具体描述
基本信息
书名:数字逻辑课程设计实训教程
定价：29.80元
售价：20.3元,便宜9.5元,折扣68
作者:师亚莉,陈东著
出版社：人民邮电出版社
出版日期：2013-02-01
ISBN：9787115284235
字数：
页码：
版次：1
装帧：平装
开本：16开
商品重量：0.359kg
编辑推荐
本书实用性强，力求帮助学生将理论知识与设计实践融会贯通，提升实践操作能力
内容提要
《21世纪高等院校信息与通信工程规划教材：数字逻辑课程设计实训教程》深入浅出地介绍数字逻辑系统设计的基础知识、基本理论和基本方法，指导学生循序渐进地独立完成数字逻辑系统的设计，并结合EDA技术，介绍新的数字系统设计方法。以Multisim10.0、QuartusⅡ软件为平台，介绍了FPGA/CPLD器件、Verilog硬件描述语言等现代数字系统设计的相关知识，以大量经过验证的数字设计实例为依据，系统阐述了数字系统设计的方法与技术。《21世纪高等院校信息与通信工程规划教材：数字逻辑课程设计实训教程》紧密联系教学实际，着眼于实用，实例丰富，并瞄准电子线路设计领域主流的设计思想和技术，能够将学生的纯理论知识转化为更有意义的实践能力，有利于扩展学生的视野和培养学生的独立研究能力。《21世纪高等院校信息与通信工程规划教材：数字逻辑课程设计实训教程》可供高等院校电子类专业作为实训教材使用，也可供相关行业从业人员参考。
目录
作者介绍
文摘
序言
《电子系统设计：从原理到实践》 内容梗概： 本书是一本面向电子工程、计算机科学以及相关专业学生的综合性教材，旨在系统地阐述电子系统的设计理念、方法与实践。全书围绕电子系统从概念构思到最终实现的完整流程展开，涵盖了从基础的电路理论、器件选择，到复杂的系统架构设计、信号处理，再到硬件实现、软件协同以及实际的工程验证等关键环节。本书强调理论与实践的紧密结合，通过丰富的案例分析和实操指导，帮助读者建立起扎实的电子系统设计能力，能够独立解决实际工程问题，并为进一步深入学习和创新奠定坚实基础。 第一部分：电子系统设计基础 本部分是全书的基石，为后续章节的学习打下坚实的基础。 第一章：电子系统概述与设计流程 1.1 什么是电子系统？ 从宏观角度定义电子系统，阐述其在现代社会中的地位与作用。 分析电子系统的组成要素，如输入/输出接口、处理单元、存储单元、通信模块等。 列举不同领域的典型电子系统，如通信设备、嵌入式控制器、医疗器械、消费电子产品等，并简要介绍其功能特点。 探讨电子系统的发展趋势，如小型化、智能化、低功耗、高可靠性等。 1.2 电子系统设计的基本流程 详细介绍电子系统设计的典型生命周期，包括需求分析、系统规范定义、架构设计、详细设计、模块实现、系统集成、测试验证、部署维护等阶段。 强调各个设计阶段之间的相互关系和关键交付物。 介绍在不同设计阶段可能遇到的挑战与应对策略。 引入迭代式设计方法在复杂系统开发中的应用。 1.3 设计中的关键考虑因素 性能指标： 深入分析电子系统常见的性能指标，如处理速度、数据吞吐量、响应时间、精度、带宽、功耗、噪声容限等，并讲解如何根据应用需求设定合理的性能目标。 可靠性与稳定性： 探讨影响电子系统可靠性的因素，如元件寿命、环境适应性、抗干扰能力、容错设计等。介绍 MTBF（平均无故障时间）、MTTR（平均修复时间）等可靠性指标。 成本与功耗： 分析电子系统设计中的成本约束，包括器件成本、开发成本、制造成本、维护成本等。讲解功耗优化在电池供电或绿色能源应用中的重要性。 可制造性与可维护性： 讨论如何进行设计，使其易于批量生产，降低生产成本，并方便后续的维修和升级。 安全性与信息安全： 针对联网设备和敏感信息处理系统，强调安全设计的重要性，包括物理安全、网络安全、数据加密等。 第二章：电子元器件与基本电路 2.1 半导体器件基础 PN结与二极管： 讲解PN结的形成机理、伏安特性曲线，介绍不同类型二极管（如整流二极管、稳压二极管、发光二极管、肖特基二极管）的工作原理、参数和应用。 三极管（BJT）与场效应管（FET）： 深入分析BJT的电流放大作用和开关特性，介绍其工作区（截止区、放大区、饱和区）和基本放大电路。详细讲解MOSFET的工作原理，包括增强型和耗尽型MOSFET，以及其在数字电路中的关键作用。 集成电路（IC）概述： 介绍IC的基本概念，不同制造工艺（如TTL、CMOS）的特点，以及IC的封装形式。 2.2 模拟电路基础 放大器： 讲解放大器的基本概念、放大倍数、输入/输出阻抗、带宽等参数。介绍单级和多级放大电路的组成与工作原理，如共射放大器、共集放大器、共基放大器。 滤波器： 讲解滤波器的作用，介绍低通、高通、带通、带阻滤波器的基本结构（如RC滤波器、RL滤波器）和频率响应特性。 振荡器： 介绍振荡器的基本原理，讲解RC振荡器、LC振荡器等。 2.3 数字逻辑门电路 基本逻辑门： 详细讲解与门、或门、非门的工作原理、逻辑符号和真值表。 组合逻辑门： 介绍异或门、同或门、与非门、或非门的逻辑功能，并分析其在实现复杂逻辑中的应用。 布尔代数与逻辑简化： 引入布尔代数的基本定理（如交换律、结合律、分配律、德摩根定律），讲解如何使用卡诺图、奎恩-麦克拉斯基法等方法对逻辑表达式进行简化，以减少电路的复杂度和成本。 逻辑门的实际实现（CMOS）： 简要介绍CMOS技术如何实现基本的逻辑门，理解其低功耗特性。 第二部分：数字系统设计与实现 本部分将聚焦于使用数字逻辑器件构建更复杂的数字系统。 第三章：组合逻辑电路设计 3.1 编码器与译码器 编码器： 讲解二-十编码器、优先编码器的工作原理和应用，如按键输入处理。 译码器： 介绍基本的N-to-2^N译码器，如3-to-8译码器。分析其在地址解码、数据选择、LED显示驱动等方面的应用。 3.2 数据选择器（Multiplexer, MUX）与数据分配器（Demultiplexer, DEMUX） MUX： 讲解多路选择器的功能，介绍其在信号路由、功能选择、逻辑函数实现中的作用。 DEMUX： 讲解数据分配器的功能，介绍其在数据分发、地址译码中的应用。 3.3 加法器与减法器 半加器与全加器： 讲解实现二进制加法的基本单元。 并行加法器（Ripple Carry Adder, RCA）： 分析其结构和性能限制。 超前进位加法器（Carry Lookahead Adder, CLA）： 介绍其加速加法运算的原理。 二进制减法器： 讲解如何通过补码实现二进制减法。 3.4 比较器 介绍等值比较器、大小比较器的工作原理，以及其在控制逻辑中的应用。 第四章：时序逻辑电路设计 4.1 触发器 SR触发器： 讲解基本SR触发器的结构、工作原理和约束条件（无效状态）。 D触发器： 分析D触发器的数据锁存功能，介绍其在寄存器、移位寄存器中的应用。 JK触发器： 讲解JK触发器的可编程性，介绍其在计数器设计中的应用。 T触发器： 分析T触发器在分频器设计中的作用。 主从触发器与边沿触发器： 讲解时钟信号对触发器工作的影响，介绍触发器的时序特性，如建立时间和保持时间。 4.2 寄存器 并行输入/并行输出（PIPO）寄存器： 介绍其数据存储功能。 串行输入/并行输出（SIPO）寄存器： 介绍其移位功能。 并行输入/串行输出（PISO）寄存器： 介绍其数据串行化的功能。 串行输入/串行输出（SISO）寄存器： 介绍其简单的串行数据传输功能。 通用移位寄存器： 介绍功能更丰富的移位寄存器。 4.3 计数器 异步计数器（Ripple Counter）： 分析其结构和潜在的时钟偏移问题。 同步计数器（Synchronous Counter）： 介绍其全局时钟同步的优点。 可预置计数器： 讲解如何对计数器进行预置。 进制计数器： 如二进制加法/减法计数器、十进制计数器（BCD计数器）。 移位寄存器计数器（Johnson Counter, Ring Counter）： 介绍其特殊的计数序列。 4.4 有限状态机（Finite State Machine, FSM） Moore模型与Mealy模型： 介绍两种FSM模型及其输出定义方式。 状态图与状态转移图： 讲解如何用图形化方式描述FSM。 状态编码： 分析不同的状态编码方式及其对电路复杂度的影响。 FSM的实现： 讲解如何将FSM的状态图转化为实际的逻辑电路，包括组合逻辑和时序逻辑部分。 FSM在序列检测、控制器设计中的应用。 第三部分：硬件描述语言与系统级设计 本部分将引入硬件描述语言（HDL），学习如何使用更高级的方式进行电子系统设计，并接触系统级设计方法。 第五章：硬件描述语言（HDL）入门 5.1 HDL简介与作用 阐述HDL在现代电子设计中的重要性，如提高设计效率、支持仿真验证、实现复杂逻辑、面向ASIC/FPGA设计等。 介绍Verilog HDL和VHDL两种主流HDL的特点与区别。 5.2 Verilog HDL基础 基本语法： 模块（module）、端口（port）、信号（wire, reg）、赋值（assign, always）。 数据类型： 向量（vector）、位（bit）、整数（integer）。 运算符： 算术运算符、逻辑运算符、按位运算符、关系运算符、条件运算符。 过程语句： `always`块，阻塞赋值与非阻塞赋值的区别。 实例化： 如何在模块中调用其他模块。 5.3 VHDL基础 基本结构： 实体（entity）、架构（architecture）、库（library）、包（package）。 数据类型： `STD_LOGIC`, `STD_LOGIC_VECTOR`等。 并发语句与顺序语句： `process`语句。 运算符： 逻辑运算符、算术运算符、关系运算符。 信号与变量： 区别与用法。 5.4 组合逻辑与时序逻辑的HDL描述 组合逻辑： 使用`assign`语句或`always @()`块描述。 时序逻辑： 使用`always @(posedge clk)`或`always @(negedge clk)`描述触发器、寄存器、计数器。 有限状态机（FSM）的HDL实现。 第六章：FPGA/ASIC设计流程 6.1 FPGA与ASIC的概念 FPGA（Field-Programmable Gate Array）： 介绍其可编程性、灵活性、开发周期短的特点，以及其在原型验证、中小批量生产中的优势。 ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）： 介绍其专用性、高性能、低功耗、高成本、长开发周期的特点，以及其在大批量生产中的优势。 6.2 FPGA/ASIC设计流程 逻辑设计与HDL编码： 使用HDL编写功能模块。 仿真与验证： 使用仿真工具（如Modelsim, Vivado Simulator）对HDL代码进行功能仿真和时序仿真，确保设计的正确性。 综合（Synthesis）： 将HDL代码转化为网表（netlist），将逻辑功能映射到目标器件的门级电路。 布局布线（Place and Route）： 将网表中的逻辑单元放置到FPGA/ASIC芯片的物理位置，并进行连线。 时序分析（Timing Analysis）： 检查设计的时序是否满足要求，如时钟频率、建立时间和保持时间。 比特流生成与下载（FPGA）： 将布局布线结果转化为FPGA配置文件，下载到FPGA芯片中。 制造（ASIC）： 对于ASIC而言，设计需要流片生产。 6.3 常见FPGA开发工具链介绍（如Xilinx Vivado, Intel Quartus） 简要介绍主流FPGA开发软件的功能模块，包括项目管理、HDL编辑器、仿真器、综合工具、布局布线工具、调试工具等。 第四部分：系统集成与高级应用 本部分将引导读者将前面学到的知识融会贯通，并介绍一些更高级的应用和系统设计方法。 第七章：总线与接口设计 7.1 总线的基本概念 地址总线、数据总线、控制总线： 讲解它们的功能与协同工作。 总线协议： 介绍常见的总线协议，如ISA, PCI, USB, I2C, SPI等，分析其数据传输方式、仲裁机制、时序特点。 7.2 常见的接口类型 串行接口： UART, RS-232, RS-485。 并行接口： Centronics, GPIB。 现代高速接口： USB, Ethernet, HDMI, DDR SDRAM接口。 7.3 接口控制器的设计 讲解如何设计驱动特定接口的控制器，例如SPI主/从控制器、I2C主/从控制器、UART发送/接收模块。 重点分析状态机在接口控制器设计中的应用。 第八章：嵌入式系统基础 8.1 什么是嵌入式系统？ 定义嵌入式系统，阐述其与通用计算机的区别，强调其专用性、实时性、资源受限性。 分析嵌入式系统的组成：微处理器/微控制器、存储器、I/O接口、软件（操作系统/固件）。 8.2 微控制器（MCU）与微处理器（MPU） 介绍MCU和MPU的结构和工作原理，分析它们的异同点。 列举常见的MCU/MPU系列（如ARM Cortex-M, AVR, PIC, Intel x86）。 8.3 嵌入式软件设计 固件开发： bare-metal编程。 实时操作系统（RTOS）： 介绍RTOS的作用，任务管理、进程间通信、中断处理等基本概念。 驱动程序开发。 8.4 常见的嵌入式应用场景 物联网（IoT）设备、工业自动化、汽车电子、智能家居等。 第九章：信号处理与数据采集 9.1 模拟信号与数字信号 讲解模拟信号的连续性与数字信号的离散性。 采样与量化： 介绍模拟信号转换为数字信号的关键步骤，奈奎斯特采样定理。 模数转换器（ADC）与数模转换器（DAC）： 介绍其工作原理、分辨率、采样率等关键参数。 9.2 数字信号处理（DSP）基础 数字滤波： FIR滤波器、IIR滤波器。 傅里叶变换（FFT）： 介绍其在频域分析中的作用。 其他基础DSP算法： 如卷积、相关等。 9.3 传感器与执行器 介绍各种常用传感器（如温度、湿度、光、加速度、压力）的工作原理及其与微控制器的接口。 介绍执行器（如电机、舵机、继电器、LED）的控制方式。 9.4 数据采集系统设计 讲解如何构建一个完整的数据采集系统，包括信号调理、ADC转换、数据存储与传输。 第十章：系统设计案例与最佳实践 10.1 复杂数字系统设计案例分析 选取一到两个具有代表性的电子系统作为案例，如一个简单的数字时钟、一个基于FPGA的简易游戏机、一个简单的通信模块等。 从需求分析、架构设计、模块划分、HDL实现、仿真验证、硬件实现等环节详细剖析设计过程。 10.2 设计中的常见问题与调试技巧 仿真调试： 使用波形查看器、断点等调试方法。 硬件调试： 使用逻辑分析仪、示波器、万用表等工具。 时序问题排查。 功耗优化策略。 可靠性设计方法。 10.3 团队协作与项目管理 在复杂的电子系统设计项目中，强调团队合作的重要性。 介绍版本控制（如Git）、项目管理工具、文档编写规范等。 10.4 持续学习与技术发展 鼓励读者关注电子设计领域的新技术、新工具和新趋势，如SystemVerilog, High-Level Synthesis (HLS), Vitis AI等。 引导读者进行更深入的专业学习和工程实践。 本书力求以清晰的逻辑、丰富的实例和严谨的论证，为读者构建一个全面而深入的电子系统设计知识体系。通过本书的学习，读者将不仅掌握电子系统的原理，更能领略其设计的精妙，并具备将理论转化为实际产品的能力。
