具体描述
基本信息
书名：数字电路与逻辑设计(第3版普通高等教育十一五规划教材)
定价：36.90元
作者：胡锦
出版社：高等教育出版社
出版日期：2010-05-01
ISBN：9787040287998
字数：590000
页码：370
版次：3
装帧：平装
开本：16开
商品重量：0.599kg
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p> 本书在如下方面做了进一步的调整和改进：将《数字电路与逻辑设计》（作者：胡锦）分为上、下两篇，上篇主要介绍数字电路的理论知识，精减了分立器件电路的理论描述和相似的例题，文字做了进一步提炼、适当删减了冗余内容；增补了部分思考题与习题参考答案；重点突出了集成数字器件的应用等。下篇整合了基本数字逻辑测试仪器的使用方法，数字电路设计和制作的基本技能，数字单元电路的制作与测试，数字系统的设计与制作，EWB虚拟实验平台及CPLD／FPGA开发工具——QuartusⅡ开发环境等实用性技能内容，强化了数字电路单元技能训练和数字逻辑系统的综合设计能力的培养；选取与工程实际相关的项目，吸收了有关新技术、新器件、新工具的内容；突出了大规模集成电路的应用。
内容提要
本书是晋通高等教育“十一五”*规划教材。《数字电路与逻辑设计》在前两版教材的基础上，对“数字电路与数字逻辑”课程内容进行了整合优化，从应用角度出发介绍了数字电路的基础知识、逻辑分析的基本方法及数字电路设计制作的基本技能，并关注了中大规模集成电路的应用。全书分上、下两篇，主要内容包括：逻辑代数基础、集成逻辑门电路、组合逻辑电路、集成触发器、时序逻辑电路、脉冲波形的产生和整形、数模及模数转换器、大规模集成数字电路、常用仪器与设备的使用方法、数字电路设计的基础知识、EWB应用简介、CPLD／FPGA开发环境QuartusⅡ应用简介、数字电路单元实验、数字系统综合设计。其中数字电路单元实验、数字系统综合设计以及CPLD／FPGA开发应用等内容可根据教学实际情况选用。《数字电路与逻辑设计》可作为高等职业学校、高等专科学校、成人高校及本科院校的二级职业技术学院和民办高校计算机专业、通信专业、电子类专业的教材，也可供有关专业技术人员参考使用，或作为自学用书。
目录
上篇 理论篇第1章 逻辑代数基础 1．1 数制与编码 1．1．1 数制 1．1．2 数制转换 1．1．3 编码 1．2 基本概念、公式和定理 1．2．1 三种基本逻辑关系 1．2．2 基本公式、定理和常用规则 1．3 逻辑函数的化简 1．3．1 逻辑函数的标准与或式和 1．3．2 逻辑函数的公式化简法 1．3．3 逻辑函数的图形化简法 1．3．4 具有无关项的逻辑函数的化 1．4 逻辑函数的表示方法及相互转换 1．4．1 几种逻辑函数的表示方法 1．4．2 逻辑函数几种表示方法之间 转换本章小结思考题与习题第2章 集成逻辑门电路第3章 组合逻辑电路第4章 集成触发器第5章 时序逻辑电路第6章 脉冲波形的产生和整形第7章 数模及模数转换器第8章 大规模集成数字电路下篇 实践篇第9章 常用仪器与设备的使用方法第10章 数字电路设计的基础知识第11章 EWB应用简介第12章 CPLD／FPGA开发环境Quartus 11应用简介第13章 数字电路单元实验第14章 数字系统综合设计部分思考题与习题参考答案参考文献
作者介绍
文摘
序言
《数字电路与逻辑设计（第3版普通高等教育“十一五”规划教材）》（ISBN: 9787040287998）是一本由高等教育出版社出版，面向高等院校工科专业学生的经典教材。本书深入浅出地阐述了数字电路和逻辑设计的基础理论、基本方法和实用技术，是学习数字系统和计算机体系结构不可或缺的入门读物。 本书内容概览： 全书共分为十五章，结构严谨，逻辑清晰，由浅入深地引导读者掌握数字电路与逻辑设计的核心知识。 第一部分：数字信号与逻辑基础 第一章 绪论 本章首先介绍了数字电路与逻辑设计在现代科学技术中的重要地位和应用领域，例如计算机、通信、自动控制、嵌入式系统等。 接着，详细区分了模拟信号与数字信号的特性，强调了数字信号的抗干扰性、易于存储和处理等优势，从而引出数字电路设计的必要性。 对数字电路的组成部分（如逻辑门、触发器、寄存器、计数器等）进行了初步的概览，为后续章节的学习打下基础。 最后，简要介绍了数字逻辑设计的发展历程和发展趋势，例如从分立元件到集成电路，再到大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）的发展，以及硬件描述语言（HDL）在现代设计中的应用。 第二章 数制、运算与编码 本章是数字电路的基础，详细讲解了不同数制之间的转换。 二进制数制：这是数字电路中最核心的数制，讲解了二进制数的表示方法。 十进制数制：介绍了我们日常使用的十进制数。 十六进制数制：因其与二进制的便捷转换关系，在计算机科学中应用广泛，本章会详细介绍其表示法。 数制转换：重点讲解了二进制、十进制、十六进制等数制之间的相互转换方法，包括整数和小数的转换。 二进制运算：详细介绍了二进制的加法、减法、乘法、除法运算。特别是二进制减法，会引入原码、反码、补码等概念，并讲解如何利用补码进行减法运算，这是计算机硬件实现运算的基础。 BCD码（二进制编码的十进制码）：用于表示十进制数，常用于数字显示和一些输入输出接口。 ASCII码（美国信息交换标准代码）：用于表示字符，是计算机系统中普遍使用的编码标准。 其他编码：根据需要，还可能涉及格雷码（Gray Code）等其他常用编码。 第三章 逻辑代数基础 本章引入了布尔代数，它是数字逻辑设计的数学工具。 基本逻辑运算：详细讲解了“与”(AND)、“或”(OR)、“非”(NOT)这三种最基本的逻辑运算，并通过真值表和逻辑符号进行表示。 基本逻辑门电路：介绍了实现这些基本逻辑运算的与门、或门、非门电路。 复合逻辑门电路：在此基础上，介绍了与非门(NAND)、或非门(NOR)、异或门(XOR)、同或门(XNOR)等复合逻辑门电路，并给出它们的逻辑符号和真值表。 逻辑代数基本定理与规则：讲解了逻辑代数中的各种定理，如交换律、结合律、分配律、摩根定律、吸收律、重叠律、互补律、零律、同一律等。这些定理是简化逻辑函数、化简电路设计的重要依据。 逻辑函数表示：介绍了逻辑函数的不同表示形式，如逻辑框图、逻辑表达式、真值表，以及最小项、最大项的概念。 逻辑函数的化简：重点介绍了卡诺图(Karnaugh Map)化简法，这是一种直观有效的逻辑函数化简方法，能够帮助设计出最简化的逻辑电路。还会介绍奎因-麦克拉斯基(Quine-McCluskey)方法作为一种系统性的化简算法。 逻辑函数的最小项展开式和最大项展开式：讲解如何将逻辑函数表示成标准积之和（SOP）和标准和之积（POS）形式，并介绍如何从中推导出最简逻辑函数。 第二部分：组合逻辑电路 第四章 组合逻辑电路 本章专注于组合逻辑电路的设计与分析。组合逻辑电路的特点是其输出仅取决于当前时刻的输入，与电路的历史状态无关。 组合逻辑电路的分析：讲解如何根据给定的逻辑框图或逻辑表达式，分析出其功能，写出逻辑表达式，并画出其电路图。 组合逻辑电路的设计：详细介绍了组合逻辑电路的设计流程，包括： 逻辑功能需求分析：明确输入输出的逻辑关系。 列出真值表：根据需求列出真值表。 写出逻辑表达式：从真值表推导出逻辑表达式（通常是最小项之和或最大项之积）。 化简逻辑表达式：利用卡诺图或其他方法化简逻辑表达式。 画出逻辑电路图：根据化简后的逻辑表达式，使用基本的逻辑门电路（与门、或门、非门）或通用逻辑门电路（与非门、或非门）搭建电路。 常用组合逻辑电路： 编码器 (Encoder)：实现将多种输入信号转换为二进制代码的逻辑电路，如十进制转二进制编码器。 译码器 (Decoder)：实现将二进制代码转换为特定输出信号的逻辑电路，如3-8译码器。 数据选择器 (Multiplexer, MUX)：也称为多路选择器，根据选择输入信号，将其中一个输入信号选择性地送到输出端。 数据分配器 (Demultiplexer, DEMUX)：也称为多路分配器，将一个输入信号根据选择输入信号，分配到多个输出端中的一个。 加法器 (Adder)：实现二进制加法运算的电路，包括半加器、全加器。 减法器 (Subtractor)：实现二进制减法运算的电路。 比较器 (Comparator)：用于比较两个二进制数的大小（大于、小于、等于）。 加法/减法器：能够实现加法和减法运算的集成电路。 第五章 存储单元电路 本章介绍时序逻辑电路的基础——存储单元电路，这类电路的输出不仅取决于当前输入，还取决于电路自身的状态（历史信息）。 触发器 (Flip-Flop, FF)： 基本触发器：介绍SR锁存器（电平触发和边沿触发），分析其工作原理和状态转换。 主从型触发器：介绍JK触发器，T触发器，并详细阐述其工作特性，包括激励条件、状态转换等。 D触发器 (D Flip-Flop)：其输出直接等于输入数据，是最常用的触发器类型，用于数据存储。 时钟信号 (Clock)：详细介绍时钟信号的作用，以及同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路的区别。 触发器的触发方式：讲解电平触发（高电平有效、低电平有效）和边沿触发（上升沿触发、下降沿触发）。 触发器的功能表和状态图：用于描述触发器的逻辑功能和状态变化。 第三部分：时序逻辑电路 第六章 时序逻辑电路 本章是核心部分，详细讲解时序逻辑电路的设计与分析。 时序逻辑电路的组成：由组合逻辑电路和存储电路（触发器）组成。 时序逻辑电路的分析： 状态图和状态表：介绍如何从电路结构图绘制出状态图和状态表，描述电路的动态行为。 时序逻辑电路的工作原理：分析时钟信号对电路工作的影响，以及触发器状态的改变如何影响整个电路的输出。 时序逻辑电路的设计： 设计步骤：详细列出从功能需求到最终电路图的设计流程，包括： 确定状态编码：为电路的各个状态分配唯一的二进制码。 绘制状态图和状态表：描述电路的功能。 选择合适的触发器：根据状态转移的需求选择合适的触发器类型（D触发器、JK触发器等）。 写出触发器激励方程和输出方程：根据状态表和触发器功能推导出实现状态转移所需的逻辑。 画出电路图：将组合逻辑电路和触发器组合起来。 两种基本类型的时序逻辑电路： 米利型时序逻辑电路 (Mealy Machine)：输出不仅取决于当前状态，还取决于当前的输入。 摩尔型时序逻辑电路 (Moore Machine)：输出仅取决于当前状态，与当前输入无关。 实际应用的时序逻辑电路： 寄存器 (Register)：用于存储一组二进制信息，常用于数据暂存。 移位寄存器 (Shift Register)：能够将存储的数据向左或向右移动的寄存器，是实现串行/并行数据转换的关键。 计数器 (Counter)：用于对时钟脉冲的个数进行计数，并能显示计数值。 同步计数器：所有触发器都由同一个时钟脉冲触发。 异步计数器（又称行波计数器）：触发器之间通过前一级触发器的输出作为时钟信号。 加法计数器、减法计数器、可逆计数器。 数码显示计数器：结合译码器和显示器件，实现计数值的显示。 第七章 PLD及其应用 本章介绍可编程逻辑器件 (Programmable Logic Device, PLD)，这是现代数字逻辑设计中非常重要的一类芯片。 PLD的分类： PROM (Programmable Read-Only Memory)：可编程只读存储器，用于存储逻辑函数。 PLA (Programmable Logic Array)：可编程逻辑阵列，具有可编程的与阵列和或阵列。 PAL (Programmable Array Logic)：可编程阵列逻辑，具有固定或阵列和可编程的与阵列。 CPLD (Complex Programmable Logic Device)：复杂可编程逻辑器件，是PLA和PAL的增强，集成了多个逻辑宏单元，提供更大的设计灵活性。 FPGA (Field-Programmable Gate Array)：现场可编程门阵列，是目前应用最广泛的PLD，拥有海量的可编程逻辑门和可配置的互连资源，能够实现非常复杂的数字系统。 PLD的设计流程：介绍如何利用硬件描述语言（HDL），如Verilog或VHDL，来描述数字逻辑功能，然后通过EDA（Electronic Design Automation）工具将HDL代码编译、综合、布局布线，最终生成能够在PLD芯片上实现的设计。 PLD的应用：讲解PLD在数字系统设计中的优势，如开发周期短、灵活性高、可靠性强等，并举例说明其在各种数字电路设计中的应用。 第四部分：存储器与数字系统 第八章 半导体存储器 本章深入探讨半导体存储器的工作原理和分类。 存储器的基本概念：介绍存储容量、存取时间、读/写周期等关键参数。 RAM (Random Access Memory)：随机存取存储器。 SRAM (Static RAM)：静态随机存取存储器，速度快，但集成度低，价格高。 DRAM (Dynamic RAM)：动态随机存取存储器，集成度高，价格相对较低，但需要刷新操作。 ROM (Read-Only Memory)：只读存储器。 Mask ROM：掩膜只读存储器，一次性固化，无法修改。 PROM：可编程只读存储器。 EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory)：可擦除可编程只读存储器，通过紫外线擦除。 EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)：电可擦除可编程只读存储器，可以通过电信号擦除，例如Flash Memory。 存储器的组织结构：介绍存储器如何通过地址线和数据线进行读写操作，以及存储单元的二维或三维排列方式。 存储器的应用：在计算机系统中，存储器是不可或缺的组成部分，用于存储程序指令和数据。 第九章 数模转换与模数转换 本章介绍数模转换器 (Digital-to-Analog Converter, DAC) 和 模数转换器 (Analog-to-Digital Converter, ADC)。 DAC (数模转换器)：将数字信号转换为模拟信号。 基本原理：介绍DAC的核心功能是将数字编码转换为相应的模拟电压或电流。 主要类型： 权电阻型DAC：利用不同权重的电阻网络实现。 倒T型电阻网络DAC：利用倒T型电阻网络实现，精度较高。 R-2R梯形网络DAC：利用R和2R两个阻值的电阻网络实现，结构简单，易于集成。 逐次逼近型DAC：通过一个数字控制器逐次逼近模拟信号。 关键参数：分辨率、转换精度、转换时间。 ADC (模数转换器)：将模拟信号转换为数字信号。 基本原理：介绍ADC的核心功能是将模拟电压或电流转换为数字编码。 主要类型： 双积分型ADC：积分一段时间后测量被测电压的积分值，精度较高，速度较慢。 比较器/计数器型ADC：利用比较器和计数器逐步逼近。 逐次逼近型ADC：结合DAC，逐次调整数字值，直到模拟输出接近输入模拟值，是应用最广泛的ADC类型。 Σ-Δ型ADC：过采样和噪声整形技术，精度很高，适用于音频信号处理。 关键参数：分辨率、采样率、转换精度、量化噪声。 应用：讲解DAC和ADC在各种电子系统中的应用，如音频/视频处理、数据采集系统、通信设备、仪器仪表等。 第五部分：微处理器与数字系统设计 第十章 微处理器基础 本章介绍微处理器 (Microprocessor) 的基本结构和工作原理。 微处理器的组成： 控制器 (Control Unit, CU)：负责解释和执行指令。 运算器 (Arithmetic Logic Unit, ALU)：负责进行算术和逻辑运算。 寄存器组 (Register File)：用于存储数据和中间结果。 总线接口 (Bus Interface)：用于与存储器和I/O设备进行通信。 指令集架构 (Instruction Set Architecture, ISA)：介绍微处理器能够执行的指令的集合。 指令周期：讲解微处理器执行一条指令的四个基本阶段：取指令、指令译码、执行指令、写回结果。 寻址方式：介绍微处理器访问存储器数据的各种方式，如立即数寻址、寄存器寻址、直接寻址、间接寻址等。 微处理器与微型计算机：区分微处理器（CPU）、微型计算机（带存储器和I/O接口的完整系统）以及微控制器（集成了CPU、存储器和I/O接口的单芯片系统）。 第十一章 数字系统设计流程 本章总结和升华前面介绍的知识，系统性地讲解数字系统设计的整体流程。 需求分析与规格定义：明确系统的功能、性能要求、接口规范等。 系统级设计：划分系统模块，定义模块之间的接口和通信协议。 详细设计： HDL描述：使用Verilog或VHDL等硬件描述语言对各个模块进行行为级和寄存器传输级（RTL）描述。 仿真验证：通过编写激励文件，对HDL代码进行仿真，验证设计的正确性。 综合 (Synthesis)：将HDL代码转换为门级网表，即具体的逻辑电路结构。 布局布线 (Place and Route)：根据目标硬件平台（如FPGA或ASIC），将门级网表映射到实际的逻辑单元和连接线上。 时序分析 (Timing Analysis)：检查设计是否满足时序要求，是否存在时序违例。 物理验证 (Physical Verification)：对版图进行设计规则检查（DRC）和电学规则检查（ERC）。 硬件实现与测试：将设计下载到硬件上进行实际功能验证和性能测试。 EDA工具：介绍常用的EDA（Electronic Design Automation）工具，如Xilinx ISE/Vivado, Altera Quartus, Synopsys, Cadence等。 第十二章 可编程逻辑器件FPGA/CPLD入门 本章进一步深入介绍FPGA和CPLD的应用，作为数字系统设计的主要实现平台。 FPGA/CPLD的基本结构： 逻辑单元 (Logic Cell/Element)：FPGA/CPLD中最基本的逻辑构建块，通常包含查找表（LUT）、触发器等。 可配置的互连资源：实现逻辑单元之间以及与其他器件之间的连接。 输入/输出块 (I/O Blocks)：用于与外部接口。 FPGA/CPLD设计流程：结合前面章节的HDL设计流程，强调在FPGA/CPLD设计中的具体实现步骤。 简单的FPGA/CPLD设计实例：通过实际的例子，例如LED闪烁、按键控制、简单状态机的实现等，让读者动手实践。 调试技巧：介绍在FPGA/CPLD设计中的常用调试方法，如使用片上逻辑分析仪（ILA）。 第十三章 特定功能的集成电路 本章会介绍一些在特定领域中常用的集成电路，它们将前面介绍的基础逻辑单元进行了高度集成。 微控制器 (Microcontroller Unit, MCU)：集成了CPU、存储器（RAM/ROM）、定时器、I/O接口、中断控制器等，适用于嵌入式系统。 DSP (Digital Signal Processor)：数字信号处理器，针对信号处理任务进行了优化，具有高速的运算能力，如乘累加（MAC）单元。 ADC/DAC芯片：专用的高精度、高速模数/数模转换芯片。 接口芯片：例如USB控制器、以太网控制器、UART/SPI/I2C通信接口芯片等。 第十四章 高性能数字系统设计 本章会探讨如何设计更高性能、更复杂的数字系统。 流水线技术 (Pipelining)：将指令执行过程分解为多个阶段，并行处理不同指令的各个阶段，提高吞吐率。 并行处理 (Parallel Processing)：采用多处理器、多核处理器等技术，同时处理多个任务。 超标量技术 (Superscalar)：在单个处理器中，同时执行多条指令。 异步设计 (Asynchronous Design)：不依赖全局时钟信号，各模块之间通过握手信号进行通信，具有低功耗、低电磁干扰等优点。 低功耗设计 (Low-Power Design)：针对移动设备和嵌入式系统，采用各种技术降低功耗。 第十五章 数字系统应用举例 本章通过一些实际的数字系统应用案例，巩固和拓展本书所学知识。 计算机组成原理：简要介绍CPU、存储器、I/O设备的相互作用，以及总线结构。 嵌入式系统：介绍嵌入式系统在工业控制、汽车电子、消费电子等领域的应用，以及其硬件和软件的结合。 通信系统：介绍数字通信中涉及的编码、解码、调制、解调等关键技术。 图像与视频处理：介绍数字图像和视频的基本概念，以及相关的数字处理算法。 本书特点： 理论与实践结合：本书不仅讲解了数字电路与逻辑设计的理论基础，还通过大量的实例和设计流程，引导读者进行实际的电路设计。 循序渐进：从最基本的数制、逻辑运算开始，逐步深入到复杂的时序逻辑电路和系统设计。 内容全面：覆盖了数字逻辑设计的主要内容，包括组合逻辑、时序逻辑、存储器、PLD等。 适应性强：《十一五》规划教材的定位，决定了其内容的先进性和教学方法的普适性，能够满足国内高等院校相关专业教学需求。 注重基础：强调了布尔代数、卡诺图化简等基本功的训练，为读者后续学习更高级的数字逻辑设计技术打下坚实基础。 总而言之，《数字电路与逻辑设计（第3版普通高等教育“十一五”规划教材）》是一本结构完整、内容翔实、兼具理论深度与实践指导意义的优秀教材，能够帮助学习者系统地掌握数字电路与逻辑设计的知识体系，为从事相关工程技术工作奠定坚实的理论基础。
