数字电子技术实验与课程设计（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

本教材是根据高等院校电类专业数字电子技术课程教学大纲，结合编者的教学实践与应用编写而成。本书按不同的实验教学平台构建相关内容，包括：使用面包板和元器件搭建的基础实验，采用EDA实验箱下载的综合设计型实验，和更加灵活实用的系统课程设计。附录中给出了VerilogHDL和两款常用可编程逻辑开发软件的使用方法。

目录

前　言
第1 章　概述 1
1. 1　实验与课程设计的目的及意义 1
1. 1. 1　数字电子技术实验的目的及
意义 1
1. 1. 2　数字电子技术课程设计的目的及
意义 1
1. 2　实验的要求与规范 2
1. 2. 1　实验守则 2
1. 2. 2　数电实验的基本步骤 3
1. 3　课程设计的要求与规范 4
1. 3. 1　课程设计的基本要求 4
1. 3. 2　课程设计的一般过程与规范 5
1. 4　故障检测与诊断 6
1. 4. 1　产生故障的原因 7
1. 4. 2　故障的查找和分析 8
1. 4. 3　故障的诊断与排除 9
第2 章　基础实验 11
2. 1　ＴＴＬ 及ＣＭＯＳ 集成电路逻辑功能及
参数测试 11
2. 1. 1　ＴＴＬ 门电路逻辑功能测试 11
2. 1. 2　ＴＴＬ 与非门电路参数测试 17
2. 1. 3　ＣＭＯＳ 门电路逻辑功能及参数
测试 25
2. 2　组合逻辑电路基本实验 31
2. 2. 1　组合逻辑电路设计与测试 31
2. 2. 2　译码器及其应用电路 37
2. 2. 3　数据选择器及其应用电路 41
2. 2. 4　显示译码器电路 45
2. 3　触发器逻辑功能测试及其应用 51
2. 3. 1　触发器逻辑功能测试 51
2. 3. 2　触发器基本应用电路 57
2. 4　时序逻辑电路基本实验 61
2. 4. 1　触发器设计计数器 61
2. 4. 2　集成计数器及其应用 65
2. 4. 3　移位寄存器及其应用 71
2. 5　555 定时器的功能及应用 75
2. 6　Ｄ￣Ａ 转换器和Ａ￣Ｄ 转换器 81
2. 6. 1　Ｄ￣Ａ 转换器 81
2. 6. 2　Ａ￣Ｄ 转换器 82
第3 章　综合设计型实验 87
3. 1　组合逻辑电路的设计与实现 87
3. 1. 1　代码转换电路的实现 87
3. 1. 2　病房呼叫系统设计 88
3. 1. 3　十进制加法器的设计 89
3. 2　时序逻辑电路的设计与实现 90
3. 2. 1　序列检测电路 90
3. 2. 2　数字频率计 91
3. 2. 3　可控脉冲发生器 92
3. 3　实用电路 93
3. 3. 1　琴键控制电路的设计与实现 93
3. 3. 2　数字钟的设计与实现 95
第4 章　数字系统课程设计 97
4. 1　数字系统认识 97
4. 2　数字系统设计及调试方法 97
4. 3　数字系统设计举例 98
4. 3. 1　人行横道交通信号灯控制系统
设计 98
4. 3. 2　简易自动售饮料机 104
4. 4　数字系统设计任务 108
4. 4. 1　汽车尾灯控制电路 108
4. 4. 2　智能风扇控制系统 109
4. 4. 3　洗衣机控制系统 111
4. 4. 4　出租车自动计费器 112
4. 4. 5　电子拔河游戏机 113
4. 4. 6　两人乒乓球游戏机设计 114
4. 4. 7　打地鼠游戏 116
4. 4. 8　反应时间测试电路 117
4. 4. 9　变步长计数器 118
4. 4. 10　智力测验定时抢答器 118
4. 5　电路仿真及实现举例 119
4. 5. 1　Ｍｕｌｔｉｓｉｍ 软件简介 119
4. 5. 2　仿真设计实现举例 122
4. 6　课程设计报告模板 127
附录 129
附录Ａ　Ｖｅｒｉｌｏｇ ＨＤＬ 语言简介 129
Ａ. 1　Ｖｅｒｉｌｏｇ ＨＤＬ 的特点 129
Ａ. 2　Ｖｅｒｉｌｏｇ ＨＤＬ 的语法要点 130
Ａ. 3　简单的Ｖｅｒｉｌｏｇ ＨＤＬ 模块 139
Ａ. 4　Ｖｅｒｉｌｏｇ ＨＤＬ 的开发流程 146
附录Ｂ　ＭＡＸ ＋ ｐｌｕｓ ＩＩ 软件使用简介 147
Ｂ. 1　工程创建 148
Ｂ. 2　逻辑设计输入及工程编译 150
Ｂ. 3　激励设计输入及工程仿真 155
Ｂ. 4　逻辑资源分配及二次编译 163
Ｂ. 5　器件编程及功能验证 167
附录Ｃ　Ｑｕａｒｔｕｓ ＩＩ 软件使用简介 171
Ｃ. 1　工程创建 173
Ｃ. 2　逻辑设计输入及工程编译 178
Ｃ. 3　激励设计输入及工程仿真 183
Ｃ. 4　逻辑资源分配及二次编译 192
Ｃ. 5　器件编程及功能验证 195
参考文献 204

前言/序言

本书的第1 版已出版使用3 年多. 在教学中发挥了很好的作用. 第2 版结合理论与实践教学的经验. 规范了一些元器件的引脚和逻辑符号的画法. 修正了部分字词上的错误和疏漏. 调整修改了几个章节的内容和顺序. 补充介绍了Quartus II 软件平台的使用方法. 本书修订后能更好地指导数字电子技术实验和课程设计的教学.本书内容分4 章和3 个附录. 其中第1 章概述由尤佳编写整理. 第2 章基础实验的2.. 1 ~2.. 4 节由李春雷编写整理. 2. 5、2..6 节由杨淑华编写整理. 第3 章综合设计型实验的3.1 节由杨淑华编写整理. 3.2 节由尤佳编写整理. 3. 3 节由李春雷编写整理. 第4 章数字系统课程设计主要由伍春洪编写整理. 附录A 由尤佳编写整理. 附录B 和附录C 由李春雷编写整理. 全书的统稿由尤佳负责.本书的编写得到了北京科技大学“十三五” 规划教材建设经费的资助. 也得到了很多同仁的指导与帮助. 并借鉴了部分往届学生的实践成果. 在此. 我们深表感谢.由于水平有限. 书中难免有不妥之处. 衷心希望使用本书的老师和同学们能予以批评指正.编　者

《精通数字逻辑：原理、设计与实践》 简介 本书是一本全面深入探讨数字逻辑理论、设计方法及实际应用的著作。它不仅系统阐述了数字电路的基础概念，更聚焦于如何将这些理论知识转化为实际可行的设计方案，并引领读者掌握在现代电子工程领域中不可或缺的数字系统设计能力。本书适合电子信息工程、自动化、计算机科学与技术等相关专业的本科生、研究生，以及从事数字电路设计、嵌入式系统开发、FPGA/ASIC设计等工作的工程师阅读。 第一部分：数字电路基础 本部分为读者打下坚实的数字逻辑理论基础，循序渐进地介绍数字系统的核心构成和运作原理。 绪论：数字世界的基石 数字信号与模拟信号的辨析： 详细阐述数字信号和模拟信号在信息表示、传输和处理上的本质区别，以及为何现代电子系统普遍转向数字技术。 数字系统概述： 介绍数字系统的基本组成部分，如控制器、存储器、运算器等，以及它们之间如何协同工作，完成复杂的功能。 数字电子技术的发展历程与趋势： 回顾数字电子技术从早期集成电路到超大规模集成电路，再到如今的SoC（System on Chip）的发展脉络，展望未来发展方向，如人工智能芯片、低功耗设计等。 二进制数制系统： 深入解析二进制数的表示方法，包括无符号数和带符号数的表示（原码、反码、补码），以及不同进制（十进制、八进制、十六进制）之间的相互转换，这是进行数字逻辑运算的基础。 二进制运算： 详细讲解二进制的加法、减法、乘法和除法运算，以及如何利用逻辑门实现这些运算。特别关注补码运算在计算机减法中的重要性。 逻辑门电路：数字世界的基本砖块 基本逻辑门： 详细介绍AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR、XNOR等基本逻辑门的功能、逻辑符号、逻辑表达式和真值表。通过图示和通俗易懂的语言，帮助读者理解每种逻辑门的工作原理。 组合逻辑电路： 布尔代数基础： 引入布尔代数的公理和定理，例如交换律、结合律、分配律、德摩根定律等，以及如何利用这些定律对逻辑表达式进行化简，优化电路设计。 逻辑函数的最小项与最大项： 讲解如何将逻辑函数表示为最小项之和（SOP）或最大项之积（POS）的形式，这是卡诺图化简和Quine-McCluskey算法的基础。 卡诺图（Karnaugh Map）： 详细介绍卡诺图的绘制方法和圈图技巧，演示如何利用卡诺图快速、直观地化简逻辑函数，从而设计出最简化的组合逻辑电路。 组合逻辑电路的设计实例： 通过实际案例，如编码器（Encoder）、译码器（Decoder）、数据选择器（Multiplexer）、加法器（Adder，包括半加器、全加器、多位加法器）、减法器、比较器（Comparator）等的设计过程，展示如何应用布尔代数和卡诺图进行设计。 时序逻辑电路： 触发器（Flip-Flop）： 详细介绍各类触发器的原理和特性，包括SR触发器、D触发器、JK触发器、T触发器，以及它们的主从型和边沿触发型。强调触发器作为存储单元在数字系统中的关键作用。 寄存器（Register）： 讲解如何由触发器构成寄存器，用于存储一组二进制数据，并介绍移位寄存器（左移、右移、双向移位）的功能和应用。 计数器（Counter）： 介绍同步计数器和异步计数器（行波进位计数器）的设计原理，包括加法计数器、减法计数器、可预置计数器、移位寄存计数器等。通过设计模N计数器来加深理解。 时序逻辑电路的状态图与状态表： 讲解如何使用状态图和状态表来描述和设计复杂的时序逻辑电路，包括米利型（Mealy）和摩尔型（Moore）状态机的区别与设计方法。 时序逻辑电路的时序问题： 讨论亚稳态（Metastability）的产生原因、危害以及如何解决，分析时钟抖动（Clock Jitter）和建立/保持时间（Setup/Hold Time）等关键时序参数对电路稳定性的影响。 第二部分：现代数字设计方法与工具 本部分将视角从基础电路转移到现代数字设计流程，介绍如何利用先进的工具和方法进行复杂数字系统的设计与验证。 硬件描述语言（HDL）：描述数字系统的通用语言 Verilog HDL： 详细介绍Verilog HDL的语法结构，包括模块（module）、端口（port）、数据类型（reg, wire, integer）、运算符、赋值语句（blocking, non-blocking）、过程块（always, initial）、生成语句（generate）等。通过大量实例，演示如何用Verilog描述组合逻辑和时序逻辑电路，以及如何进行行为级建模和数据流建模。 VHDL（可选或简述）： （根据内容可以简要介绍VHDL，或将其作为Verilog的补充，强调其在某些行业或地区的应用。） HDL仿真与综合： 讲解如何使用仿真工具（如ModelSim, QuestaSim, VCS等）对HDL代码进行功能验证，并介绍逻辑综合工具（如Synopsys Design Compiler, Cadence Genus等）如何将HDL代码转化为门级网表。 可编程逻辑器件（PLD）：实现灵活数字设计的平台 CPLD（Complex Programmable Logic Device）： 介绍CPLD的结构特点、工作原理以及与FPGA的区别，探讨其在小规模逻辑设计中的优势。 FPGA（Field Programmable Gate Array）： FPGA的基本结构： 深入剖析FPGA的核心组成部分，包括可配置逻辑块（CLB）、可编程输入/输出块（IOB）、片内存储器（Block RAM）、DSP Slice、时钟管理单元（MMCM/PLL）等。 FPGA的设计流程： 详细阐述从HDL代码编写、综合、布局布线（Place and Route）到比特流生成、硬件下载和板级调试的完整FPGA设计流程。 FPGA开发工具链： 介绍主流FPGA厂商（如Xilinx, Intel/Altera）提供的开发软件（如Vivado, Quartus Prime），以及它们在项目管理、仿真、综合、实现和调试中的作用。 FPGA应用实例： 通过具体项目，如简单的数字信号处理模块、自定义IP核、嵌入式系统接口等，展示FPGA在实际应用中的强大能力。 数字系统设计进阶 高级时序设计技术： 探讨更复杂时序问题，如多时钟域（Clock Domain Crossing, CDC）的处理，同步与异步FIFO的设计，以及如何利用时序约束（Timing Constraints）优化设计性能。 低功耗数字设计： 介绍各种降低数字电路功耗的技术，如时钟门控（Clock Gating）、电源门控（Power Gating）、动态电压频率调整（DVFS）等，以及其在移动设备和嵌入式系统中的重要性。 验证方法学： 强调验证在现代数字设计中的重要性，介绍结构化验证方法，如验证计划、测试平台（Testbench）的构建、约束随机验证（Constrained Random Verification, CRV）、断言（Assertions）的应用等。 第三部分：综合应用与实践 本部分将理论与实践相结合，通过丰富的案例研究和设计项目，引导读者将所学知识应用于解决实际问题。 经典数字系统设计案例 数据通路设计： 如何设计一个简单的数据通路，包括ALU、寄存器堆、多路选择器等，并用HDL实现。 控制器设计： 设计一个状态机控制器，例如一个交通灯控制器、一个简易的微处理器控制器等，并分析其时序行为。 存储器接口设计： 学习如何设计与外部存储器（如SRAM, SDRAM）进行通信的接口逻辑。 数字信号处理（DSP）模块设计： 介绍如何设计一些基础的DSP模块，如FIR滤波器、FFT（快速傅里叶变换）模块等，并探讨FPGA在DSP领域的应用。 微处理器与嵌入式系统基础 CPU结构与工作原理： 介绍经典CPU的结构，如指令集架构（ISA）、流水线（Pipeline）、缓存（Cache）等，并简述RISC和CISC的区别。 基于FPGA的简易CPU设计： 引导读者尝试设计一个简单的RISC-V或MIPS处理器核，并将其部署在FPGA上运行。 嵌入式系统开发流程： 简述嵌入式系统的软硬件协同开发流程，包括硬件平台选择、嵌入式Linux/RTOS移植、应用程序开发等。 现代电子设计趋势与前沿 SoC（System on Chip）设计： 介绍SoC的构成，包括CPU、GPU、DSP、外设控制器等，以及如何集成到单个芯片上。 ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）与FPGA的比较： 分析ASIC和FPGA在成本、性能、功耗、上市时间等方面的权衡，以及它们各自适用的场景。 片上网络（Network on Chip, NoC）： 介绍NoC技术在解决多核处理器通信瓶颈中的作用。 人工智能与FPGA/ASIC： 探讨AI芯片的发展，以及FPGA和ASIC在加速AI计算中的独特优势。 本书特色 理论与实践并重： 紧密结合理论知识与实际工程应用，通过丰富的示例和设计项目，帮助读者将抽象概念转化为具体解决方案。 循序渐进的学习路径： 从最基础的逻辑门原理，逐步深入到复杂的系统设计，适合不同知识背景的读者。 强调现代设计工具的应用： 重点介绍硬件描述语言（Verilog）、FPGA设计流程及主流开发工具，培养读者掌握当前行业主流的设计技能。 内容全面且前沿： 涵盖了数字逻辑设计的核心内容，并适当引入了SoC、AI芯片等前沿技术，为读者未来的学习和职业发展打下基础。 丰富的图示与例证： 配以大量清晰的电路图、逻辑图、波形图和设计流程图，直观易懂，加深读者理解。 通过学习本书，读者将能够深刻理解数字电子技术的精髓，掌握现代数字系统设计的方法和工具，具备独立进行数字电路设计、FPGA开发和嵌入式系统实现的能力，为在飞速发展的电子信息领域中取得成功奠定坚实的基础。