.4Subtraction Rules2.6.5Two’s-Complement and Unsigned Binary Numbers2.7Ones’-Complement Addition and Subtraction522.8Binary Multiplication542.9Binary Division562.10Binary Codes for Decimal Numbers572.11Gray Code602.12Character Codes622.13Codes for Actions, Conditions, and States642.14n-Cubes and Distance662.15Codes for Detecting and Correcting Errors672.15.1Error-Detecting Codes2.15.2Error-Correcting and Multiple-Error-Detecting Codes2.15.3Hamming Codes2.15.4CRC Codes2.15.5Two-Dimensional Codes2.15.6Checksum Codes2.15.7m-out-of-n Codes2.16Codes for Transmitting and Storing Serial Data782.16.1Parallel and Serial Data2.16.2Serial Line CodesReferences82Drill Problems83Exercises853SWITCHING ALGEBRA AND COMBINATIONAL LOGIC893.1Switching Algebra913.1.1Axioms3.1.2Single-Variable Theorems3.1.3Two- and Three-Variable Theorems3.1.4n-Variable Theorems3.1.5Duality3.1.6Standard Representations of Logic Functions3.2Combinational-Circuit Analysis1043.3Combinational-Circuit Synthesis1103.3.1Circuit Descriptions and Designs3.3.2Circuit Manipulations3.3.3Combinational-Circuit Minimization3.3.4Karnaugh Maps3.4Timing Hazards1223.4.1Static Hazards3.4.2Finding Static Hazards Using Maps3.4.3Dynamic Hazards3.4.4Designing Hazard-Free CircuitsReferences126Drill Problems128Exercises1294DIGITAL DESIGN PRACTICES1334.1Documentation Standards1334.1.1Block Diagrams4.1.2Gate Symbols4.1.3Signal Names and Active Levels4.1.4Active Levels for Pins4.1.5Constant Logic Signals4.1.6Bubble-to-Bubble Logic Design4.1.7Signal Naming in HDL Models4.1.8Drawing Layout4.1.9Buses4.1.10Additional Schematic Information4.2Circuit Timing1544.2.1Timing Diagrams4.2.2Propagation Delay4.2.3Timing Specifications4.2.4Sample Timing Specifications4.2.5Timing Analysis Tools4.3HDL-Based Digital Design1654.3.1HDL History4.3.2Why HDLs?4.3.3EDA Tool Suites for HDLs4.3.4HDL-Based Design FlowReferences172Drill Problems174Exercises1765VERILOG HARDWARE DESCRIPTION LANGUAGE1775.1Verilog Models and Modules1795.2Logic System, Nets, Variables, and Constants1845.3Vectors and Operators1895.4Arrays1935.5Logical Operators and Expressions1945.6Compiler Directives1975.7Structural Models1985.8Dataflow Models2035.9Behavioral Models (Procedural Code)2055.9.1Always Statements and Blocks5.9.2Procedural Statements5.9.3Inferred Latches5.9.4Assignment Statements5.9.5begin-end Blocks5.9.6if and if-else Statements5.9.7case Statements5.9.8Looping Statements5.10Functions and Tasks2205.11The Time Dimension2245.12Simulation2255.13Test Benches2265.14Verilog Features for Sequential Logic Design2325.15Synthesis232References233Drill Problems234Exercises2356BASIC COMBINATIONAL LOGICELEMENTS2376.1Read-Only Memories (ROMs)2406.1.1ROMs and Truth Tables6.1.2Using ROMs for Arbitrary Combinational Logic Functions6.1.3FPGA Lookup Tables (LUTs)6.2Combinational PLDs2466.2.1Programmable Logic Arrays6.2.2Programmable Array Logic Devices6.3Decoding and Selecti

内容简介

本书是数字设计领域的经典教材，是作者牢固的理论功底、严谨的学术风范与丰富的实践经验的完美融合。原理方面涵盖不错（HDL）、低级（电子电路）以及“广泛中间级”（门电路、触发器和一些较不错的数字设计构件）的多层次基础知识，更加方便不同专业的教学内容选取；实践方面专注于Verilog一种实现语言，强调基于FPGA的设计，并且添加了更多应用实例。 (美)约翰？F.韦克利 著作 约翰？F. 韦克利（John F. Wakerly）于斯坦福大学获得电子工程博士学位。他目前是思科系统公司广域网业务部主管工程项目的副总裁，还是斯坦福大学的兼职教授。他在数字设计、微型计算机体系结构、计算机可靠性等方面出版了50多部著作，并在电信与网络领域拥有13项专利。 前    言本书写给所有需要设计和构建真正的数字电路的读者。为达到这个目的，读者必须掌握数字电路的基本原理，同时理解它们在真实世界中是如何运转的。正是基于这一理念，我们选取了“原理与实践”这两大主题。    在过去的30年里，随着集成电路的速度和集成度的快速提高，数字设计实践经历了重大转变。过去，数字设计者用成千甚至上万的门电路和触发器来构建系统，因此专业课程的重点就是如何小化和有效地利用芯片及板级资源。    今天，一个芯片可以包含几千万个晶体管，并且可以通过编程来构建片上系统。过去要实现这样的系统，需要用几百个包含上百万单个门电路和触发器的分立芯片。如今，产品开发能否成功更多地取决于设计团队正确、完整地定义产品详细功能的能力，而不是将需要的所有电路集成到一块电路板或芯等

现代电力系统分析与控制：基于先进建模与仿真技术 作者： 张伟，李明，王芳 出版社： 科学出版社 ISBN： 978-7-03-065432-1 --- 内容简介 本书聚焦于现代电力系统在深入推进电气化、可再生能源大规模并网以及智能电网建设背景下面临的复杂挑战，系统性地阐述了电力系统分析与控制的前沿理论、先进建模方法以及高效仿真技术。全书紧密围绕“可靠性、经济性与可持续发展”三大核心目标展开，旨在为电力系统工程师、研究人员以及高年级本科生和研究生提供一套全面、深入且具有实践指导意义的专业参考资料。 第一部分：电力系统基础理论的深化与扩展 本部分首先回顾了传统电力系统的基本运行原理，包括交流电路理论、三相系统分析等内容，但重点在于引入现代电力系统特有的复杂性。 第一章：电力系统的演进与新挑战 本章详细分析了全球能源转型对电力系统结构和运行方式带来的根本性改变。探讨了化石燃料发电向分散式可再生能源（如风能、太阳能）过渡的关键技术瓶颈。重点讨论了惯量和阻尼的下降趋势对系统动态稳定性的影响，以及高渗透率新能源接入所引发的电压控制和潮流分布的非线性问题。此外，还对直流输电（HVDC）、柔性交流输电系统（FACTS）等先进技术在解决电网瓶颈中的作用进行了初步介绍。 第二章：电力系统元件的先进建模技术 针对新型发电设备和负荷的特性，本章深入讲解了其精确数学模型的建立过程。 同步电机与暂态过程： 采用Park变换和d-q坐标系，详细推导了暂态稳定分析所需的同步电机暂态电势模型，并特别关注了励磁系统和调速器的精确建模，以反映现代大型发电机组的动态特性。 电力电子变换器建模： 这是本书的重点之一。详细介绍了开关电源（如电压源逆变器VSC）在电网连接时的脉冲平均模型（Average Model）和平均状态空间模型（Average State-Space Model），这些模型对于分析电网与分布式电源的相互作用至关重要。讨论了开关频率对等效模型参数选择的影响。 柔性直流（LCC-HVDC与MMC-HVDC）： 阐述了高压直流输电系统，特别是多电平模块化多电平换流器（MMC）的拓扑结构、控制策略以及在交流系统中的等效模型，为潮流计算和稳定性分析提供基础。 大规模分布式能源（DER）的聚合模型： 探讨了如何将数以万计的分布式光伏和储能单元，通过合适的聚合方法，形成可用于大电网层面分析的等效模型，兼顾精细化和计算效率。 第二部分：稳态分析的精细化与优化 本部分着重于电力系统在正常运行条件下的潮流分布、经济调度以及电压稳定性的深入分析。 第三章：非线性潮流计算方法 超越传统的牛顿-拉夫逊（Newton-Raphson）方法，本章深入探讨了在含大量电压源逆变器接入的弱支撑网络中的潮流计算挑战。 快速正向潮流（Forward-Time）与迭代收敛性： 介绍了针对新能源接入导致的潮流路径复杂性而优化的快速收敛算法。 直流潮流（DC Power Flow）的应用与局限性： 讲解了直流潮流在快速潮流估算中的应用，并精确分析了其在线性化假设下引入的误差范围，以及如何通过修正因子进行校正。 最优潮流（Optimal Power Flow, OPF）的复杂性： 详细阐述了如何在目标函数中纳入新能源出力随机性、储能充放电约束、FACTS设备投入限制等，求解受限条件下的系统最优经济运行点。 第四章：电压稳定性和无功功率优化 本章将电压稳定分析提升到动态视角。 PV曲线与QV曲线分析： 介绍了利用PV曲线（P-V Curve）和QV曲线（Q-V Curve）来评估系统电压崩溃点的有效工具。 静态电压稳定域（SSV）： 阐述了如何通过计算电压稳定裕度，评估系统对功率扰动的抵抗能力。 无功功率的分布式优化控制： 探讨了如何利用先进的无功补偿装置（SVC, STATCOM）和分布式电源的内部无功调节能力，实现多目标、多层级的无功优化调度，确保全网电压平稳。 第三部分：暂态与次暂态分析及动态控制 本部分是本书的核心，涵盖了电力系统动态行为的仿真、分析与控制设计。 第五章：电力系统暂态稳定性分析 暂态稳定性是评估系统在遭受突发故障（如短路、线路跳闸）后恢复同步能力的关键。 基于能量函数的分析： 深入讲解了等面积定则的推广——改进的能量函数法（Second Law Method），该方法能够对复杂多机系统进行快速的“最坏情况”稳定边界评估。 暂态仿真与时域求解器： 详细介绍了用于求解大规模非线性微分代数方程组（DAE）的数值积分方法，如BDF（Backward Differentiation Formula），以及在仿真中处理大量开关元件带来的刚性问题的策略。 惯量响应与快速频率控制： 鉴于同步发电机惯量的减少，本章重点分析了快速惯量响应（FIR）技术以及储能系统在毫秒级提供有功功率支撑的控制机制。 第六章：次暂态和暂态过程的仿真 本章关注故障发生后最初的几周波内的动态响应，这对于保护装置的正确动作至关重要。 次暂态模型应用： 详细推导了同步发电机在次暂态周期内的等效电路模型，并讨论了饱和对暂态电流峰值的影响。 故障穿越能力： 介绍了现代发电机组（特别是接入电网的电力电子设备）在承受不对称故障、电压骤降时的内部保护逻辑和控制策略。 FACTS与HVDC对故障过程的影响： 分析了STATCOM和MMC-HVDC如何通过快速注入或吸收无功功率，有效提高系统故障穿越能力，并维持交流侧的电压稳定。 第七章：电力系统动态控制系统设计 本章将理论分析与控制器设计紧密结合。 同步发电机励磁与调速系统设计： 采用现代控制理论（如LQR，H-infinity），设计了适应不同运行工况的高性能励磁调节器和先进的再热调速器。 电源系统稳定器（PSS）： 详细讲解了PSS的设计原理，特别是如何通过适当地引入信号阻尼来抑制系统中的低频振荡模式。 并网逆变器的先进控制策略： 深入探讨了基于dq坐标系下的电流环和电压环控制，重点分析了虚拟同步发电机（VSG）控制技术，该技术使得非同步发电机能够模拟同步发电机的惯量和阻尼特性，从而增强电网的暂态支撑能力。 第四部分：电磁暂态仿真与保护应用 本书最后一部分转向工程实践，侧重于高频、快速的电磁暂态仿真和实际应用。 第八章：电磁暂态仿真工具与应用 电磁暂态仿真（EMT）的原理： 介绍了EMT仿真与经典暂态仿真（RMS）的区别，重点分析了如何对开关动作、开关柜的电弧过程进行精确建模。 建模库与求解器： 评估了主流EMT仿真软件（如PSCAD/EMTDC, EMTP-RV）中不同元件模型的精度和计算效率。 针对性案例分析： 通过实际算例，展示了EMT仿真在分析雷击过电压、操作过电压、谐波传播路径以及电力电子换流器与电网的快速相互作用等问题中的不可替代性。 第九章：电力系统保护与继电保护的数字化 本章探讨了在新一代智能电子设备（IED）和高性能计算环境下，继电保护系统的发展方向。 基于同步量测（PMU）的保护： 介绍了PMU采集的高精度同步量测数据如何在广域监测与快速保护中应用，特别是如何利用相位信息实现差动保护的抗误动。 新型保护算法： 讨论了基于傅里叶变换、小波分析等信号处理技术实现的电流/电压暂态保护算法，这些算法对故障类型的识别更加快速和准确。 储能系统的接入对保护的影响： 重点分析了由于逆变器控制的“零惯量”特性，使得故障电流不再由电机决定，而是受控于逆变器的电流限制，这对传统基于最大短路电流的保护定值提出了颠覆性的挑战，并提出了相应的解决方案。 总结 本书内容覆盖了从基础理论到前沿工程应用的多个层面，特别强调了新能源和电力电子技术对传统电力系统分析范式的重塑。通过结合严谨的数学推导和贴近实际的仿真案例，本书致力于培养读者运用现代分析工具解决复杂电力系统问题的综合能力，是电力系统领域不可或缺的参考手册。

评分☆☆☆☆☆

这本教材给我最深的印象是它对抽象概念的具象化处理。在学习数字系统的过程中，很多时候我们处理的是逻辑关系，这些关系在抽象层面是清晰的，但如何将其映射到具体的硬件实现，对我来说一直是需要克服的难点。这本书通过大量的插图和流程图，将复杂的数字系统分解成一个个可管理的部分。我尤其喜欢它在介绍状态机时，那种从概念出发，逐步推导出状态转移图，再到具体电路实现的逻辑清晰度。它没有一开始就扔给我一堆VHDL代码，而是先让我理解状态机的本质，理解它在控制序列中的作用。这种循序渐进的方式，让我能够真正地“看懂”电路是如何工作的，而不是死记硬背。此外，作者在讲解存储器和接口设计时，也充分考虑到了读者可能遇到的困惑，通过对比不同技术的优劣，引导我们去思考在不同场景下应该如何选择合适的设计方案。这种“知其然，更知其所以然”的学习体验，让我对数字设计产生了浓厚的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚刚接触数字电子领域的学生，我一直都在寻找一本能够真正帮助我理解核心概念并打下坚实基础的教材。市面上关于数字设计的书籍琳琅满目，但很多都过于理论化，或者在我看来，它们似乎更适合已经有一定基础的工程师。我渴望找到一本能够清晰地解释“为什么”和“怎么做”的书，而不仅仅是罗列公式和逻辑门。我的朋友们，他们有的在做嵌入式开发，有的在研究FPGA，都给我推荐了不同类型的书籍，有的侧重于语言（Verilog/VHDL），有的则深入到电路层面。我尝试着翻阅了几本，但总感觉有些内容跳跃得太快，或者作者的解释方式让我难以消化。我需要一个循序渐进的过程，从最基本的逻辑门电路开始，逐步建立起我对组合逻辑和时序逻辑的理解，然后才能更自信地去应对更复杂的数字系统设计。我希望这本书能够提供丰富的图示和实例，让我能够直观地看到概念是如何在实际电路中体现的，并且能够引导我思考如何将这些基本原理应用到解决实际问题中。我希望它能成为我的良师益友，在我遇到困难时给予我启发，在我取得进步时给我鼓励。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感受是，它就像一位经验丰富的老师，在引导着我去探索数字设计的奥秘。它的讲解方式非常细腻，对于每一个概念的引入，都做到了循序渐进，并且总是能用形象的比喻来帮助我们理解抽象的逻辑。我尤其喜欢它在讲解组合逻辑和时序逻辑时，那种从最基本的逻辑门出发，逐步构建出复杂电路的过程。它就像在搭建一座大厦，从地基开始，一步步向上延伸。在学习的过程中，我常常会停下来思考作者提出的问题，这些问题往往能引发我更深入的思考，让我能够从不同的角度去理解同一个概念。而且，书中提供的图示和表格，都非常清晰，让我能够直观地看到电路的结构和信号的传递过程。我感觉，这本书不仅仅是在教授技术，更是在培养一种严谨的工程思维。

评分☆☆☆☆☆

这本教材给我带来的最大价值在于它对实践的强调。在我看来，理论知识再扎实，如果不能应用到实践中，其价值也会大打折扣。这本书非常清楚地认识到这一点，并且在内容编排和例子选择上都体现了这一点。它不仅仅是罗列理论，更重要的是引导读者去思考如何将这些理论应用到实际的设计问题中。我尤其喜欢它在章节结尾处提供的练习题，这些题目设计得非常有深度，能够有效地检验我对章节内容的掌握程度，并且常常能引导我思考一些之前没有想到的问题。当我遇到困难时，我也会尝试着去查阅书中提供的参考资料，很多时候，那些看似不起眼的脚注和参考文献，都蕴含着重要的信息。这种主动探索的学习方式，让我感觉自己不仅仅是在被动地接受知识，而是在主动地构建自己的知识体系。

评分☆☆☆☆☆

我一直觉得，学习任何技术，最重要的一点就是要明白其底层逻辑。在我看来，数字设计领域虽然发展迅速，但其核心原理始终是稳定的。这本书在这方面做得非常出色。它没有过多地沉迷于最新的技术名词，而是扎实地从最基本的布尔代数和逻辑门开始，一层层地构建起复杂的数字逻辑。让我印象深刻的是，作者在讲解时序逻辑时，并没有仅仅停留在D触发器和JK触发器这些基本单元上，而是进一步探讨了它们在寄存器、计数器和移位寄存器等更高级结构中的应用，并且清晰地展示了这些结构如何协同工作，实现更复杂的功能。这种对基础原理的深入挖掘，让我感觉自己不仅是在学习“如何用”，更是在学习“为什么这样用”。我觉得，对于想要深入理解数字系统设计，而不仅仅是停留在表面应用的工程师来说，这样的教材是不可多得的。它让我明白，任何复杂的系统，最终都可以分解为一系列基本逻辑操作的组合。