具體描述
基本信息
書名:數字邏輯課程設計實訓教程
定價：29.80元
售價：20.3元,便宜9.5元,摺扣68
作者:師亞莉,陳東著
齣版社：人民郵電齣版社
齣版日期：2013-02-01
ISBN：9787115284235
字數：
頁碼：
版次：1
裝幀：平裝
開本：16開
商品重量：0.359kg
編輯推薦
本書實用性強，力求幫助學生將理論知識與設計實踐融會貫通，提升實踐操作能力
內容提要
《21世紀高等院校信息與通信工程規劃教材：數字邏輯課程設計實訓教程》深入淺齣地介紹數字邏輯係統設計的基礎知識、基本理論和基本方法，指導學生循序漸進地獨立完成數字邏輯係統的設計，並結閤EDA技術，介紹新的數字係統設計方法。以Multisim10.0、QuartusⅡ軟件為平颱，介紹瞭FPGA/CPLD器件、Verilog硬件描述語言等現代數字係統設計的相關知識，以大量經過驗證的數字設計實例為依據，係統闡述瞭數字係統設計的方法與技術。《21世紀高等院校信息與通信工程規劃教材：數字邏輯課程設計實訓教程》緊密聯係教學實際，著眼於實用，實例豐富，並瞄準電子綫路設計領域主流的設計思想和技術，能夠將學生的純理論知識轉化為更有意義的實踐能力，有利於擴展學生的視野和培養學生的獨立研究能力。《21世紀高等院校信息與通信工程規劃教材：數字邏輯課程設計實訓教程》可供高等院校電子類專業作為實訓教材使用，也可供相關行業從業人員參考。
目錄
作者介紹
文摘
序言
《電子係統設計：從原理到實踐》 內容梗概： 本書是一本麵嚮電子工程、計算機科學以及相關專業學生的綜閤性教材，旨在係統地闡述電子係統的設計理念、方法與實踐。全書圍繞電子係統從概念構思到最終實現的完整流程展開，涵蓋瞭從基礎的電路理論、器件選擇，到復雜的係統架構設計、信號處理，再到硬件實現、軟件協同以及實際的工程驗證等關鍵環節。本書強調理論與實踐的緊密結閤，通過豐富的案例分析和實操指導，幫助讀者建立起紮實的電子係統設計能力，能夠獨立解決實際工程問題，並為進一步深入學習和創新奠定堅實基礎。 第一部分：電子係統設計基礎 本部分是全書的基石，為後續章節的學習打下堅實的基礎。 第一章：電子係統概述與設計流程 1.1 什麼是電子係統？ 從宏觀角度定義電子係統，闡述其在現代社會中的地位與作用。 分析電子係統的組成要素，如輸入/輸齣接口、處理單元、存儲單元、通信模塊等。 列舉不同領域的典型電子係統，如通信設備、嵌入式控製器、醫療器械、消費電子産品等，並簡要介紹其功能特點。 探討電子係統的發展趨勢，如小型化、智能化、低功耗、高可靠性等。 1.2 電子係統設計的基本流程 詳細介紹電子係統設計的典型生命周期，包括需求分析、係統規範定義、架構設計、詳細設計、模塊實現、係統集成、測試驗證、部署維護等階段。 強調各個設計階段之間的相互關係和關鍵交付物。 介紹在不同設計階段可能遇到的挑戰與應對策略。 引入迭代式設計方法在復雜係統開發中的應用。 1.3 設計中的關鍵考慮因素 性能指標： 深入分析電子係統常見的性能指標，如處理速度、數據吞吐量、響應時間、精度、帶寬、功耗、噪聲容限等，並講解如何根據應用需求設定閤理的性能目標。 可靠性與穩定性： 探討影響電子係統可靠性的因素，如元件壽命、環境適應性、抗乾擾能力、容錯設計等。介紹 MTBF（平均無故障時間）、MTTR（平均修復時間）等可靠性指標。 成本與功耗： 分析電子係統設計中的成本約束，包括器件成本、開發成本、製造成本、維護成本等。講解功耗優化在電池供電或綠色能源應用中的重要性。 可製造性與可維護性： 討論如何進行設計，使其易於批量生産，降低生産成本，並方便後續的維修和升級。 安全性與信息安全： 針對聯網設備和敏感信息處理係統，強調安全設計的重要性，包括物理安全、網絡安全、數據加密等。 第二章：電子元器件與基本電路 2.1 半導體器件基礎 PN結與二極管： 講解PN結的形成機理、伏安特性麯綫，介紹不同類型二極管（如整流二極管、穩壓二極管、發光二極管、肖特基二極管）的工作原理、參數和應用。 三極管（BJT）與場效應管（FET）： 深入分析BJT的電流放大作用和開關特性，介紹其工作區（截止區、放大區、飽和區）和基本放大電路。詳細講解MOSFET的工作原理，包括增強型和耗盡型MOSFET，以及其在數字電路中的關鍵作用。 集成電路（IC）概述： 介紹IC的基本概念，不同製造工藝（如TTL、CMOS）的特點，以及IC的封裝形式。 2.2 模擬電路基礎 放大器： 講解放大器的基本概念、放大倍數、輸入/輸齣阻抗、帶寬等參數。介紹單級和多級放大電路的組成與工作原理，如共射放大器、共集放大器、共基放大器。 濾波器： 講解濾波器的作用，介紹低通、高通、帶通、帶阻濾波器的基本結構（如RC濾波器、RL濾波器）和頻率響應特性。 振蕩器： 介紹振蕩器的基本原理，講解RC振蕩器、LC振蕩器等。 2.3 數字邏輯門電路 基本邏輯門： 詳細講解與門、或門、非門的工作原理、邏輯符號和真值錶。 組閤邏輯門： 介紹異或門、同或門、與非門、或非門的邏輯功能，並分析其在實現復雜邏輯中的應用。 布爾代數與邏輯簡化： 引入布爾代數的基本定理（如交換律、結閤律、分配律、德摩根定律），講解如何使用卡諾圖、奎恩-麥剋拉斯基法等方法對邏輯錶達式進行簡化，以減少電路的復雜度和成本。 邏輯門的實際實現（CMOS）： 簡要介紹CMOS技術如何實現基本的邏輯門，理解其低功耗特性。 第二部分：數字係統設計與實現 本部分將聚焦於使用數字邏輯器件構建更復雜的數字係統。 第三章：組閤邏輯電路設計 3.1 編碼器與譯碼器 編碼器： 講解二-十編碼器、優先編碼器的工作原理和應用，如按鍵輸入處理。 譯碼器： 介紹基本的N-to-2^N譯碼器，如3-to-8譯碼器。分析其在地址解碼、數據選擇、LED顯示驅動等方麵的應用。 3.2 數據選擇器（Multiplexer, MUX）與數據分配器（Demultiplexer, DEMUX） MUX： 講解多路選擇器的功能，介紹其在信號路由、功能選擇、邏輯函數實現中的作用。 DEMUX： 講解數據分配器的功能，介紹其在數據分發、地址譯碼中的應用。 3.3 加法器與減法器 半加器與全加器： 講解實現二進製加法的基本單元。 並行加法器（Ripple Carry Adder, RCA）： 分析其結構和性能限製。 超前進位加法器（Carry Lookahead Adder, CLA）： 介紹其加速加法運算的原理。 二進製減法器： 講解如何通過補碼實現二進製減法。 3.4 比較器 介紹等值比較器、大小比較器的工作原理，以及其在控製邏輯中的應用。 第四章：時序邏輯電路設計 4.1 觸發器 SR觸發器： 講解基本SR觸發器的結構、工作原理和約束條件（無效狀態）。 D觸發器： 分析D觸發器的數據鎖存功能，介紹其在寄存器、移位寄存器中的應用。 JK觸發器： 講解JK觸發器的可編程性，介紹其在計數器設計中的應用。 T觸發器： 分析T觸發器在分頻器設計中的作用。 主從觸發器與邊沿觸發器： 講解時鍾信號對觸發器工作的影響，介紹觸發器的時序特性，如建立時間和保持時間。 4.2 寄存器 並行輸入/並行輸齣（PIPO）寄存器： 介紹其數據存儲功能。 串行輸入/並行輸齣（SIPO）寄存器： 介紹其移位功能。 並行輸入/串行輸齣（PISO）寄存器： 介紹其數據串行化的功能。 串行輸入/串行輸齣（SISO）寄存器： 介紹其簡單的串行數據傳輸功能。 通用移位寄存器： 介紹功能更豐富的移位寄存器。 4.3 計數器 異步計數器（Ripple Counter）： 分析其結構和潛在的時鍾偏移問題。 同步計數器（Synchronous Counter）： 介紹其全局時鍾同步的優點。 可預置計數器： 講解如何對計數器進行預置。 進製計數器： 如二進製加法/減法計數器、十進製計數器（BCD計數器）。 移位寄存器計數器（Johnson Counter, Ring Counter）： 介紹其特殊的計數序列。 4.4 有限狀態機（Finite State Machine, FSM） Moore模型與Mealy模型： 介紹兩種FSM模型及其輸齣定義方式。 狀態圖與狀態轉移圖： 講解如何用圖形化方式描述FSM。 狀態編碼： 分析不同的狀態編碼方式及其對電路復雜度的影響。 FSM的實現： 講解如何將FSM的狀態圖轉化為實際的邏輯電路，包括組閤邏輯和時序邏輯部分。 FSM在序列檢測、控製器設計中的應用。 第三部分：硬件描述語言與係統級設計 本部分將引入硬件描述語言（HDL），學習如何使用更高級的方式進行電子係統設計，並接觸係統級設計方法。 第五章：硬件描述語言（HDL）入門 5.1 HDL簡介與作用 闡述HDL在現代電子設計中的重要性，如提高設計效率、支持仿真驗證、實現復雜邏輯、麵嚮ASIC/FPGA設計等。 介紹Verilog HDL和VHDL兩種主流HDL的特點與區彆。 5.2 Verilog HDL基礎 基本語法： 模塊（module）、端口（port）、信號（wire, reg）、賦值（assign, always）。 數據類型： 嚮量（vector）、位（bit）、整數（integer）。 運算符： 算術運算符、邏輯運算符、按位運算符、關係運算符、條件運算符。 過程語句： `always`塊，阻塞賦值與非阻塞賦值的區彆。 實例化： 如何在模塊中調用其他模塊。 5.3 VHDL基礎 基本結構： 實體（entity）、架構（architecture）、庫（library）、包（package）。 數據類型： `STD_LOGIC`, `STD_LOGIC_VECTOR`等。 並發語句與順序語句： `process`語句。 運算符： 邏輯運算符、算術運算符、關係運算符。 信號與變量： 區彆與用法。 5.4 組閤邏輯與時序邏輯的HDL描述 組閤邏輯： 使用`assign`語句或`always @()`塊描述。 時序邏輯： 使用`always @(posedge clk)`或`always @(negedge clk)`描述觸發器、寄存器、計數器。 有限狀態機（FSM）的HDL實現。 第六章：FPGA/ASIC設計流程 6.1 FPGA與ASIC的概念 FPGA（Field-Programmable Gate Array）： 介紹其可編程性、靈活性、開發周期短的特點，以及其在原型驗證、中小批量生産中的優勢。 ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）： 介紹其專用性、高性能、低功耗、高成本、長開發周期的特點，以及其在大批量生産中的優勢。 6.2 FPGA/ASIC設計流程 邏輯設計與HDL編碼： 使用HDL編寫功能模塊。 仿真與驗證： 使用仿真工具（如Modelsim, Vivado Simulator）對HDL代碼進行功能仿真和時序仿真，確保設計的正確性。 綜閤（Synthesis）： 將HDL代碼轉化為網錶（netlist），將邏輯功能映射到目標器件的門級電路。 布局布綫（Place and Route）： 將網錶中的邏輯單元放置到FPGA/ASIC芯片的物理位置，並進行連綫。 時序分析（Timing Analysis）： 檢查設計的時序是否滿足要求，如時鍾頻率、建立時間和保持時間。 比特流生成與下載（FPGA）： 將布局布綫結果轉化為FPGA配置文件，下載到FPGA芯片中。 製造（ASIC）： 對於ASIC而言，設計需要流片生産。 6.3 常見FPGA開發工具鏈介紹（如Xilinx Vivado, Intel Quartus） 簡要介紹主流FPGA開發軟件的功能模塊，包括項目管理、HDL編輯器、仿真器、綜閤工具、布局布綫工具、調試工具等。 第四部分：係統集成與高級應用 本部分將引導讀者將前麵學到的知識融會貫通，並介紹一些更高級的應用和係統設計方法。 第七章：總綫與接口設計 7.1 總綫的基本概念 地址總綫、數據總綫、控製總綫： 講解它們的功能與協同工作。 總綫協議： 介紹常見的總綫協議，如ISA, PCI, USB, I2C, SPI等，分析其數據傳輸方式、仲裁機製、時序特點。 7.2 常見的接口類型 串行接口： UART, RS-232, RS-485。 並行接口： Centronics, GPIB。 現代高速接口： USB, Ethernet, HDMI, DDR SDRAM接口。 7.3 接口控製器的設計 講解如何設計驅動特定接口的控製器，例如SPI主/從控製器、I2C主/從控製器、UART發送/接收模塊。 重點分析狀態機在接口控製器設計中的應用。 第八章：嵌入式係統基礎 8.1 什麼是嵌入式係統？ 定義嵌入式係統，闡述其與通用計算機的區彆，強調其專用性、實時性、資源受限性。 分析嵌入式係統的組成：微處理器/微控製器、存儲器、I/O接口、軟件（操作係統/固件）。 8.2 微控製器（MCU）與微處理器（MPU） 介紹MCU和MPU的結構和工作原理，分析它們的異同點。 列舉常見的MCU/MPU係列（如ARM Cortex-M, AVR, PIC, Intel x86）。 8.3 嵌入式軟件設計 固件開發： bare-metal編程。 實時操作係統（RTOS）： 介紹RTOS的作用，任務管理、進程間通信、中斷處理等基本概念。 驅動程序開發。 8.4 常見的嵌入式應用場景 物聯網（IoT）設備、工業自動化、汽車電子、智能傢居等。 第九章：信號處理與數據采集 9.1 模擬信號與數字信號 講解模擬信號的連續性與數字信號的離散性。 采樣與量化： 介紹模擬信號轉換為數字信號的關鍵步驟，奈奎斯特采樣定理。 模數轉換器（ADC）與數模轉換器（DAC）： 介紹其工作原理、分辨率、采樣率等關鍵參數。 9.2 數字信號處理（DSP）基礎 數字濾波： FIR濾波器、IIR濾波器。 傅裏葉變換（FFT）： 介紹其在頻域分析中的作用。 其他基礎DSP算法： 如捲積、相關等。 9.3 傳感器與執行器 介紹各種常用傳感器（如溫度、濕度、光、加速度、壓力）的工作原理及其與微控製器的接口。 介紹執行器（如電機、舵機、繼電器、LED）的控製方式。 9.4 數據采集係統設計 講解如何構建一個完整的數據采集係統，包括信號調理、ADC轉換、數據存儲與傳輸。 第十章：係統設計案例與最佳實踐 10.1 復雜數字係統設計案例分析 選取一到兩個具有代錶性的電子係統作為案例，如一個簡單的數字時鍾、一個基於FPGA的簡易遊戲機、一個簡單的通信模塊等。 從需求分析、架構設計、模塊劃分、HDL實現、仿真驗證、硬件實現等環節詳細剖析設計過程。 10.2 設計中的常見問題與調試技巧 仿真調試： 使用波形查看器、斷點等調試方法。 硬件調試： 使用邏輯分析儀、示波器、萬用錶等工具。 時序問題排查。 功耗優化策略。 可靠性設計方法。 10.3 團隊協作與項目管理 在復雜的電子係統設計項目中，強調團隊閤作的重要性。 介紹版本控製（如Git）、項目管理工具、文檔編寫規範等。 10.4 持續學習與技術發展 鼓勵讀者關注電子設計領域的新技術、新工具和新趨勢，如SystemVerilog, High-Level Synthesis (HLS), Vitis AI等。 引導讀者進行更深入的專業學習和工程實踐。 本書力求以清晰的邏輯、豐富的實例和嚴謹的論證，為讀者構建一個全麵而深入的電子係統設計知識體係。通過本書的學習，讀者將不僅掌握電子係統的原理，更能領略其設計的精妙，並具備將理論轉化為實際産品的能力。
