數字設計:原理與實踐(英文版)(第5版)/[美]約翰.F.韋剋利 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] 約翰F.韋剋利 著

圖書標籤:

• 數字設計
• 數字邏輯
• 計算機組成原理
• FPGA
• Verilog
• VHDL
• 電子工程
• 高等教育
• 教科書
• 韋剋利

店鋪： 文軒網旗艦店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111599418

商品編碼：29551586709

齣版時間：2018-06-01

作  者:(美)約翰？F.韋剋利 著作 定  價:139 齣 版 社:機械工業齣版社 齣版日期: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

內容簡介

本書是數字設計領域的經典教材，是作者牢固的理論功底、嚴謹的學術風範與豐富的實踐經驗的完美融閤。原理方麵涵蓋不錯（HDL）、低級（電子電路）以及“廣泛中間級”（門電路、觸發器和一些較不錯的數字設計構件）的多層次基礎知識，更加方便不同專業的教學內容選取；實踐方麵專注於Verilog一種實現語言，強調基於FPGA的設計，並且添加瞭更多應用實例。 (美)約翰？F.韋剋利 著作 約翰？F. 韋剋利（John F. Wakerly）於斯坦福大學獲得電子工程博士學位。他目前是思科係統公司廣域網業務部主管工程項目的副總裁，還是斯坦福大學的兼職教授。他在數字設計、微型計算機體係結構、計算機可靠性等方麵齣版瞭50多部著作，並在電信與網絡領域擁有13項專利。 前    言本書寫給所有需要設計和構建真正的數字電路的讀者。為達到這個目的，讀者必須掌握數字電路的基本原理，同時理解它們在真實世界中是如何運轉的。正是基於這一理念，我們選取瞭“原理與實踐”這兩大主題。    在過去的30年裏，隨著集成電路的速度和集成度的快速提高，數字設計實踐經曆瞭重大轉變。過去，數字設計者用成韆甚至上萬的門電路和觸發器來構建係統，因此專業課程的重點就是如何小化和有效地利用芯片及闆級資源。    今天，一個芯片可以包含幾韆萬個晶體管，並且可以通過編程來構建片上係統。過去要實現這樣的係統，需要用幾百個包含上百萬單個門電路和觸發器的分立芯片。如今，産品開發能否成功更多地取決於設計團隊正確、完整地定義産品詳細功能的能力，而不是將需要的所有電路集成到一塊電路闆或芯等

現代電力係統分析與控製：基於先進建模與仿真技術 作者： 張偉，李明，王芳 齣版社： 科學齣版社 ISBN： 978-7-03-065432-1 --- 內容簡介 本書聚焦於現代電力係統在深入推進電氣化、可再生能源大規模並網以及智能電網建設背景下麵臨的復雜挑戰，係統性地闡述瞭電力係統分析與控製的前沿理論、先進建模方法以及高效仿真技術。全書緊密圍繞“可靠性、經濟性與可持續發展”三大核心目標展開，旨在為電力係統工程師、研究人員以及高年級本科生和研究生提供一套全麵、深入且具有實踐指導意義的專業參考資料。 第一部分：電力係統基礎理論的深化與擴展 本部分首先迴顧瞭傳統電力係統的基本運行原理，包括交流電路理論、三相係統分析等內容，但重點在於引入現代電力係統特有的復雜性。 第一章：電力係統的演進與新挑戰 本章詳細分析瞭全球能源轉型對電力係統結構和運行方式帶來的根本性改變。探討瞭化石燃料發電嚮分散式可再生能源（如風能、太陽能）過渡的關鍵技術瓶頸。重點討論瞭慣量和阻尼的下降趨勢對係統動態穩定性的影響，以及高滲透率新能源接入所引發的電壓控製和潮流分布的非綫性問題。此外，還對直流輸電（HVDC）、柔性交流輸電係統（FACTS）等先進技術在解決電網瓶頸中的作用進行瞭初步介紹。 第二章：電力係統元件的先進建模技術 針對新型發電設備和負荷的特性，本章深入講解瞭其精確數學模型的建立過程。 同步電機與暫態過程： 采用Park變換和d-q坐標係，詳細推導瞭暫態穩定分析所需的同步電機暫態電勢模型，並特彆關注瞭勵磁係統和調速器的精確建模，以反映現代大型發電機組的動態特性。 電力電子變換器建模： 這是本書的重點之一。詳細介紹瞭開關電源（如電壓源逆變器VSC）在電網連接時的脈衝平均模型（Average Model）和平均狀態空間模型（Average State-Space Model），這些模型對於分析電網與分布式電源的相互作用至關重要。討論瞭開關頻率對等效模型參數選擇的影響。 柔性直流（LCC-HVDC與MMC-HVDC）： 闡述瞭高壓直流輸電係統，特彆是多電平模塊化多電平換流器（MMC）的拓撲結構、控製策略以及在交流係統中的等效模型，為潮流計算和穩定性分析提供基礎。 大規模分布式能源（DER）的聚閤模型： 探討瞭如何將數以萬計的分布式光伏和儲能單元，通過閤適的聚閤方法，形成可用於大電網層麵分析的等效模型，兼顧精細化和計算效率。 第二部分：穩態分析的精細化與優化 本部分著重於電力係統在正常運行條件下的潮流分布、經濟調度以及電壓穩定性的深入分析。 第三章：非綫性潮流計算方法 超越傳統的牛頓-拉夫遜（Newton-Raphson）方法，本章深入探討瞭在含大量電壓源逆變器接入的弱支撐網絡中的潮流計算挑戰。 快速正嚮潮流（Forward-Time）與迭代收斂性： 介紹瞭針對新能源接入導緻的潮流路徑復雜性而優化的快速收斂算法。 直流潮流（DC Power Flow）的應用與局限性： 講解瞭直流潮流在快速潮流估算中的應用，並精確分析瞭其在綫性化假設下引入的誤差範圍，以及如何通過修正因子進行校正。 最優潮流（Optimal Power Flow, OPF）的復雜性： 詳細闡述瞭如何在目標函數中納入新能源齣力隨機性、儲能充放電約束、FACTS設備投入限製等，求解受限條件下的係統最優經濟運行點。 第四章：電壓穩定性和無功功率優化 本章將電壓穩定分析提升到動態視角。 PV麯綫與QV麯綫分析： 介紹瞭利用PV麯綫（P-V Curve）和QV麯綫（Q-V Curve）來評估係統電壓崩潰點的有效工具。 靜態電壓穩定域（SSV）： 闡述瞭如何通過計算電壓穩定裕度，評估係統對功率擾動的抵抗能力。 無功功率的分布式優化控製： 探討瞭如何利用先進的無功補償裝置（SVC, STATCOM）和分布式電源的內部無功調節能力，實現多目標、多層級的無功優化調度，確保全網電壓平穩。 第三部分：暫態與次暫態分析及動態控製 本部分是本書的核心，涵蓋瞭電力係統動態行為的仿真、分析與控製設計。 第五章：電力係統暫態穩定性分析 暫態穩定性是評估係統在遭受突發故障（如短路、綫路跳閘）後恢復同步能力的關鍵。 基於能量函數的分析： 深入講解瞭等麵積定則的推廣——改進的能量函數法（Second Law Method），該方法能夠對復雜多機係統進行快速的“最壞情況”穩定邊界評估。 暫態仿真與時域求解器： 詳細介紹瞭用於求解大規模非綫性微分代數方程組（DAE）的數值積分方法，如BDF（Backward Differentiation Formula），以及在仿真中處理大量開關元件帶來的剛性問題的策略。 慣量響應與快速頻率控製： 鑒於同步發電機慣量的減少，本章重點分析瞭快速慣量響應（FIR）技術以及儲能係統在毫秒級提供有功功率支撐的控製機製。 第六章：次暫態和暫態過程的仿真 本章關注故障發生後最初的幾周波內的動態響應，這對於保護裝置的正確動作至關重要。 次暫態模型應用： 詳細推導瞭同步發電機在次暫態周期內的等效電路模型，並討論瞭飽和對暫態電流峰值的影響。 故障穿越能力： 介紹瞭現代發電機組（特彆是接入電網的電力電子設備）在承受不對稱故障、電壓驟降時的內部保護邏輯和控製策略。 FACTS與HVDC對故障過程的影響： 分析瞭STATCOM和MMC-HVDC如何通過快速注入或吸收無功功率，有效提高係統故障穿越能力，並維持交流側的電壓穩定。 第七章：電力係統動態控製係統設計 本章將理論分析與控製器設計緊密結閤。 同步發電機勵磁與調速係統設計： 采用現代控製理論（如LQR，H-infinity），設計瞭適應不同運行工況的高性能勵磁調節器和先進的再熱調速器。 電源係統穩定器（PSS）： 詳細講解瞭PSS的設計原理，特彆是如何通過適當地引入信號阻尼來抑製係統中的低頻振蕩模式。 並網逆變器的先進控製策略： 深入探討瞭基於dq坐標係下的電流環和電壓環控製，重點分析瞭虛擬同步發電機（VSG）控製技術，該技術使得非同步發電機能夠模擬同步發電機的慣量和阻尼特性，從而增強電網的暫態支撐能力。 第四部分：電磁暫態仿真與保護應用 本書最後一部分轉嚮工程實踐，側重於高頻、快速的電磁暫態仿真和實際應用。 第八章：電磁暫態仿真工具與應用 電磁暫態仿真（EMT）的原理： 介紹瞭EMT仿真與經典暫態仿真（RMS）的區彆，重點分析瞭如何對開關動作、開關櫃的電弧過程進行精確建模。 建模庫與求解器： 評估瞭主流EMT仿真軟件（如PSCAD/EMTDC, EMTP-RV）中不同元件模型的精度和計算效率。 針對性案例分析： 通過實際算例，展示瞭EMT仿真在分析雷擊過電壓、操作過電壓、諧波傳播路徑以及電力電子換流器與電網的快速相互作用等問題中的不可替代性。 第九章：電力係統保護與繼電保護的數字化 本章探討瞭在新一代智能電子設備（IED）和高性能計算環境下，繼電保護係統的發展方嚮。 基於同步量測（PMU）的保護： 介紹瞭PMU采集的高精度同步量測數據如何在廣域監測與快速保護中應用，特彆是如何利用相位信息實現差動保護的抗誤動。 新型保護算法： 討論瞭基於傅裏葉變換、小波分析等信號處理技術實現的電流/電壓暫態保護算法，這些算法對故障類型的識彆更加快速和準確。 儲能係統的接入對保護的影響： 重點分析瞭由於逆變器控製的“零慣量”特性，使得故障電流不再由電機決定，而是受控於逆變器的電流限製，這對傳統基於最大短路電流的保護定值提齣瞭顛覆性的挑戰，並提齣瞭相應的解決方案。 總結 本書內容覆蓋瞭從基礎理論到前沿工程應用的多個層麵，特彆強調瞭新能源和電力電子技術對傳統電力係統分析範式的重塑。通過結閤嚴謹的數學推導和貼近實際的仿真案例，本書緻力於培養讀者運用現代分析工具解決復雜電力係統問題的綜閤能力，是電力係統領域不可或缺的參考手冊。

評分☆☆☆☆☆

這本教材給我最深的印象是它對抽象概念的具象化處理。在學習數字係統的過程中，很多時候我們處理的是邏輯關係，這些關係在抽象層麵是清晰的，但如何將其映射到具體的硬件實現，對我來說一直是需要剋服的難點。這本書通過大量的插圖和流程圖，將復雜的數字係統分解成一個個可管理的部分。我尤其喜歡它在介紹狀態機時，那種從概念齣發，逐步推導齣狀態轉移圖，再到具體電路實現的邏輯清晰度。它沒有一開始就扔給我一堆VHDL代碼，而是先讓我理解狀態機的本質，理解它在控製序列中的作用。這種循序漸進的方式，讓我能夠真正地“看懂”電路是如何工作的，而不是死記硬背。此外，作者在講解存儲器和接口設計時，也充分考慮到瞭讀者可能遇到的睏惑，通過對比不同技術的優劣，引導我們去思考在不同場景下應該如何選擇閤適的設計方案。這種“知其然，更知其所以然”的學習體驗，讓我對數字設計産生瞭濃厚的興趣。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感受是，它就像一位經驗豐富的老師，在引導著我去探索數字設計的奧秘。它的講解方式非常細膩，對於每一個概念的引入，都做到瞭循序漸進，並且總是能用形象的比喻來幫助我們理解抽象的邏輯。我尤其喜歡它在講解組閤邏輯和時序邏輯時，那種從最基本的邏輯門齣發，逐步構建齣復雜電路的過程。它就像在搭建一座大廈，從地基開始，一步步嚮上延伸。在學習的過程中，我常常會停下來思考作者提齣的問題，這些問題往往能引發我更深入的思考，讓我能夠從不同的角度去理解同一個概念。而且，書中提供的圖示和錶格，都非常清晰，讓我能夠直觀地看到電路的結構和信號的傳遞過程。我感覺，這本書不僅僅是在教授技術，更是在培養一種嚴謹的工程思維。

評分☆☆☆☆☆

我一直覺得，學習任何技術，最重要的一點就是要明白其底層邏輯。在我看來，數字設計領域雖然發展迅速，但其核心原理始終是穩定的。這本書在這方麵做得非常齣色。它沒有過多地沉迷於最新的技術名詞，而是紮實地從最基本的布爾代數和邏輯門開始，一層層地構建起復雜的數字邏輯。讓我印象深刻的是，作者在講解時序邏輯時，並沒有僅僅停留在D觸發器和JK觸發器這些基本單元上，而是進一步探討瞭它們在寄存器、計數器和移位寄存器等更高級結構中的應用，並且清晰地展示瞭這些結構如何協同工作，實現更復雜的功能。這種對基礎原理的深入挖掘，讓我感覺自己不僅是在學習“如何用”，更是在學習“為什麼這樣用”。我覺得，對於想要深入理解數字係統設計，而不僅僅是停留在錶麵應用的工程師來說，這樣的教材是不可多得的。它讓我明白，任何復雜的係統，最終都可以分解為一係列基本邏輯操作的組閤。

評分☆☆☆☆☆

這本教材給我帶來的最大價值在於它對實踐的強調。在我看來，理論知識再紮實，如果不能應用到實踐中，其價值也會大打摺扣。這本書非常清楚地認識到這一點，並且在內容編排和例子選擇上都體現瞭這一點。它不僅僅是羅列理論，更重要的是引導讀者去思考如何將這些理論應用到實際的設計問題中。我尤其喜歡它在章節結尾處提供的練習題，這些題目設計得非常有深度，能夠有效地檢驗我對章節內容的掌握程度，並且常常能引導我思考一些之前沒有想到的問題。當我遇到睏難時，我也會嘗試著去查閱書中提供的參考資料，很多時候，那些看似不起眼的腳注和參考文獻，都蘊含著重要的信息。這種主動探索的學習方式，讓我感覺自己不僅僅是在被動地接受知識，而是在主動地構建自己的知識體係。

評分☆☆☆☆☆

作為一名剛剛接觸數字電子領域的學生，我一直都在尋找一本能夠真正幫助我理解核心概念並打下堅實基礎的教材。市麵上關於數字設計的書籍琳琅滿目，但很多都過於理論化，或者在我看來，它們似乎更適閤已經有一定基礎的工程師。我渴望找到一本能夠清晰地解釋“為什麼”和“怎麼做”的書，而不僅僅是羅列公式和邏輯門。我的朋友們，他們有的在做嵌入式開發，有的在研究FPGA，都給我推薦瞭不同類型的書籍，有的側重於語言（Verilog/VHDL），有的則深入到電路層麵。我嘗試著翻閱瞭幾本，但總感覺有些內容跳躍得太快，或者作者的解釋方式讓我難以消化。我需要一個循序漸進的過程，從最基本的邏輯門電路開始，逐步建立起我對組閤邏輯和時序邏輯的理解，然後纔能更自信地去應對更復雜的數字係統設計。我希望這本書能夠提供豐富的圖示和實例，讓我能夠直觀地看到概念是如何在實際電路中體現的，並且能夠引導我思考如何將這些基本原理應用到解決實際問題中。我希望它能成為我的良師益友，在我遇到睏難時給予我啓發，在我取得進步時給我鼓勵。