數字電子電路及其EDA技術 9787122006714 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王艷芬 著

圖書標籤:

• 數字電路
• 電子電路
• EDA
• 數字電子技術
• 電路設計
• Verilog
• VHDL
• FPGA
• Quartus
• Modelsim

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齣版社： 化學工業齣版社

ISBN：9787122006714

商品編碼：29661802557

包裝：平裝

齣版時間：2007-07-01

基本信息

書名：數字電子電路及其EDA技術

定價：24.00元

作者：王艷芬

齣版社：化學工業齣版社

齣版日期：2007-07-01

ISBN：9787122006714

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：

商品重量：0.381kg

編輯推薦

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內容提要

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本書突齣瞭高職高專特色，在廣泛吸收教學經驗和教學成果的基礎上，從實際應用角度齣發，結閤高職課程體係重新整閤，突齣重點，以夠用實用為原則，在課程內容上，圍繞數字電子技術、EDA技術與數字係統設計三大主題，體現瞭“數字電子技術應用”和“數字係統EDA設計”的核心技能。
全書共分9個課題，包括數字電路的認識、EDA技術入門、VHDL硬件描述語言、組閤邏輯電路分析與設計、觸發器及其應用、時序邏輯電路分析與設計、半導體存儲器、A／D、D／A轉換、數字電路及其EDA技術課程設計等。
每個課題前都有一個實訓，教師可以在課題講解前進行演示操作，以引發學生的學習興趣，在課題內容學習後，又可作為學生的實操技能訓練項目。每個課題後還附有思考與練習題。
本書可作為高職、高專與成人教育電子技術、電子信息、機電類相關專業教材，也可供有關專業人員參考。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《數字邏輯設計與應用：基礎理論與現代實現》 內容簡介： 本書旨在為讀者構建一個紮實而全麵的數字電子電路理論基礎，並深入探討現代電子設計自動化（EDA）技術在數字係統設計中的應用。全書內容嚴謹，邏輯清晰，從最基礎的數字信號和邏輯門的概念齣發，逐步深入到復雜的組閤邏輯和時序邏輯電路的設計與分析。同時，本書緊密結閤工程實踐，重點介紹如何運用EDA工具來高效、準確地實現復雜的數字集成電路，為有誌於從事集成電路設計、嵌入式係統開發、數字信號處理等領域的讀者提供寶貴的知識和技能。 第一部分：數字電路基礎理論 第一章：數字信號與邏輯門 本章將詳細闡述數字信號與模擬信號的本質區彆，引齣現代電子技術中數字信號的優勢。我們將深入探討二進製數製及其運算（邏輯加、邏輯乘、邏輯非），為後續的邏輯代數奠定基礎。隨後，本章將重點介紹最基本的邏輯門電路，包括非門（NOT）、與門（AND）、或門（OR），詳細講解它們的邏輯功能、真值錶、邏輯符號以及基本物理實現原理（如晶體管級彆的開關特性）。在此基礎上，我們將介紹復閤邏輯門，如與非門（NAND）、或非門（NOR）、異或門（XOR）和同或門（XNOR），闡述它們如何由基本邏輯門組閤而成，並強調NAND和NOR門作為通用邏輯門的優越性。本章的最終目標是讓讀者深刻理解數字信號的編碼方式和最基本的邏輯運算單元。 第二章：布爾代數與邏輯函數簡化 本章將係統介紹布爾代數（Boolean Algebra）的公理、定理和基本定律，如交換律、結閤律、分配律、德摩根定律、吸收律等。我們將通過實際例子演示如何運用這些定律對復雜的邏輯錶達式進行化簡。化簡不僅能減少電路的復雜度和成本，還能提高電路的性能和可靠性。本章將重點介紹兩種經典的邏輯函數簡化方法：卡諾圖（Karnaugh Map，簡稱K-map）法和奎恩-麥剋拉斯基（Quine-McCluskey，簡稱Q-M）算法。卡諾圖法是一種直觀的圖形化方法，適用於求解變量較少的邏輯函數；而Q-M算法則是一種代數方法，更適用於求解變量較多的復雜邏輯函數，並為計算機實現邏輯化簡提供瞭理論基礎。通過本章的學習，讀者將掌握分析和簡化任意邏輯函數的方法。 第三章：組閤邏輯電路設計 本章將聚焦於組閤邏輯電路的設計。組閤邏輯電路的特點是其輸齣僅取決於當前輸入，沒有記憶功能。我們將從基本的邏輯功能塊齣發，如編碼器（Encoder）、譯碼器（Decoder）、多路選擇器（Multiplexer，簡稱MUX）和分頻器（Demultiplexer，簡稱DEMUX）。詳細講解它們的工作原理、邏輯錶達式、真值錶以及在實際係統中的應用，例如在數據選擇、地址譯碼等場景。接著，本章將介紹組閤邏輯電路設計的通用流程，包括需求分析、邏輯函數抽象、邏輯化簡、電路實現和功能驗證。我們將通過多個典型的設計實例，如全加器（Full Adder）、半加器（Half Adder）、減法器（Subtractor）、比較器（Comparator）和串行加法器等，展示如何綜閤運用所學的布爾代數和邏輯化簡技術來設計和實現復雜的組閤邏輯功能。 第四章：時序邏輯電路基礎 本章將引入時序邏輯電路的概念，這是數字電路設計中的一個重要裏程碑。與組閤邏輯電路不同，時序邏輯電路的輸齣不僅取決於當前輸入，還取決於電路過去的輸入狀態，即具有“記憶”功能。本章將重點介紹基本的狀態存儲單元——觸發器（Flip-Flop）。我們將詳細講解不同類型的觸發器，包括SR觸發器、D觸發器、JK觸發器和T觸發器，深入分析它們的邏輯結構、觸發機製（如邊沿觸發和電平觸發）、狀態轉換圖和時序圖。此外，本章還將介紹鎖存器（Latch）的概念，並與觸發器進行對比。理解觸發器的工作原理是設計和分析所有更復雜的時序邏輯電路的基礎。 第五章：同步時序邏輯電路設計 本章將深入探討同步時序邏輯電路的設計。同步時序邏輯電路是指所有觸發器的時鍾信號是同步的，從而保證瞭整個電路的狀態轉換是按照統一的時鍾周期進行的。我們將詳細介紹狀態機的概念，包括有限狀態機（Finite State Machine，簡稱FSM）的模型，如米利型（Mealy）狀態機和摩爾型（Moore）狀態機，並分析它們的設計方法和特點。本章將帶領讀者完成一個完整的同步狀態機設計過程，包括：狀態定義、狀態分配、狀態轉換圖和錶繪製、激勵方程的導齣以及電路的實現。我們將通過一係列工程上常見的實例，如移位寄存器（Shift Register）、計數器（Counter，包括異步計數器和同步計數器）、串行數據檢測器（Serial Data Detector）等，來鞏固同步時序邏輯電路的設計技巧。 第六章：異步時序邏輯電路與時鍾信號 本章將介紹異步時序邏輯電路的設計。異步時序邏輯電路的觸發器之間不共享統一的時鍾信號，其狀態轉換依賴於信號的傳播延遲。我們將分析異步電路的優點（如速度快、功耗低）和缺點（如容易産生競爭冒險和毛刺）。本章將重點討論如何分析和避免異步電路中的競爭冒險（Race Condition）和亞穩態（Metastability）問題，以及采用脈衝觸發器等技術來提高電路的魯棒性。同時，本章將詳細闡述時鍾信號在同步時序邏輯電路中的作用，包括時鍾的頻率、占空比、上升沿和下降沿對電路性能的影響。還將介紹時鍾分頻、時鍾倍頻以及時鍾同步電路等內容，為讀者理解更復雜的時序控製打下基礎。 第二部分：現代EDA技術與集成電路設計 第七章：硬件描述語言（HDL）入門 本章將正式介紹硬件描述語言（HDL），這是現代數字集成電路設計不可或缺的工具。我們將主要聚焦於Verilog HDL，這是目前業界最廣泛使用的HDL之一。本章將從HDL的基本語法結構開始，包括模塊（module）、端口（port）、數據類型（如reg, wire）、運算符（算術、邏輯、位運算符）和賦值語句（阻塞性與非阻塞性賦值）。我們將演示如何使用Verilog HDL來描述組閤邏輯電路和時序邏輯電路，包括觸發器、寄存器、計數器和狀態機。通過學習本章，讀者將能夠使用HDL語言來精確地描述數字電路的功能，為後續的仿真和綜閤打下基礎。 第八章：Verilog HDL進階應用 在掌握瞭Verilog HDL的基本語法後，本章將深入探討更高級的應用。我們將介紹如何使用過程語句（`always`塊）的不同敏感列錶來描述組閤邏輯和時序邏輯，重點講解`posedge`和`negedge`觸發器的行為。本章還將介紹參數化設計（parameterized design）的概念，以及如何使用生成語句（generate statement）來實現代碼的復用和靈活性。我們還將講解如何利用Verilog HDL來描述有限狀態機，並介紹一些常見的HDL編碼風格和最佳實踐，以提高代碼的可讀性、可綜閤性和可維護性。此外，本章還將簡要介紹SystemVerilog語言，作為Verilog的擴展，它提供瞭更強大的功能，如麵嚮對象編程、約束隨機驗證等。 第九章：數字邏輯仿真 本章將詳細介紹數字邏輯仿真在集成電路設計流程中的重要性。我們將闡述仿真模型、激勵（testbench）的設計以及仿真器的作用。讀者將學習如何編寫Verilog HDL測試平颱來對設計模塊進行功能驗證。我們將講解仿真波形（waveform）的生成和分析，以及如何通過仿真來發現和調試設計中的邏輯錯誤。本章還將介紹不同類型的仿真，包括門級仿真、行為級仿真和 RTL（Register Transfer Level）級仿真，並分析它們各自的適用場景和優缺點。通過本章的學習，讀者將能夠有效地利用仿真工具來驗證其設計的正確性。 第十章：邏輯綜閤與布局布綫 本章將深入探討數字集成電路設計流程中的邏輯綜閤（Logic Synthesis）和布局布綫（Place and Route）階段。我們將解釋邏輯綜閤的目標是將HDL描述轉化為網錶（netlist），生成門級電路，並進行優化以滿足時序、麵積和功耗等約束。本章將介紹綜閤工具的基本原理和常用選項，以及如何通過調整綜閤約束文件（SDC）來影響綜閤結果。隨後，我們將介紹布局布綫過程，包括將邏輯門放置在芯片上的物理位置（Placement），以及將它們連接起來（Routing）。我們將討論布局布綫對電路性能的影響，以及如何通過優化布局布綫來滿足設計目標。本章將概述FPGA（Field-Programmable Gate Array）和ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）的設計流程的區彆，並側重於FPGA的實現技術。 第十一章：FPGA與ASIC設計流程概述 本章將對FPGA和ASIC兩種主流的集成電路實現技術進行概述。我們將詳細介紹FPGA的內部結構，包括查找錶（LUT）、觸發器、布綫資源和I/O塊，以及FPGA的設計流程，從HDL代碼編寫到比特流（bitstream）生成。我們將對比FPGA和ASIC在設計靈活性、開發周期、成本和性能等方麵的差異。本章將強調FPGA在原型驗證、小批量生産和低功耗應用中的優勢。對於ASIC設計，我們將簡要介紹其從RTL設計、綜閤、物理設計到流片（tape-out）的整個流程，並指齣ASIC在高性能、低功耗和大規模生産中的不可替代性。 第十二章：實際應用案例與進階主題 本章將通過多個實際的應用案例，展示本書所介紹的數字電路設計理論和EDA技術在實際工程中的應用。我們將選取一些典型的數字係統，如簡易微處理器、SPI/I2C通信接口、ADC/DAC接口控製器等，並逐步講解如何使用Verilog HDL進行設計，並通過仿真和FPGA實現來驗證其功能。此外，本章還將對一些進階主題進行簡要介紹，例如低功耗設計技術、時序分析（Static Timing Analysis，STA）、可測試性設計（Design for Testability，DFT）以及處理器架構等，為讀者進一步深入學習和研究提供指引。 通過本書的學習，讀者將能夠： 掌握數字邏輯電路的基本原理： 深入理解二進製、布爾代數、邏輯門、組閤邏輯和時序邏輯電路的工作機製。 熟練運用EDA工具： 掌握使用Verilog HDL進行電路描述、邏輯仿真和基本綜閤工具的使用。 具備獨立設計能力： 能夠分析需求，設計並實現簡單的數字邏輯電路。 瞭解現代集成電路設計流程： 對FPGA和ASIC的設計流程有一個清晰的認識。 為深入學習打下堅實基礎： 為進一步學習微處理器設計、嵌入式係統、數字信號處理等相關領域做好準備。 本書適閤高等院校電子工程、計算機科學、自動化等專業的學生，以及從事集成電路設計、嵌入式係統開發、硬件工程師等相關工作的技術人員閱讀。

評分☆☆☆☆☆

這本書的後半部分，那種對係統級思維的強調，真的讓人眼前一亮，感覺這已經超越瞭一本基礎教材的範疇，更像是一本麵嚮未來電路工程師的“方法論”手冊。在討論大型組閤邏輯和時序係統的設計時，作者非常注重模塊化和層次化的設計思想。他反復強調，優秀的數字係統設計，關鍵在於如何有效地劃分邊界和定義接口。書中對於流水綫技術和異步電路的介紹，雖然篇幅不算冗長，但切中瞭要害，指齣瞭在提升速度的同時必須付齣的代價和需要解決的同步問題。特彆是對比分析串行和並行結構效率的部分，提供瞭詳盡的性能指標計算方法，這種量化分析的能力，對於未來進行係統資源分配和性能優化至關重要。讀完這部分，我不再隻盯著單個門電路的延遲，而是開始習慣於從整個係統的時鍾周期和吞吐量角度去審視設計方案的優劣。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，初看這本書的目錄，我還有點擔心它會不會太偏重理論而忽略瞭實際應用中的工具鏈。然而，事實證明我的顧慮是多餘的。書中關於EDA工具使用的介紹部分，簡直可以算得上是小型的實戰指南。它沒有局限於某一特定的商業軟件，而是提供瞭一種普適性的設計流程認知。當講到硬件描述語言（HDL）時，作者並沒有簡單地把VHDL或Verilog當作一種新的編程語法來介紹，而是將其定位為一種“描述硬件行為和結構”的強大工具。書中給齣的代碼示例兼顧瞭可讀性和綜閤性，很多實例都是從零開始構建一個實際功能的模塊，比如一個簡單的計數器或移位寄存器，然後展示如何用這些代碼去進行功能仿真和綜閤。這種“設計-描述-仿真-驗證”的閉環體驗，極大地彌補瞭傳統教科書隻講原理不講實現的遺憾，讓讀者能真切感受到理論知識是如何轉化為可執行的硬件邏輯的。

評分☆☆☆☆☆

這套書的行文風格非常注重邏輯的完整性和概念的辨析，它似乎刻意避免瞭那些花哨的、短期內可能過時的技術細節，而是專注於那些經過時間檢驗的、具有普遍適用性的核心概念。例如，在介紹半導體器件基礎時，它對PN結和MOS管的物理過程的描述非常審慎和嚴謹，確保讀者理解瞭電荷運動的本質，而不是僅僅記住幾個“輸入高電平，輸齣低電平”的經驗法則。這種對基礎物理和數學模型的尊重，使得全書的理論根基異常牢固。我特彆喜歡它在總結章節時，總是會迴顧前麵章節的關鍵概念，並將其提煉成幾個核心的“設計原則”或“工程準則”，這些準則簡潔有力，便於讀者在未來的實際工作中隨時迴顧和應用。整本書讀下來，感覺像經曆瞭一次係統的、結構化的思維重塑，收獲的遠不止是電路知識，更是一種嚴謹的工程思維方式。

評分☆☆☆☆☆

哇，剛翻開這本書，就被它那種深入淺齣的講解方式給吸引住瞭。作者對基礎理論的把握非常到位，不是那種乾巴巴的公式堆砌，而是真正能讓你理解數字電路的“靈魂”所在。比如，講到CMOS反相器的工作原理時，他會結閤實際的電路圖和電壓傳輸特性麯綫，用非常形象的比喻來解釋閾值電壓和噪聲容限的概念。我印象特彆深的是，書中對邏輯代數和布爾錶達式的化簡部分，不僅展示瞭傳統的卡諾圖方法，還引入瞭一種更現代、更適閤計算機輔助的Quine-McCluskey算法的思路，這對於我們後續學習更復雜的組閤邏輯電路設計大有裨益。而且，這本書的插圖質量極高，那些電路圖和波形圖都繪製得非常清晰規範，即便是初次接觸數字電路的讀者，也能快速定位到關鍵信息。更值得稱贊的是，它似乎很注重培養讀者的係統思維，每講解完一個基本邏輯門，都會立刻引導讀者思考如何用這些基本單元去構建更復雜的電路模塊，比如譯碼器、多路復用器等，這種循序漸進的引導，讓人感覺學習的每一步都踏實而有方嚮感。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事節奏掌握得相當老道，尤其是在介紹時序邏輯和存儲單元的部分，簡直就是一場結構清晰的思維漫步。作者並沒有急於拋齣觸發器的復雜結構，而是先用一個非常生動的例子——“如何設計一個簡單的延時電路”——來引齣對“鎖存”這一概念的需求。接著，他纔逐步引入SR鎖存器、D觸發器，直到JK觸發器，每一步的推導都環環相扣，邏輯嚴密得像瑞士鍾錶。我特彆欣賞它在處理競爭冒險和毛刺問題時的態度，沒有迴避這些實際工程中令人頭疼的“頑疾”，而是用專門的章節去剖析其成因，並提供瞭多種有效的解決方案，比如增加冗餘項或者使用同步邏輯設計。對於我們這些想從理論走嚮實踐的工程師來說，這種對“陷阱”的預警和指導，比單純的理論闡述更有價值。讀完這幾章，我對狀態機的設計有瞭一種全新的認識，不再是死記硬背狀態轉移圖，而是能從根本上理解為什麼某些設計是魯棒的，而另一些則容易齣錯。