数字电子电路及其EDA技术 9787122006714 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王艳芬 著

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出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122006714

商品编码：29661802557

包装：平装

出版时间：2007-07-01

基本信息

书名：数字电子电路及其EDA技术

定价：24.00元

作者：王艳芬

出版社：化学工业出版社

出版日期：2007-07-01

ISBN：9787122006714

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：

商品重量：0.381kg

编辑推荐

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内容提要

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本书突出了高职高专特色，在广泛吸收教学经验和教学成果的基础上，从实际应用角度出发，结合高职课程体系重新整合，突出重点，以够用实用为原则，在课程内容上，围绕数字电子技术、EDA技术与数字系统设计三大主题，体现了“数字电子技术应用”和“数字系统EDA设计”的核心技能。
全书共分9个课题，包括数字电路的认识、EDA技术入门、VHDL硬件描述语言、组合逻辑电路分析与设计、触发器及其应用、时序逻辑电路分析与设计、半导体存储器、A／D、D／A转换、数字电路及其EDA技术课程设计等。
每个课题前都有一个实训，教师可以在课题讲解前进行演示操作，以引发学生的学习兴趣，在课题内容学习后，又可作为学生的实操技能训练项目。每个课题后还附有思考与练习题。
本书可作为高职、高专与成人教育电子技术、电子信息、机电类相关专业教材，也可供有关专业人员参考。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《数字逻辑设计与应用：基础理论与现代实现》 内容简介： 本书旨在为读者构建一个扎实而全面的数字电子电路理论基础，并深入探讨现代电子设计自动化（EDA）技术在数字系统设计中的应用。全书内容严谨，逻辑清晰，从最基础的数字信号和逻辑门的概念出发，逐步深入到复杂的组合逻辑和时序逻辑电路的设计与分析。同时，本书紧密结合工程实践，重点介绍如何运用EDA工具来高效、准确地实现复杂的数字集成电路，为有志于从事集成电路设计、嵌入式系统开发、数字信号处理等领域的读者提供宝贵的知识和技能。 第一部分：数字电路基础理论 第一章：数字信号与逻辑门 本章将详细阐述数字信号与模拟信号的本质区别，引出现代电子技术中数字信号的优势。我们将深入探讨二进制数制及其运算（逻辑加、逻辑乘、逻辑非），为后续的逻辑代数奠定基础。随后，本章将重点介绍最基本的逻辑门电路，包括非门（NOT）、与门（AND）、或门（OR），详细讲解它们的逻辑功能、真值表、逻辑符号以及基本物理实现原理（如晶体管级别的开关特性）。在此基础上，我们将介绍复合逻辑门，如与非门（NAND）、或非门（NOR）、异或门（XOR）和同或门（XNOR），阐述它们如何由基本逻辑门组合而成，并强调NAND和NOR门作为通用逻辑门的优越性。本章的最终目标是让读者深刻理解数字信号的编码方式和最基本的逻辑运算单元。 第二章：布尔代数与逻辑函数简化 本章将系统介绍布尔代数（Boolean Algebra）的公理、定理和基本定律，如交换律、结合律、分配律、德摩根定律、吸收律等。我们将通过实际例子演示如何运用这些定律对复杂的逻辑表达式进行化简。化简不仅能减少电路的复杂度和成本，还能提高电路的性能和可靠性。本章将重点介绍两种经典的逻辑函数简化方法：卡诺图（Karnaugh Map，简称K-map）法和奎恩-麦克拉斯基（Quine-McCluskey，简称Q-M）算法。卡诺图法是一种直观的图形化方法，适用于求解变量较少的逻辑函数；而Q-M算法则是一种代数方法，更适用于求解变量较多的复杂逻辑函数，并为计算机实现逻辑化简提供了理论基础。通过本章的学习，读者将掌握分析和简化任意逻辑函数的方法。 第三章：组合逻辑电路设计 本章将聚焦于组合逻辑电路的设计。组合逻辑电路的特点是其输出仅取决于当前输入，没有记忆功能。我们将从基本的逻辑功能块出发，如编码器（Encoder）、译码器（Decoder）、多路选择器（Multiplexer，简称MUX）和分频器（Demultiplexer，简称DEMUX）。详细讲解它们的工作原理、逻辑表达式、真值表以及在实际系统中的应用，例如在数据选择、地址译码等场景。接着，本章将介绍组合逻辑电路设计的通用流程，包括需求分析、逻辑函数抽象、逻辑化简、电路实现和功能验证。我们将通过多个典型的设计实例，如全加器（Full Adder）、半加器（Half Adder）、减法器（Subtractor）、比较器（Comparator）和串行加法器等，展示如何综合运用所学的布尔代数和逻辑化简技术来设计和实现复杂的组合逻辑功能。 第四章：时序逻辑电路基础 本章将引入时序逻辑电路的概念，这是数字电路设计中的一个重要里程碑。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输入，还取决于电路过去的输入状态，即具有“记忆”功能。本章将重点介绍基本的状态存储单元——触发器（Flip-Flop）。我们将详细讲解不同类型的触发器，包括SR触发器、D触发器、JK触发器和T触发器，深入分析它们的逻辑结构、触发机制（如边沿触发和电平触发）、状态转换图和时序图。此外，本章还将介绍锁存器（Latch）的概念，并与触发器进行对比。理解触发器的工作原理是设计和分析所有更复杂的时序逻辑电路的基础。 第五章：同步时序逻辑电路设计 本章将深入探讨同步时序逻辑电路的设计。同步时序逻辑电路是指所有触发器的时钟信号是同步的，从而保证了整个电路的状态转换是按照统一的时钟周期进行的。我们将详细介绍状态机的概念，包括有限状态机（Finite State Machine，简称FSM）的模型，如米利型（Mealy）状态机和摩尔型（Moore）状态机，并分析它们的设计方法和特点。本章将带领读者完成一个完整的同步状态机设计过程，包括：状态定义、状态分配、状态转换图和表绘制、激励方程的导出以及电路的实现。我们将通过一系列工程上常见的实例，如移位寄存器（Shift Register）、计数器（Counter，包括异步计数器和同步计数器）、串行数据检测器（Serial Data Detector）等，来巩固同步时序逻辑电路的设计技巧。 第六章：异步时序逻辑电路与时钟信号 本章将介绍异步时序逻辑电路的设计。异步时序逻辑电路的触发器之间不共享统一的时钟信号，其状态转换依赖于信号的传播延迟。我们将分析异步电路的优点（如速度快、功耗低）和缺点（如容易产生竞争冒险和毛刺）。本章将重点讨论如何分析和避免异步电路中的竞争冒险（Race Condition）和亚稳态（Metastability）问题，以及采用脉冲触发器等技术来提高电路的鲁棒性。同时，本章将详细阐述时钟信号在同步时序逻辑电路中的作用，包括时钟的频率、占空比、上升沿和下降沿对电路性能的影响。还将介绍时钟分频、时钟倍频以及时钟同步电路等内容，为读者理解更复杂的时序控制打下基础。 第二部分：现代EDA技术与集成电路设计 第七章：硬件描述语言（HDL）入门 本章将正式介绍硬件描述语言（HDL），这是现代数字集成电路设计不可或缺的工具。我们将主要聚焦于Verilog HDL，这是目前业界最广泛使用的HDL之一。本章将从HDL的基本语法结构开始，包括模块（module）、端口（port）、数据类型（如reg, wire）、运算符（算术、逻辑、位运算符）和赋值语句（阻塞性与非阻塞性赋值）。我们将演示如何使用Verilog HDL来描述组合逻辑电路和时序逻辑电路，包括触发器、寄存器、计数器和状态机。通过学习本章，读者将能够使用HDL语言来精确地描述数字电路的功能，为后续的仿真和综合打下基础。 第八章：Verilog HDL进阶应用 在掌握了Verilog HDL的基本语法后，本章将深入探讨更高级的应用。我们将介绍如何使用过程语句（`always`块）的不同敏感列表来描述组合逻辑和时序逻辑，重点讲解`posedge`和`negedge`触发器的行为。本章还将介绍参数化设计（parameterized design）的概念，以及如何使用生成语句（generate statement）来实现代码的复用和灵活性。我们还将讲解如何利用Verilog HDL来描述有限状态机，并介绍一些常见的HDL编码风格和最佳实践，以提高代码的可读性、可综合性和可维护性。此外，本章还将简要介绍SystemVerilog语言，作为Verilog的扩展，它提供了更强大的功能，如面向对象编程、约束随机验证等。 第九章：数字逻辑仿真 本章将详细介绍数字逻辑仿真在集成电路设计流程中的重要性。我们将阐述仿真模型、激励（testbench）的设计以及仿真器的作用。读者将学习如何编写Verilog HDL测试平台来对设计模块进行功能验证。我们将讲解仿真波形（waveform）的生成和分析，以及如何通过仿真来发现和调试设计中的逻辑错误。本章还将介绍不同类型的仿真，包括门级仿真、行为级仿真和 RTL（Register Transfer Level）级仿真，并分析它们各自的适用场景和优缺点。通过本章的学习，读者将能够有效地利用仿真工具来验证其设计的正确性。 第十章：逻辑综合与布局布线 本章将深入探讨数字集成电路设计流程中的逻辑综合（Logic Synthesis）和布局布线（Place and Route）阶段。我们将解释逻辑综合的目标是将HDL描述转化为网表（netlist），生成门级电路，并进行优化以满足时序、面积和功耗等约束。本章将介绍综合工具的基本原理和常用选项，以及如何通过调整综合约束文件（SDC）来影响综合结果。随后，我们将介绍布局布线过程，包括将逻辑门放置在芯片上的物理位置（Placement），以及将它们连接起来（Routing）。我们将讨论布局布线对电路性能的影响，以及如何通过优化布局布线来满足设计目标。本章将概述FPGA（Field-Programmable Gate Array）和ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）的设计流程的区别，并侧重于FPGA的实现技术。 第十一章：FPGA与ASIC设计流程概述 本章将对FPGA和ASIC两种主流的集成电路实现技术进行概述。我们将详细介绍FPGA的内部结构，包括查找表（LUT）、触发器、布线资源和I/O块，以及FPGA的设计流程，从HDL代码编写到比特流（bitstream）生成。我们将对比FPGA和ASIC在设计灵活性、开发周期、成本和性能等方面的差异。本章将强调FPGA在原型验证、小批量生产和低功耗应用中的优势。对于ASIC设计，我们将简要介绍其从RTL设计、综合、物理设计到流片（tape-out）的整个流程，并指出ASIC在高性能、低功耗和大规模生产中的不可替代性。 第十二章：实际应用案例与进阶主题 本章将通过多个实际的应用案例，展示本书所介绍的数字电路设计理论和EDA技术在实际工程中的应用。我们将选取一些典型的数字系统，如简易微处理器、SPI/I2C通信接口、ADC/DAC接口控制器等，并逐步讲解如何使用Verilog HDL进行设计，并通过仿真和FPGA实现来验证其功能。此外，本章还将对一些进阶主题进行简要介绍，例如低功耗设计技术、时序分析（Static Timing Analysis，STA）、可测试性设计（Design for Testability，DFT）以及处理器架构等，为读者进一步深入学习和研究提供指引。 通过本书的学习，读者将能够： 掌握数字逻辑电路的基本原理： 深入理解二进制、布尔代数、逻辑门、组合逻辑和时序逻辑电路的工作机制。 熟练运用EDA工具： 掌握使用Verilog HDL进行电路描述、逻辑仿真和基本综合工具的使用。 具备独立设计能力： 能够分析需求，设计并实现简单的数字逻辑电路。 了解现代集成电路设计流程： 对FPGA和ASIC的设计流程有一个清晰的认识。 为深入学习打下坚实基础： 为进一步学习微处理器设计、嵌入式系统、数字信号处理等相关领域做好准备。 本书适合高等院校电子工程、计算机科学、自动化等专业的学生，以及从事集成电路设计、嵌入式系统开发、硬件工程师等相关工作的技术人员阅读。

评分☆☆☆☆☆

哇，刚翻开这本书，就被它那种深入浅出的讲解方式给吸引住了。作者对基础理论的把握非常到位，不是那种干巴巴的公式堆砌，而是真正能让你理解数字电路的“灵魂”所在。比如，讲到CMOS反相器的工作原理时，他会结合实际的电路图和电压传输特性曲线，用非常形象的比喻来解释阈值电压和噪声容限的概念。我印象特别深的是，书中对逻辑代数和布尔表达式的化简部分，不仅展示了传统的卡诺图方法，还引入了一种更现代、更适合计算机辅助的Quine-McCluskey算法的思路，这对于我们后续学习更复杂的组合逻辑电路设计大有裨益。而且，这本书的插图质量极高，那些电路图和波形图都绘制得非常清晰规范，即便是初次接触数字电路的读者，也能快速定位到关键信息。更值得称赞的是，它似乎很注重培养读者的系统思维，每讲解完一个基本逻辑门，都会立刻引导读者思考如何用这些基本单元去构建更复杂的电路模块，比如译码器、多路复用器等，这种循序渐进的引导，让人感觉学习的每一步都踏实而有方向感。

评分☆☆☆☆☆

这本书的后半部分，那种对系统级思维的强调，真的让人眼前一亮，感觉这已经超越了一本基础教材的范畴，更像是一本面向未来电路工程师的“方法论”手册。在讨论大型组合逻辑和时序系统的设计时，作者非常注重模块化和层次化的设计思想。他反复强调，优秀的数字系统设计，关键在于如何有效地划分边界和定义接口。书中对于流水线技术和异步电路的介绍，虽然篇幅不算冗长，但切中了要害，指出了在提升速度的同时必须付出的代价和需要解决的同步问题。特别是对比分析串行和并行结构效率的部分，提供了详尽的性能指标计算方法，这种量化分析的能力，对于未来进行系统资源分配和性能优化至关重要。读完这部分，我不再只盯着单个门电路的延迟，而是开始习惯于从整个系统的时钟周期和吞吐量角度去审视设计方案的优劣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事节奏掌握得相当老道，尤其是在介绍时序逻辑和存储单元的部分，简直就是一场结构清晰的思维漫步。作者并没有急于抛出触发器的复杂结构，而是先用一个非常生动的例子——“如何设计一个简单的延时电路”——来引出对“锁存”这一概念的需求。接着，他才逐步引入SR锁存器、D触发器，直到JK触发器，每一步的推导都环环相扣，逻辑严密得像瑞士钟表。我特别欣赏它在处理竞争冒险和毛刺问题时的态度，没有回避这些实际工程中令人头疼的“顽疾”，而是用专门的章节去剖析其成因，并提供了多种有效的解决方案，比如增加冗余项或者使用同步逻辑设计。对于我们这些想从理论走向实践的工程师来说，这种对“陷阱”的预警和指导，比单纯的理论阐述更有价值。读完这几章，我对状态机的设计有了一种全新的认识，不再是死记硬背状态转移图，而是能从根本上理解为什么某些设计是鲁棒的，而另一些则容易出错。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，初看这本书的目录，我还有点担心它会不会太偏重理论而忽略了实际应用中的工具链。然而，事实证明我的顾虑是多余的。书中关于EDA工具使用的介绍部分，简直可以算得上是小型的实战指南。它没有局限于某一特定的商业软件，而是提供了一种普适性的设计流程认知。当讲到硬件描述语言（HDL）时，作者并没有简单地把VHDL或Verilog当作一种新的编程语法来介绍，而是将其定位为一种“描述硬件行为和结构”的强大工具。书中给出的代码示例兼顾了可读性和综合性，很多实例都是从零开始构建一个实际功能的模块，比如一个简单的计数器或移位寄存器，然后展示如何用这些代码去进行功能仿真和综合。这种“设计-描述-仿真-验证”的闭环体验，极大地弥补了传统教科书只讲原理不讲实现的遗憾，让读者能真切感受到理论知识是如何转化为可执行的硬件逻辑的。

评分☆☆☆☆☆

这套书的行文风格非常注重逻辑的完整性和概念的辨析，它似乎刻意避免了那些花哨的、短期内可能过时的技术细节，而是专注于那些经过时间检验的、具有普遍适用性的核心概念。例如，在介绍半导体器件基础时，它对PN结和MOS管的物理过程的描述非常审慎和严谨，确保读者理解了电荷运动的本质，而不是仅仅记住几个“输入高电平，输出低电平”的经验法则。这种对基础物理和数学模型的尊重，使得全书的理论根基异常牢固。我特别喜欢它在总结章节时，总是会回顾前面章节的关键概念，并将其提炼成几个核心的“设计原则”或“工程准则”，这些准则简洁有力，便于读者在未来的实际工作中随时回顾和应用。整本书读下来，感觉像经历了一次系统的、结构化的思维重塑，收获的远不止是电路知识，更是一种严谨的工程思维方式。