正版世现代数字电路与逻辑设计实验教程9787563526048袁东明, 史晓东, 陈凌霄 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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袁东明，史晓东，陈凌霄 著

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• 9787563526048
• 袁东明
• 史晓东
• 陈凌霄

店铺： 温文尔雅图书专营店

出版社： 北京邮电大学出版社有限公司

ISBN：9787563526048

商品编码：29596288668

包装：平装

出版时间：2011-03-01

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基本信息

书名：现代数字电路与逻辑设计实验教程

定价：28.00元

作者：袁东明, 史晓东, 陈凌霄

出版社：北京邮电大学出版社有限公司

出版日期：2011-03-01

ISBN：9787563526048

字数：

页码：

版次：5

装帧：平装

开本：16开

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编辑推荐

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内容提要

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本书主要介绍数字电路及逻辑设计实验的相关内容。包括数字实验基础知识、数字逻辑器件等，重点介绍数字可编程器件、EDA工具、VHDL硬件描述语言和数字综合系统设计。本书还将介绍几种数字实验装置，并配有丰富的实验内容，包括数字电路基本实验、EDA基础实验和数字系统综合实验。
本书既介绍了数字电路的基本元件、基本实验方法和实验技巧，又介绍了可编程器件(PLD)、硬件描述语言(VHDL)及EDA工具和技术，把新技术、新器件及时引入教学实践环节，体现现代数字系统的设计方法。实验内容循序渐进，能引导、启发学生的主动性和创新性。
本书可以作为大学本科和专科院校通信、电子工程类各专业的实验教材，也可供相关领域的工程技术人员参考。

目录

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章 概述
1.1 数字集成电路
1.1.1 数字集成电路发展
1.1.2 逻辑器件的选择和使用
1.2 EDA技术及其发展趋势
1.2.1 EDA技术
1.2.2 EDA技术的优势
1.2.3 EDA工具
1.3 数字可编程器件及其发展
1.3.1 数字可编程器件概述
1.3.2 可编程器件的发展趋势
1.4 实验的基本过程
1.4.1 实验预习
1.4.2 实验过程
1.4.3 实验报告
第2章 VHDL语言介绍
2.1 什么是VHDL
2.2 VHDL文字规则
2.3 VHDL设计实例
2.4 VHDL的基本结构
2.4.1 实体(Entity)
2.4.2 结构体(Architecture)
2.4.3 配置(Configuartion)
2.4.4 子程序
2.4.5 库和程序包
2.5 VHDl，语言的数据类型和运算操作符
2.5.1 VHDL语言的对象
2.5.2 VHDL语言的数据类型
2.5.3 VHDL语言的运算操作符
2.6 VHDL语言的主要描述语句
　2.6.1 并行语句
　2.6.2 顺序(sequential)语句
第3章 VHDL设计实例
3.1 用VHDL语言描述组合逻辑电路
3.1.1 简单门电路
3.1.2 编码器
3.1.3 译码器
3.1.4 数据选择器
3.1.5 比较器
3.1.6 加法器
3.2 用VHDL语言描述时序逻辑电路
3.2.1 触发器
3.2.2 寄存器和移位寄存器
3.2.3 计数器
3.2.4 分频器
3.2.5 序列信号发生器
3.3 用VHDL语言实现状态机设计
3.3.1 一般有限状态机的设计
3.3.2 有限状态机设计例程
3.4 VHDL编程注意事项
3.4.1 VHDL代码书写规范与建议
3.4.2 VHDL编码常见问题
第4章 数字系统设计
4.1 数字系统概述
4.2 数字系统设计方法
4.3 数字系统设计的描述方法
4.4 数字系统设计举例
4.5 数字系统的安装与调测
4.5.1 用标准数字芯片实现数字系统时的安装与调测
4.5.2 用PLD专用集成芯片实现数字系统时的安装与调测
4.6 系统优化
4.6.1 面积优化
4.6.2 速度优化
第5章 EDA设计流程及软件使用
　5.1 EDA设计流程
5.1.1 设计输入
　　……
第6章　基本单元电路实验
第7章　EDA基础实验
第8章　数字系统综合实验
附录1　数字实验装置
附录2　常用芯片引脚图

作者介绍

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文摘

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序言

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《数字系统设计与Verilog HDL实践》 引言 现代电子技术的飞速发展，数字系统在各个领域扮演着越来越重要的角色。从消费电子产品到复杂的工业控制系统，再到高性能的通信设备，数字电路的设计与实现构成了其核心。逻辑设计是数字系统设计的基石，而Verilog Hardware Description Language (HDL) 作为一种功能强大的硬件描述语言，已成为数字系统设计、仿真和验证的行业标准。 本书旨在为读者提供一套系统、深入的学习路径，帮助其掌握数字系统设计的原理，并熟练运用Verilog HDL进行实际项目的设计与实现。我们不仅会讲解数字电路的基础知识，更会侧重于如何将这些理论知识转化为可执行的硬件设计，并通过实际的Verilog HDL代码和项目案例来巩固和深化理解。 核心内容概述 本书将从数字电路的基础概念出发，逐步深入到复杂的数字系统设计。我们将涵盖以下几个关键部分： 第一部分：数字逻辑基础与组合逻辑设计 1. 数字电路概述与基本概念： 介绍数字电路与模拟电路的区别，以及数字系统在现代科技中的重要性。 讲解二进制、八进制、十进制和十六进制的数制转换。 详细阐述逻辑门（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR）的功能、真值表和逻辑符号。 介绍布尔代数的基本定理和定律，包括交换律、结合律、分配律、德摩根定理等，以及如何运用它们化简逻辑表达式。 讲解卡诺图（Karnaugh Map）在逻辑函数化简中的应用，包括如何绘制卡诺图、圈出相邻项，以及化简的步骤。 2. 组合逻辑电路设计： 定义组合逻辑电路，即输出仅取决于当前输入的电路。 学习如何根据功能描述设计组合逻辑电路，包括： 编码器（Encoder）： 将一组输入信号转换为一组二进制编码输出，例如十进制到二进制编码器。 译码器（Decoder）： 将二进制输入信号转换为特定输出信号，例如n-to-2^n译码器，以及常见的BCD码译码器（如74LS47）。 多路选择器（Multiplexer，MUX）： 根据选择信号从多个输入信号中选择一个作为输出，例如4选1、8选1多路选择器。 分路器/解复用器（Demultiplexer，DEMUX）： 将一个输入信号路由到多个输出中的一个。 加法器（Adder）： 设计半加器、全加器，以及多位二进制加法器（如行波进位加法器、超前进位加法器），并讲解它们在算术运算中的应用。 减法器（Subtractor）： 利用加法器和二进制补码实现减法。 比较器（Comparator）： 设计用于比较两个二进制数大小的电路。 介绍组合逻辑电路设计的时序问题，如竞争冒险（Race Condition）和险象（Hazard），以及如何消除它们。 第二部分：时序逻辑电路设计 1. 时序逻辑电路基础： 定义时序逻辑电路，即输出不仅取决于当前输入，还取决于电路过去状态的电路。 介绍触发器（Flip-Flop）作为时序逻辑的基本存储单元，包括SR触发器、D触发器、JK触发器、T触发器。 讲解时钟信号（Clock）在时序逻辑中的作用，以及上升沿触发、下降沿触发等概念。 分析触发器的状态转换图和状态表。 2. 寄存器（Register）与移位寄存器（Shift Register）： 讲解寄存器作为一组触发器的集合，用于存储多个比特的数据。 深入研究各种类型的移位寄存器，包括SISO（Serial-In, Serial-Out）、SIPO（Serial-In, Parallel-Out）、PISO（Parallel-In, Serial-Out）、PIPO（Parallel-In, Parallel-Out）等。 展示移位寄存器在数据串行/并行转换、时序控制等方面的应用。 3. 计数器（Counter）： 介绍计数器作为能够对时钟脉冲进行计数的时序电路。 讲解异步计数器（Ripple Counter）和同步计数器（Synchronous Counter）的设计原理和特点。 实现各种计数器，如二进制计数器、十进制计数器（BCD计数器）、可预置计数器、可置零计数器、可逆计数器。 讨论计数器在频率分频、定时控制等方面的应用。 4. 有限状态机（Finite State Machine, FSM）： 引入有限状态机的概念，以及其在控制逻辑设计中的重要性。 区分两种主要的状态机模型：米利型（Mealy Machine）和摩尔型（Moore Machine），并比较它们的异同。 学习如何根据状态转移图和状态表设计和实现有限状态机，包括状态分配、次态逻辑和输出逻辑的设计。 通过实际案例，如交通灯控制器、串行数据检测器等，来演示FSM的设计过程。 第三部分：Verilog HDL编程与应用 1. Verilog HDL基础： 介绍硬件描述语言（HDL）的概念和作用。 Verilog HDL的基本语法结构，包括模块（module）、端口（port）、信号（wire, reg）、赋值（assign, always）。 数据类型和运算符：位向量、整数、逻辑运算符、算术运算符、关系运算符、位运算符、条件运算符。 结构性建模：门级建模、开关级建模（简要介绍）。 行为级建模： `assign`语句：连续赋值，用于组合逻辑。 `always`块： `always @()`：组合逻辑的建模。 `always @(posedge clk)` 或 `always @(negedge clk)`：时序逻辑的建模，时钟敏感。 `always @(posedge clk or negedge reset)`：带复位（异步或同步）的时序逻辑建模。 `initial`块：用于仿真初始化和激励生成。 2. Verilog HDL在组合逻辑设计中的应用： 使用Verilog HDL实现各种组合逻辑电路，如编码器、译码器、多路选择器、加法器、减法器、比较器等。 演示如何通过`assign`语句和`always @()`块来描述组合逻辑。 讲解如何编写可综合（Synthesizable）的Verilog代码，以便成功地映射到FPGA或ASIC硬件。 3. Verilog HDL在时序逻辑设计中的应用： 使用Verilog HDL实现触发器、寄存器、移位寄存器和计数器。 讲解如何通过`always @(posedge clk)`等语句来描述时序逻辑。 演示如何添加同步或异步复位信号。 学习如何设计和实现有限状态机（FSM），包括使用`case`语句或`if-else`语句来描述状态转换。 4. Verilog HDL的高级特性与设计技巧： 参数化设计（Parameter）：使模块更具通用性。 任务（Task）和函数（Function）：代码复用和模块化。 生成块（Generate Block）：用于生成重复结构或条件化实例化。 `for`循环，`while`循环在仿真和代码生成中的应用。 等待语句（`wait`），延迟语句（``）在仿真中的应用。 设计时序约束：建立时间和保持时间的概念。 时钟域处理：跨时钟域信号的同步问题。 第四部分：数字系统设计流程与验证 1. FPGA/ASIC设计流程概述： 从需求分析到最终芯片流片或FPGA配置的完整流程。 RTL（Register Transfer Level）设计。 逻辑综合（Logic Synthesis）：将RTL代码转换为门级网表。 布局布线（Place and Route）：将门级网表映射到目标硬件资源。 时序分析（Timing Analysis）：验证设计是否满足时序要求。 仿真（Simulation）：验证设计的功能正确性。 形式验证（Formal Verification）：提供更强的正确性保证。 2. 测试平台（Testbench）设计与仿真： 讲解测试平台的概念和作用，以及如何使用Verilog HDL编写测试平台。 学习如何生成激励信号、监控设计输出、检查仿真结果。 介绍常用的仿真工具（如ModelSim, VCS, QuestaSim）的基本使用。 编写高效的测试平台以覆盖各种测试场景。 3. 常用数字系统设计实例： SPI、I2C总线控制器： 学习如何设计常用的通信接口。 DRAM控制器（简化版）： 了解内存接口的基本设计。 简单的CPU控制器： 讲解指令解码、状态机控制等概念。 流水线设计（Pipeline Design）： 提高数据吞吐量。 数码管显示控制器： 实际的I/O接口应用。 第五部分：专题与进阶 1. 时序分析深度探讨： 时序路径、时序违例（Setup Time Violation, Hold Time Violation）。 时钟抖动（Clock Jitter）和占空比（Clock Duty Cycle）的影响。 时序优化技术。 2. 亚稳态（Metastability）与同步器（Synchronizer）： 深入理解亚稳态产生的根源。 讲解常用的同步器设计（如两级D触发器同步器）及其原理。 如何处理跨时钟域信号。 3. 低功耗设计（Low Power Design）基础： 简要介绍功耗的来源。 基本低功耗设计技术。 4. 现代数字设计工具链介绍： FPGA开发套件（如Xilinx Vivado, Intel Quartus）。 ASIC设计工具（EDA工具简介）。 本书特色 理论与实践紧密结合： 每一章都辅以详细的Verilog HDL代码示例，让读者能够立即动手实践。 由浅入深，循序渐进： 从最基本的逻辑门到复杂的系统设计，逐步引导读者掌握核心概念。 丰富的案例分析： 通过实际的工程案例，帮助读者理解理论知识在实际项目中的应用。 强调可综合性： 重点讲解如何编写能够成功映射到硬件的可综合Verilog代码。 注重设计流程与验证： 介绍完整的数字系统设计流程，以及如何进行有效的仿真和验证。 面向未来： 覆盖了现代数字设计中重要的概念和技术，为读者未来的学习和工作奠定坚实基础。 目标读者 本书适合以下读者： 高等院校电子工程、计算机科学、自动化等相关专业的本科生和研究生。 从事数字电路设计、FPGA/ASIC开发、嵌入式系统设计的工程师。 对数字逻辑设计和硬件描述语言感兴趣的初学者。 结语 数字系统设计是一门融合了理论深度与实践创造力的学科。通过本书的学习，我们希望能够帮助读者建立扎实的数字逻辑基础，熟练掌握Verilog HDL这一强大的设计工具，并培养出独立解决复杂数字系统设计问题的能力。相信通过不断的学习和实践，读者定能在数字设计的领域取得丰硕的成就。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容组织结构简直是教科书级别的典范，逻辑推进得非常自然流畅，几乎没有跳跃感。作者们显然是深谙教学规律，他们不会上来就抛出那些拗口的理论公式，而是先从实际的案例和应用场景入手，将抽象的数字系统概念“具象化”了。比如讲解触发器的时候，不是干巴巴地罗列真值表，而是通过一个大家都能理解的生活中的“开关状态保持”模型来类比，一下子就抓住了核心。再往后，每一个知识点之间都有清晰的承接关系，上一章的结论立马成为下一章的基石，这种层层递进的学习体验，让我感觉自己不是在被动地接受知识，而是在主动地构建一个完整的认知框架。对于自学人士来说，这种清晰的脉络简直是救星，它让你知道每一步该做什么，每一步的意义是什么，极大地降低了学习数字电路的入门门槛。

评分☆☆☆☆☆

从实验部分的设置来看，这本书显然是紧密结合了当前主流的硬件描述语言（HDL）和仿真工具的实际操作需求。它不仅仅停留在理论层面，而是非常务实地引导读者进行仿真验证和硬件实现。实验指导书的步骤描述详尽到令人称赞，每一个操作指令都交代得清清楚楚，即便是对EDA工具不太熟悉的新手，也能跟着步骤成功跑通第一个测试平台。我尤其欣赏它对错误排查的指导，书中列举了几个常见的设计错误及其对应的波形表现，这极大地提高了调试效率。这本书的实用性远超一般的理论教材，它成功架起了理论知识到工程实践之间的桥梁，让人在学习过程中就能培养出动手能力和解决实际工程问题的本领，这份面向实战的诚意是值得高度赞扬的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常平实且富有亲和力，完全没有那种高高在上的学术腔调，读起来感觉就像是有一位经验丰富的工程师在旁边耐心指导你。作者们在描述一些复杂概念时，会不时地穿插一些形象的比喻或者生活中的小故事来帮助理解，这种“接地气”的表达方式，极大地缓解了初学者面对晦涩理论时的焦虑感。比如，在讲解时序电路同步化问题时，作者用“集体跑步时如何保持步伐一致”来做比喻，一下子就把复杂的时钟域同步问题解释得透彻明了。这种注重沟通、强调理解而非炫耀知识深度的写作态度，让学习过程变得非常愉快和高效。它真正做到了“深入浅出”，而不是“故作高深”，这在技术类书籍中是相当难能可贵的品质。

评分☆☆☆☆☆

我必须得提一下这本书的习题设计，这部分是很多教材最薄弱的环节，但在这本书里，它简直是点睛之笔。习题的难度梯度设置得非常巧妙，从最基础的布尔代数化简，到中等的组合逻辑和时序逻辑设计，再到最后那些需要综合运用多模块知识的系统级设计问题，难度是阶梯式上升的。更重要的是，它不只是考你“会不会算”，更考你“为什么这么算”。很多题目后面都附带了简短的解题思路提示，而不是直接给出最终答案，这迫使我们必须深入思考设计背后的原理，而不是死记硬背公式。我特别喜欢那些开放性的设计题，它们鼓励读者去探索不同的实现方案，培养了我们作为工程师的创新思维和对设计权衡（Trade-off）的理解，这对于未来实际工程应用是至关重要的宝贵经验。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计很有意思，封面采用了一种磨砂质感的纸张，手感很扎实，拿在手里沉甸甸的，给人一种非常专业和靠谱的感觉。尤其是那个排版，字体选择和字号的搭配都非常讲究，阅读起来眼睛一点都不累，即使是长时间盯着那些复杂的电路图和波形图，也不会觉得很吃力。我个人非常注重书籍的物理呈现，一本好的教材不光要有内涵，外在的质感也得跟得上。这本书的印刷质量更是没得说，图像的清晰度极高，即便是那些细微的电阻电容符号，也能看得清清楚楚，这对于初学者来说太重要了，避免了因为看不清图示而产生的困惑。而且书页的纸张厚度适中，翻页的时候很顺滑，没有廉价书籍那种涩涩的感觉。整体来说，这本书在细节上的打磨，体现了出版方对读者的尊重，让人在学习之余，也能享受到阅读的愉悦，绝对是值得收藏的一本工具书。