9787040157352 普通高等教育“十五”规划教材:数字电路与逻辑设计 高等教育出版 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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胡锦 著

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出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040157352

商品编码：29564464968

包装：平装

出版时间：2009-02-01

基本信息

书名：普通高等教育“十五”规划教材:数字电路与逻辑设计

定价：25.40元

作者：胡锦

出版社：高等教育出版社

出版日期：2009-02-01

ISBN：9787040157352

字数：

页码：311

版次：2

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.481kg

编辑推荐

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内容提要

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逻辑代数基础、集成逻辑门电路、组合逻辑电路、集成触发器、时序逻辑电路、脉冲波形的产生和整形、数模及模数转换器、大规模集成电路。附录部分的实验和实践环节介绍了与本教材相配套的常用仪器与设备的使用方法、数字电路实验及课程设计。《数字电路与逻辑设计》适合于高等职业学校、高等专科学校、成人高校、本科院校举办的二级职业技术学院，也可供示范性软件职业技术学院、继续教育学院、民办高校、技能型紧缺人才培养使用，还可供本科院校、计算机专业人员和爱好者参考。

目录

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作者介绍

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文摘

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1.数字电路和模拟电路
　　工程上把电信号分为模拟信号和数字信号两大类。模拟信号指在时间上和数值上都是连续变化的信号，如温度、压力、速度、磁场、电场等物理量通过传感器变成的电信号，模拟语音的音频信号和模拟图像的视频信号等。对模拟信号进行传输、处理的电子线路称为模拟电路，如放大器、滤波器、信号发生器等。另一类是时间和幅度都是离散的（不连续）信号，称为数字信号，如生产中自动记录零件个数的计数信号，由计算机键盘输入计算机的信号等。对数字信号进行传输、处理的电子线路称为数字电路，如数字钟、数字万用表等都是由数字电路组成的。
　　2.数字电路的特点
　　由于数字电路的工作信号是不连续的数字信号，反映在电路上只有高电平和低电平两种状态，所以数字电路在结构、工作状态、研究内容和分析方法等方面都与模拟电路不同，它具有如下特点：
　　（1）数字电路在稳态时，二极管和三极管处于开关状态。开关的接通和断开两种状态，用二极管或三极管的导通与截止来实现。这和二进制信号的要求是相对应的，因为导通和截止两种状态的外部表现正是电流的有、无，电压的高、低，这种有和无、高和低相对立的两种状态，分别用1和0两个数码来表示。
　　（2）因为数字信号中的l和0没有任何数量的含义，只表示两种不同的状态，所以在数字电路的基本单元电路中，对元件的精度要求不高，允许有较大的误差，电路在工作时只要能可靠地区分开1和0两种状态就可以了。
　　（3）对于数字电路，人们关心和研究的主要问题是输入信号的状态与输出信号的状态之间的逻辑关系。
　　（4）因研究内容不同，数字电路中不能采用模拟电路的分析方法，而是以逻辑代数作为主要工具，利用真值表、逻辑表达式、波形图等来表示电路的逻辑功能，所以数字电路又称逻辑电路。
　　（5）数字电路不仅具有逻辑运算能力，还具有逻辑推理和逻辑判断能力，因此，人们才能制造出各种数控装置、智能仪表以及数字电子计算机等现代化的科技产品，使其得到广泛的应用。

序言

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探寻数字世界的基石：从逻辑门到复杂系统 本书旨在为广大读者，特别是对电子信息科学、计算机科学及相关工程领域感兴趣的初学者，构建一个全面而深入的数字电路与逻辑设计知识体系。我们深知，理解和掌握数字系统的运作原理，是现代科技发展的基石，也是通往更高层次技术探索的必由之路。因此，本书从最基本的逻辑元素出发，循序渐进地引导读者，直至能够理解和设计复杂的数字集成电路。 第一章：数字世界的基础——二进制与逻辑代数 在我们开始构建复杂的数字系统之前，必须先理解构成这个世界的底层语言。本章将带您深入认识二进制数制，这是所有数字设备处理信息的根本方式。我们将解释二进制数如何表示数据，以及不同进制之间的转换方法，为后续的逻辑运算打下坚实基础。 紧接着，我们将引入数字逻辑的核心——布尔代数。布尔代数是描述和分析数字电路的数学工具。我们将详细介绍布尔代数的基本概念，包括逻辑变量、逻辑运算（AND、OR、NOT、XOR等）及其真值表。通过对这些基本逻辑运算的理解，读者将能够初步掌握如何用数学语言来描述简单的逻辑功能。 第二章：逻辑门电路——数字世界的“积木块” 逻辑门是构建所有数字电路的最基本单元。本章将详细介绍各种基本逻辑门电路，包括AND门、OR门、NOT门、NAND门、NOR门、XOR门和XNOR门。我们将剖析这些逻辑门的内部结构，理解它们是如何通过晶体管等半导体器件实现的，并详细阐述它们的逻辑功能和时序特性。 在此基础上，我们将进一步探讨由基本逻辑门组合而成的各种组合逻辑电路。读者将学习如何根据给定的逻辑函数，使用基本门电路来实现它。同时，我们将介绍卡诺图（Karnaugh Map）和布尔代数化简等重要方法，用于简化逻辑表达式，优化电路设计，从而达到降低成本、提高效率的目的。 第三章：组合逻辑电路的设计与应用 在本章中，我们将把前两章学到的理论知识付诸实践，深入学习组合逻辑电路的设计方法和典型应用。我们将重点讲解一些重要的组合逻辑电路模块，如编码器（Encoder）和译码器（Decoder）。编码器负责将多个输入信号转换成一个二进制代码，而译码器则相反，将二进制代码转换成特定的输出信号。我们将详细分析它们的原理、结构以及在实际系统中的应用，例如数码管显示驱动、存储器地址选择等。 此外，本书还将重点介绍数据选择器（Multiplexer，MUX）和数据分配器（Demultiplexer，DEMUX）。数据选择器能够根据控制信号从多个输入信号中选择一个输出，常用于信号路由和数据复用。数据分配器则将一个输入信号分发到多个输出中的一个，用于信号分发和逻辑控制。我们将深入理解它们的工作原理，并通过实际例子展示它们在数字系统设计中的重要作用。 第四章：时序逻辑电路——拥有“记忆”的数字系统 与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路的输出不仅取决于当前的输入，还取决于电路过去的状态，即它们具有“记忆”功能。本章将是理解数字系统动态行为的关键。我们将从最基本的存储单元——触发器（Flip-Flop）讲起，包括RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器。我们将详细介绍这些触发器的结构、工作原理、状态转移特性以及它们之间的转换方法。 基于触发器，我们将进一步介绍各种时序逻辑电路，包括寄存器（Register）和计数器（Counter）。寄存器用于存储一组二进制数据，是构成存储器和处理器内部运算单元的重要组成部分。计数器则能够按照预设的规则进行状态的循环，是实现定时、分频、频率合成等功能的核心。我们将详细讲解各种寄存器（如移位寄存器）和计数器（如二进制计数器、十进制计数器、同步/异步计数器）的设计方法和应用场景。 第五章：状态机——控制数字系统的“大脑” 状态机（State Machine）是描述和设计复杂数字逻辑系统的强大工具。本章将深入探讨有限状态机（Finite State Machine，FSM）的概念，包括摩尔（Moore）状态机和米利（Mealy）状态机。我们将解释状态机的组成部分，即状态、输入、输出和状态转移，并详细讲解如何使用状态转移图和状态表来清晰地描述一个系统的行为。 我们将引导读者学习如何从需求出发，设计状态机，并将其转化为具体的逻辑电路。我们将通过一系列实例，例如交通灯控制器、电梯控制系统等，来展示状态机在实际应用中的强大威力。理解状态机设计，将使您能够从更宏观的层面理解和设计复杂的数字控制器。 第六章：半导体存储器——数字信息的“仓库” 信息存储是数字系统不可或缺的一部分。本章将深入介绍各种半导体存储器的原理和分类。我们将详细讲解随机存取存储器（RAM），包括静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM），分析它们的结构、读写时序以及各自的优缺点。 同时，我们还将介绍只读存储器（ROM），包括掩膜ROM（MROM）、可编程ROM（PROM）、可擦写可编程ROM（EPROM）和电可擦写可编程ROM（EEPROM）。我们将阐述它们的存储原理和应用领域，例如用于存储固件、查找表等。了解不同类型存储器的特性，对于设计高效可靠的数字系统至关重要。 第七章：大规模集成电路（LSI）基础——走向现代集成电路 随着集成电路技术的飞速发展，单个芯片上集成的晶体管数量呈指数级增长。本章将为您介绍大规模集成电路（LSI）的基本概念，包括数字集成电路的制造工艺流程（如光刻、刻蚀、离子注入等）以及集成电路的基本结构。 我们将探讨如何将前面章节中学到的逻辑门和模块集成到芯片上，以及如何进行芯片级的设计和验证。我们将介绍硬件描述语言（HDL），如Verilog或VHDL，它们是现代数字集成电路设计的主流工具，能够以文本的方式描述电路的行为和结构，极大地提高了设计效率和可维护性。 第八章：模数转换与数模转换——连接现实世界与数字世界 现实世界中的信息往往是模拟的，而数字系统处理的是数字信号。本章将介绍如何实现模拟信号与数字信号之间的转换。我们将深入讲解模数转换器（ADC）的原理，包括采样、量化和编码等过程，并介绍不同类型的ADC，如逐次逼近型、双积分型、Δ-Σ调制型等。 反之，数模转换器（DAC）则将数字信号转换成模拟信号。我们将详细介绍DAC的原理，包括电阻网络型、权电流型、R-2R梯形网络型等，并分析它们的精度、速度和应用。ADC和DAC是所有涉及现实世界交互的数字系统（如音频、视频处理，传感器接口等）的核心组件。 第九章：数字系统设计流程与工具 在本章中，我们将为您描绘一个完整的数字系统设计流程。从需求分析、系统架构设计，到详细逻辑设计、仿真验证，再到逻辑综合、布局布线和物理实现。我们将介绍在每个阶段所使用的关键工具和技术，例如逻辑仿真器、形式验证工具、逻辑综合器等。 我们还将强调验证的重要性，它是确保数字产品质量的关键环节。通过详尽的仿真和测试，可以及早发现并修正设计中的错误，避免在后续环节中付出更高的代价。 第十章：微处理器与微控制器入门 作为数字逻辑设计的终极应用之一，本章将为您初步介绍微处理器（Microprocessor）和微控制器（Microcontroller）的基本结构和工作原理。我们将解释CPU（中央处理器）的核心组成，包括算术逻辑单元（ALU）、控制器单元和寄存器组，以及它们是如何协同工作的。 我们将探讨指令集架构（ISA）的概念，以及指令的取址、译码和执行过程。我们将简要介绍微控制器的特点，它们将CPU、存储器和外围接口集成在单个芯片上，广泛应用于嵌入式系统设计。 总结 通过对本书的学习，读者将能够建立起扎实的数字电路与逻辑设计理论基础，掌握各种数字逻辑模块的设计方法，并了解现代数字系统设计的基本流程和工具。本书旨在激发读者对数字世界的好奇心，培养其分析和解决复杂数字问题的能力，为他们在未来更广阔的科技领域打下坚实的基础。我们相信，掌握了这些核心知识，您将能更好地理解和驾驭我们日益数字化的世界。

评分☆☆☆☆☆

这本厚厚的书摆在桌上，我花了整整一个下午才勉强把它从头到尾翻完一遍，说实话，那种感觉就像是走进了某个布满精密仪器的迷宫，每一个转角都可能出现新的逻辑门或者波形图。我原本以为“数字电路与逻辑设计”这个名字听起来就够硬核了，没想到内容比我想象的还要扎实得多，简直就是给那些想把晶体管和布尔代数当成母语的人准备的。开篇对数制转换和逻辑代数的介绍，那种严谨到不容置疑的推导过程，让我不禁擦了擦眼镜，生怕自己漏掉了哪个关键的公式。特别是关于卡诺图的章节，作者似乎有一种魔力，能把那些原本令人头疼的最小项和最大项，变得像搭积木一样清晰可见，当然，如果不是我自己的手速跟不上书中例题的推演速度，体验感会更好一些。我记得有一次为了弄懂一个复杂组合逻辑电路的简化过程，我足足在草稿纸上画了三张废弃的图，才终于理清了那个“与非门”的连锁反应。这本书的难度是毋庸置疑的，它要求读者不仅要理解理论，更要能迅速地将其转化为实际的电路图分析能力，那种对细节的极致把控，让人既敬畏又感到一丝压力。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书的结构安排非常符合我们专业课程的学习曲线，它巧妙地将理论深度和应用广度结合了起来。一开始的基础知识铺垫得非常扎实，比如对布尔函数化简的各种定理和代数化简法的详细论述，为后续的复杂系统设计打下了坚实的地基。然而，随着章节的推进，这种“脚踏实地”很快转变为“高屋建瓴”的系统视角。最让我受益匪浅的是关于存储器和总线接口的章节，它不再局限于DRAM或SRAM的基本单元结构，而是详细分析了现代微处理器如何通过复杂的缓存一致性协议和多级总线仲裁机制来高效地访问和管理数据。这种从微观的逻辑门到宏观的系统架构的无缝切换，极大地拓宽了我的视野，让我明白数字电路设计远不止于优化几个与非门。虽然个别插图的分辨率略显模糊，影响了对复杂时序图的即时理解，但这丝毫不影响其作为一本权威参考书的地位。总的来说，这是一本需要反复研读、且每次都能带来新感悟的经典教材。

评分☆☆☆☆☆

我不得不说，这本书的习题部分是其最大的价值所在，但也成了我最大的“噩梦”。不同于很多教材只提供简单的理论验证题，这里的每一道大题都仿佛是一次小型工程设计任务的模拟。比如，有一道题要求设计一个能自动检测并纠正特定错误码的通信接口电路，这不仅仅是画个电路图那么简单，你必须考虑到时钟域的同步、毛刺的抑制，甚至是对芯片引脚的资源分配。我花了整整一个周末才勉强完成其中一个较难的综合题，在调试过程中，我发现自己对状态机的设计思维还是不够开阔，总是陷入局部最优解的陷阱。这本书的编排逻辑非常注重工程实践性，它教会你的不是如何死记硬背公式，而是如何像一个真正的数字系统工程师那样去思考问题：如何用最少的资源实现最多的功能，如何在性能、功耗和成本之间找到那个微妙的平衡点。对于那些渴望从理论走向实践的读者来说，这本书的习题集本身就是一本极佳的进阶教材，只不过，准备好迎接它带来的大量“脑细胞阵亡”吧。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书时，我最先注意到的就是它那略显复古的封面设计，说实话，跟现在市面上那些花里胡哨的教材比起来，它显得低调得有些朴实无华，但内容可是一点都不含糊。我主要想吐槽的是，对于完全没有电路基础的初学者来说，这本书的“友好度”可能稍微欠缺了一点火候。比如，在讲解触发器的建立时间和保持时间时，书中直接引用了大量的时序图和时序约束，对于我这种“半路出家”的学习者来说，光是理解图例上的那些小三角和高低电平的切换时序，就费了不少功夫。我感觉作者似乎默认读者已经对半导体器件的工作原理有着相当的了解，所以很多基础概念的铺垫相对简略，直接就跳入了系统设计的高阶部分。虽然它在复杂同步系统和有限状态机的设计案例上提供了非常详尽的步骤，这一点值得称赞，但如果能在前几章增加一些更形象的比喻或者更贴近生活的应用实例来引入这些概念，相信能帮助更多人顺利跨过最初的“数字门槛”。对于那些目标是考研或者准备深入研究ASIC设计的同学来说，这本书无疑是份量十足的“大餐”，但对于我这种只想应付期末考试的普通学生来说，光是消化这些内容就够呛了。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，简直就是一场与自身逻辑思维极限的较量。它最吸引我的地方，在于其对“为什么”的深入探讨，而不是仅仅停留在“怎么做”的层面。很多其他教材在讲到译码器或多路选择器时，无非就是给出一个真值表和对应的逻辑表达式，然后就草草收场了。但这本教材则花了大量篇幅去分析这些基本组件在不同系统架构中的作用和效率权衡，甚至会对比不同逻辑家族（如TTL和CMOS）在功耗和速度上的内在差异。尤其让我印象深刻的是关于可编程逻辑器件（PLD）的那一部分，作者并没有简单地罗列GAL和CPLD的结构，而是从底层与或阵列的灵活配置，讲到了如何优化硬件描述语言（HDL）的综合结果，那种从物理层面到抽象编程语言的完美衔接感，让人醍醐灌顶。每当我觉得自己快要跟上作者的思路时，书中总会抛出一个更复杂的时序逻辑设计案例，比如异步复位电路的竞争与冒险问题处理，又把我拉回需要打起十二分精神的状态。这本书不是用来“翻阅”的，它是需要你带着笔和计算器，一页一页“啃”下来的硬通货。