9787563513468 新编数字逻辑电路 北京邮电大学出版社有限公司 江国强 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

基本信息

书名：新编数字逻辑电路

定价：28.00元

作者：江国强

出版社：北京邮电大学出版社有限公司

出版日期：2006-12-01

ISBN：9787563513468

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书是按照*的数字电路设计技术编写的，书中把传统的以卡诺图为逻辑化简手段和相应的设计技术等方面内容删除，而以硬件描述语言（HDL）的设计技术代之。书中列举了大量的基于HDL的门电路、触发器、组合逻辑电路、时序逻辑电路、存储器和数字系统设计的实例，供读者参考。每个设计实例都经过了电子设计自动化（EDA）软件的编译和仿真，确保无误。
全书共10章，包括数制与编码、逻辑代数、门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲单元电路、数模和模数转换、程序逻辑电路及可编程逻辑器件，每章后均附有思考题和习题。
本书图文并茂、通俗易懂，并配有电化教学课件、习题与实验辅导教材，可作为高等院校工科电子类、通信信息类、自动化类专业的技术基础课教材，也可供相关工程技术人员参考阅读。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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数字逻辑电路：基石与未来 数字逻辑电路，作为现代电子信息技术的核心基石，其重要性不言而喻。从我们日常使用的手机、电脑，到庞大的数据中心、复杂的通信系统，再到前沿的人工智能和物联网设备，无一不建立在数字逻辑电路的坚实基础上。它是一门研究如何设计、实现和分析由基本逻辑门（如AND、OR、NOT、XOR等）组合而成的电路的学科，这些逻辑门是构建所有数字系统的最小单元，它们根据二进制的输入信号（0或1）产生相应的输出信号。 数字逻辑电路的基础概念与原理 数字逻辑电路的精髓在于其抽象和逻辑的严谨性。学习数字逻辑电路，首先需要掌握几个核心概念： 二进制数系统： 数字电路的工作原理基于二进制，即只使用0和1两种状态来表示信息。这种简单但强大的系统使得电路的设计和分析变得高度标准化和自动化。从十进制到二进制的转换、二进制的加减乘除运算，是理解数字系统工作方式的起点。 布尔代数： 这是数字逻辑电路的数学语言。布尔代数由逻辑变量（取0或1）、逻辑运算符（AND、OR、NOT）以及一系列公理和定理构成。通过布尔代数，我们可以对逻辑表达式进行简化、变换和分析，从而优化电路设计，减少硬件成本和功耗。例如，一个复杂的逻辑功能可以用一个简化的布尔表达式来表示，从而对应一个更精简的逻辑电路。 逻辑门： 逻辑门是数字电路的最基本组成单元，它们实现了基本的逻辑运算。 AND门 (与门)： 只有当所有输入都为1时，输出才为1。 OR门 (或门)： 只要有一个输入为1，输出就为1。 NOT门 (非门/反相器)： 输出是输入的反相，输入为1时输出为0，输入为0时输出为1。 NAND门 (与非门)： 是AND门的输出取反，即除了所有输入都为1时输出为0，其他情况输出都为1。 NOR门 (或非门)： 是OR门的输出取反，即只要有一个输入为1，输出就为0，只有所有输入都为0时输出才为1。 XOR门 (异或门)： 当输入信号不同时，输出为1；当输入信号相同时，输出为0。 XNOR门 (同或门)： 当输入信号相同时，输出为1；当输入信号不同时，输出为0。 这些基本逻辑门通过不同的组合，可以实现任何复杂的逻辑功能。 组合逻辑电路： 这类电路的输出仅取决于当前的输入。组合逻辑电路由逻辑门按照特定的布尔函数进行连接构成。常见的组合逻辑电路模块包括： 编码器 (Encoder)： 将输入信号（通常是多个并行信号中的一个被激活）转换为一个更紧凑的二进制编码。例如，键盘编码器将按键信号转换为ASCII码。 译码器 (Decoder)： 将二进制输入转换为一组独立的输出信号，通常只有一个输出被激活。例如，内存地址译码器根据地址信号选择要访问的内存单元。 多路选择器 (Multiplexer, MUX)： 根据选择信号，从多个输入线中选择一路作为输出。它常用于数据选择和路由。 数据分配器 (Demultiplexer, DEMUX)： 与多路选择器相反，它将一个输入信号通过选择信号分发到多个输出线中的一路。 加法器 (Adder)： 实现二进制数的加法运算，有半加器（处理两位数的加法）、全加器（处理带进位的加法）以及多比特加法器。 比较器 (Comparator)： 比较两个二进制数的数值大小，输出相应的比较结果（大于、小于、等于）。 时序逻辑电路： 与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路的输出不仅取决于当前的输入，还取决于电路的历史状态，即过去的输入序列。这种“记忆”能力是通过存储元件来实现的，最基本的就是触发器。 触发器 (Flip-Flop)： 是时序逻辑电路中最基本的存储单元，能够存储一位二进制信息。常见的触发器类型包括SR触发器、JK触发器、D触发器和T触发器。它们根据时钟信号（Clock）和输入信号的状态来改变和保持其输出状态。 寄存器 (Register)： 由一组触发器组成，可以存储多个二进制位的数据。例如，8位寄存器可以存储8个二进制位。 计数器 (Counter)： 是一种能够对输入脉冲进行计数的时序逻辑电路。它可以用来测量时间、生成时钟分频信号、实现状态机的状态转换等。计数器可以是同步的（所有触发器在同一时钟边沿翻转）或异步的（触发器翻转依赖于前一级触发器的输出）。 移位寄存器 (Shift Register)： 能够将存储在其中的二进制数据向左或向右移动。移位寄存器在串行数据传输、数据转换（如并行转串行、串行转并行）等应用中非常重要。 状态机 (Finite State Machine, FSM)： 是一种用来描述和实现序列控制逻辑的模型。状态机由一组有限的状态、状态之间的转换规则以及输入和输出信号组成。它广泛应用于控制器的设计，如交通灯控制器、自动售货机等。 数字逻辑电路的设计流程与工具 现代数字逻辑电路的设计是一个复杂但高度标准化的过程，通常涉及以下步骤： 1. 需求分析与规格定义： 明确电路的功能需求、性能指标（如速度、功耗、面积）、接口要求等。 2. 逻辑设计： 将功能需求转化为逻辑功能描述，通常使用布尔表达式、真值表或状态转移图等形式。 3. 行为级建模 (HDL)： 使用硬件描述语言（Hardware Description Language, HDL），如Verilog或VHDL，来描述电路的行为。HDL允许工程师以抽象的方式描述电路，而不必关心底层的逻辑门实现。 4. 综合 (Synthesis)： HDL代码经过综合工具的转换，生成网表 (Netlist)，即由基本逻辑门和触发器构成的电路连接描述。综合过程会根据目标工艺库和设计约束（如时序、面积）来优化电路。 5. 仿真 (Simulation)： 在综合前和综合后，都需要对设计进行仿真，以验证逻辑功能的正确性。仿真工具可以模拟电路在不同输入激励下的行为。 6. 布局布线 (Place and Route)： 对于集成电路设计，布局布线是至关重要的一步。布局工具将网表中的逻辑单元放置在芯片上，并进行连接（布线）。这一步直接影响到电路的性能、功耗和面积。 7. 时序分析 (Timing Analysis)： 检查电路的时序是否满足设计要求，是否存在时序违例（如建立时间/保持时间不足）。 8. 物理验证 (Physical Verification)： 检查芯片物理版图是否符合设计规则，确保芯片可以成功制造。 9. 形式验证 (Formal Verification)： 使用数学方法证明设计的正确性，尤其适用于关键路径和控制逻辑。 数字逻辑电路的应用领域 数字逻辑电路的应用几乎渗透到现代科技的每一个角落： 计算机系统： 中央处理器 (CPU)、内存控制器、图形处理器 (GPU)、各种芯片组等都离不开数字逻辑电路的复杂设计。 通信系统： 手机、基站、路由器、交换机等都包含大量的数字逻辑电路，用于信号处理、数据编码/解码、协议实现等。 消费电子产品： 电视、DVD播放器、数码相机、游戏机、智能手表等都依赖于数字逻辑电路实现其丰富的功能。 工业控制： PLC（可编程逻辑控制器）、传感器接口、电机驱动等都广泛使用数字逻辑电路。 汽车电子： 现代汽车中的发动机控制单元 (ECU)、车载娱乐系统、自动驾驶辅助系统 (ADAS) 等都包含复杂的数字逻辑电路。 医疗设备： 诊断仪器、生命体征监测器、成像设备等都需要精确的数字逻辑控制。 人工智能与机器学习： GPU、TPU等加速器硬件的核心就是大规模、高性能的数字逻辑电路，它们负责执行复杂的并行计算任务。 数字逻辑电路的发展趋势 随着科技的飞速发展，数字逻辑电路正朝着以下方向演进： 集成度的提高： 集成电路（IC）的晶体管数量不断增加，实现了更复杂的功能和更高的性能，摩尔定律仍在延续，但面临物理极限的挑战。 低功耗设计： 随着移动设备和物联网设备的普及，对低功耗的需求越来越迫切。低功耗技术，如门控时钟、动态电压频率调节 (DVFS) 等，被广泛应用。 高速化： 通信速度和数据处理速度的要求不断提高，推动了高速逻辑电路的设计技术发展。 可重构计算： FPGA（现场可编程门阵列）等可重构器件允许用户在硬件层面修改逻辑功能，为原型验证、特定应用加速提供了灵活性。 片上系统 (SoC)： 将多个功能模块（CPU、GPU、内存控制器、I/O接口等）集成到单个芯片上，大大提高了系统的集成度和效率。 新兴材料与工艺： 纳米级晶体管、新材料（如III-V族半导体、二维材料）的研究和应用，以及先进的制造工艺（如EUV光刻），都在推动数字逻辑电路技术的边界。 安全设计： 随着网络安全威胁的增加，硬件安全设计也日益受到重视，例如加密逻辑、防篡改设计等。 学习数字逻辑电路的意义 掌握数字逻辑电路的知识，不仅是进入电子工程、计算机科学等相关领域的敲门砖，更是理解和创造现代数字世界的基础。它培养了严谨的逻辑思维能力、抽象分析能力和问题解决能力。无论是进行硬件设计、软件开发，还是从事前沿的科学研究，对数字逻辑电路的深刻理解都将使你受益匪浅，能够更有效地利用和改造我们身边的数字世界。从最基础的逻辑门到构成万物之灵的微处理器，数字逻辑电路展现了人类智慧在逻辑与实现之间创造的无限可能。