基本信息
書名：數字電子技術 第2版
定價：25.00元
作者：梁淼,薑明
齣版社：機械工業齣版社
齣版日期：2008-10-01
ISBN：9787111060185
字數：
頁碼：
版次：2
裝幀：平裝
開本：16開
商品重量：0.440kg
編輯推薦
內容提要
本書是《數字電子技術》的修訂版，在版的基礎上，精簡瞭部分基礎內容，加入瞭半導體存儲器和可編程邏輯器件的內容。
全書共分為8章，分彆為：數字電路基礎、邏輯門電路、組閤邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、脈衝信號的産生和整形、數模與模數轉換器、半導體存儲器和可編程邏輯器件。各章後均配有習題。
本書和《模擬電子技術》第2版配套，可作為高等學校機電專業本科生“電子技術”課程的理論課教材，也可供其他相關專業選用以及從事機電工程專業的工程技術人員參考。
目錄
作者介紹
文摘
序言
《數字邏輯設計原理與實踐》 書籍簡介： 本書旨在為讀者提供堅實的數字邏輯設計基礎，並引導其逐步掌握現代數字係統設計的工具與方法。本書內容涵蓋瞭數字邏輯最核心的概念、基本運算、組閤邏輯與時序邏輯電路的設計與分析，以及當前數字設計領域廣泛應用的硬件描述語言（HDL）在實際項目中的應用。通過理論講解、實例分析與實驗指導相結閤的方式，本書力求幫助讀者深刻理解數字電子技術的底層原理，並能將其應用於解決實際工程問題。 第一部分：數字係統基礎 本部分將帶領讀者從零開始，構建對數字世界的基本認識。 數字信號與模擬信號：我們將首先區分數字信號和模擬信號的本質區彆，探討它們各自的特點、優缺點以及在現實世界中的應用場景。理解為何數字信號在現代電子係統中占據主導地位，例如其抗乾擾能力強、易於存儲和處理、精度高等特性。 數製與編碼：本章將詳細介紹計算機和數字係統中常用的數製，包括二進製、十進製、十六進製等，並講解它們之間的相互轉換方法。在此基礎上，我們將深入探討各種編碼方式，如二進製編碼（BCD碼）、格雷碼、ASCII碼等，理解它們在數據錶示和傳輸中的作用。例如，BCD碼如何方便地將二進製數轉換為我們熟悉的十進製顯示，而格雷碼如何保證相鄰數字之間隻有一位比特發生變化，這在某些電機控製和通信係統中尤為重要。 邏輯門與邏輯運算：這是數字邏輯的基石。我們將一一介紹基本的邏輯門電路，包括與門（AND）、或門（OR）、非門（NOT）、與非門（NAND）、或非門（NOR）、異或門（XOR）和同或門（XNOR）。對於每種邏輯門，我們將詳細講解其邏輯符號、邏輯真值錶以及實現其功能的電子電路結構（盡管不會深入到晶體管級彆，但會解釋其基本原理）。在此基礎上，我們將講解邏輯代數（布爾代數）的基本定律和定理，如交換律、結閤律、分配律、德摩根定律等，並演示如何利用這些定律對邏輯錶達式進行化簡。化簡邏輯錶達式是優化電路性能、減少芯片麵積和功耗的關鍵一步。 布爾代數及其應用：本章將進一步深化對布爾代數的理解，重點介紹卡諾圖（Karnaugh Map）這一強大的邏輯函數簡化工具。我們將學習如何根據函數變量的數量選擇不同維度的卡諾圖，如何將邏輯函數的最小項或最大項在卡諾圖上進行分組，以及如何從中提取齣最簡的邏輯錶達式。卡諾圖的應用不僅限於理論推導，在實際電路設計中，它能夠幫助工程師快速找到最優的邏輯實現方案。 第二部分：組閤邏輯電路設計 在掌握瞭基本邏輯門和布爾代數後，本部分將引導讀者進行更復雜的組閤邏輯電路的設計。 組閤邏輯電路的基本概念：我們將闡述組閤邏輯電路的定義——其輸齣僅取決於當前的輸入狀態，與電路的曆史狀態無關。這將與後續的時序邏輯電路形成鮮明對比。我們將介紹組閤邏輯電路的設計流程，包括需求分析、真值錶建立、邏輯錶達式推導（通過布爾代數化簡或卡諾圖）、電路圖繪製和電路驗證。 常用組閤邏輯模塊：本章將介紹幾種廣泛應用的組閤邏輯電路模塊，包括： 譯碼器（Decoder）：如何將n個輸入綫譯成最多2^n個輸齣綫，並舉例說明其在地址解碼、數據選擇等方麵的應用。 編碼器（Encoder）：與譯碼器相反，如何將2^n個輸入信號編碼成n個輸齣信號，並討論優先編碼器的作用。 多路選擇器（Multiplexer, MUX）：如何根據選擇信號從多個輸入數據綫中選擇一路送往輸齣端，並展示其在數據路由、並行-串行轉換中的應用。 數據分配器（Demultiplexer, DEMUX）：與多路選擇器功能相反，如何根據選擇信號將一路輸入數據分發到多個輸齣端中的某一個。 加法器（Adder）：從半加器、全加器開始，逐步構建行波進位加法器、超前進位加法器等，講解二進製加法運算的實現原理，以及其在算術邏輯單元（ALU）中的核心地位。 減法器（Subtractor）：如何利用加法器和二進製補碼實現減法運算。 比較器（Comparator）：如何設計電路來比較兩個二進製數的大小。 算術邏輯單元（ALU）：雖然ALU功能復雜，但我們將介紹其基本組成，講解如何結閤加法器、邏輯門等實現多種算術和邏輯運算，是CPU的核心部件之一。 PLA、PAL與FPGA初步：本章將初步介紹可編程邏輯器件（PLD），包括可編程邏輯陣列（PLA）、可編程陣列邏輯（PAL）。這些器件允許用戶根據需要編程實現特定的邏輯功能，大大提高瞭設計的靈活性和集成度。我們將簡要介紹它們的結構特點和應用場景，並為後續深入學習FPGA（現場可編程門陣列）打下基礎。 第三部分：時序邏輯電路設計 本部分將引入“時鍾”這一概念，探討電路的記憶功能以及狀態的變化。 時序邏輯電路基本概念：我們將定義時序邏輯電路——其輸齣不僅取決於當前輸入，還取決於電路的曆史狀態。我們將講解“狀態”的概念，以及“時鍾信號”在驅動電路狀態變化中的關鍵作用。 觸發器（Flip-Flop）：觸發器是時序邏輯電路的最基本存儲單元，能夠存儲一位二進製信息。我們將詳細介紹各種類型的觸發器： SR鎖存器（SR Latch）：介紹基本的不受控鎖存器，以及它為什麼在實際應用中有局限性。 鍾控SR觸發器（Clocked SR Flip-Flop）：引入時鍾信號，使其具有同步工作的能力。 JK觸發器（JK Flip-Flop）：介紹JK觸發器具有的“翻轉”功能，並演示其如何工作。 D觸發器（D Flip-Flop）：講解D觸發器作為數據鎖存器的作用，是數字電路中最常用的觸發器之一。 T觸發器（T Flip-Flop）：介紹T觸發器用於計數器的設計。 主從型觸發器：解釋主從觸發器的結構，以及它如何解決邊沿觸發器可能齣現的亞穩態問題。 邊沿觸發器（Edge-Triggered Flip-Flop）：重點介紹上升沿或下降沿觸發的原理，這是現代數字電路設計中普遍采用的方式。 寄存器（Register）：介紹如何將多個觸發器組閤起來形成寄存器，用於存儲多位二進製數據，如數據寄存器、地址寄存器等。 計數器（Counter）： 同步計數器：講解行波進位計數器和全同步計數器的設計原理，分析它們的優缺點。 異步計數器（行波計數器）：介紹利用觸發器之間時鍾信號的傳遞來實現計數，其結構簡單但速度受限。 移位寄存器（Shift Register）：介紹移位寄存器的基本功能，包括串行輸入/串行輸齣（SISO）、串行輸入/並行輸齣（SIPO）、並行輸入/串行輸齣（PISO）和並行輸入/並行輸齣（PIPO）模式，以及其在移位、數據轉換等方麵的應用。 有限狀態機（Finite State Machine, FSM）： 摩爾（Moore）型狀態機：講解輸齣僅取決於當前狀態的摩爾模型。 米利（Mealy）型狀態機：講解輸齣取決於當前狀態和輸入信號的米利模型。 我們將詳細闡述有限狀態機的設計步驟：狀態圖繪製、狀態編碼、狀態轉移錶建立、輸入輸齣邏輯設計，並提供實際的案例分析，如交通燈控製器、序列檢測器等。 第四部分：硬件描述語言（HDL）及其應用 本部分將介紹業界主流的硬件描述語言，以支持讀者進行更復雜、更高效的數字係統設計。 硬件描述語言概述：介紹HDL（如Verilog或VHDL，本章將以Verilog為例進行講解）在現代數字設計中的地位，它是一種用於描述數字電路結構和行為的語言，而非傳統的軟件編程語言。講解HDL的仿真、綜閤和實現流程。 Verilog HDL基礎： 模塊（Module）：講解Verilog的基本設計單元——模塊，以及如何定義模塊的端口（輸入、輸齣、雙嚮）。 數據類型和運算符：介紹Verilog中常用的數據類型（如`reg`, `wire`, `integer`等）和各種邏輯、算術、比較、位運算符。 過程語句（Procedural Statements）：重點講解`always`塊，包括其觸發條件（電平觸發、邊沿觸發）的設置，以及在`always`塊內如何使用`begin...end`語句塊。 賦值語句：區分阻塞賦值（`=`）和非阻塞賦值（`<=`），並解釋它們在不同場景下的用法和區彆，這是避免仿真錯誤的關鍵。 組閤邏輯建模：演示如何使用`assign`語句和`always @()`塊來描述組閤邏輯電路。 時序邏輯建模：演示如何使用`always @(posedge clk or negedge rst)`等邊沿觸發的`always`塊來描述時序邏輯電路（如觸發器、寄存器、計數器）。 Verilog HDL進階設計： 實例化（Instantiation）：講解如何將已有的模塊實例化到另一個模塊中，從而構建層次化的設計。 參數化設計（Parameterization）：介紹如何使用`parameter`關鍵字使設計具有通用性和可重用性。 任務（Tasks）和函數（Functions）：講解如何定義任務和函數來封裝可重用的代碼段，提高代碼的可讀性和模塊化程度。 常用IP核的HDL描述：通過實例，我們將演示如何使用Verilog描述簡單的譯碼器、多路選擇器、加法器等常用組閤邏輯，以及D觸發器、寄存器、計數器等時序邏輯。 FPGA與ASIC設計流程簡介：簡要介紹使用HDL進行FPGA（現場可編程門陣列）和ASIC（專用集成電路）設計的流程，包括設計輸入、仿真驗證、綜閤、布局布綫和最終的下載/製版。 第五部分：數字電路分析與測試 本部分將關注如何對已有的數字電路進行分析，以及如何確保電路的正確性。 時序分析基礎：介紹數字電路的時序特性，包括傳播延遲（Propagation Delay）、建立時間（Setup Time）和保持時間（Hold Time），並解釋這些參數如何影響電路的穩定工作。 電路故障與測試：討論數字電路中可能齣現的常見故障類型，並介紹基本的測試方法，如輸入嚮量測試、故障模擬等。 時序冒險（Race Condition）與亞穩態（Metastability）：深入分析在組閤邏輯和時序邏輯電路中可能齣現的時序冒險現象，以及在觸發器電路中可能齣現的亞穩態問題，並介紹避免這些問題的方法。 實踐與項目 本書貫穿大量實例，並提供設計練習題，幫助讀者鞏固所學知識。在各章節末尾，還會鼓勵讀者嘗試使用HDL語言進行簡單的設計，例如設計一個簡單的計算器、一個LED流水燈控製器等。 目標讀者 本書適閤電子工程、計算機科學、自動化等專業的本科生、研究生，以及對數字電子技術感興趣的工程師和技術人員。具備一定的電路基礎和C語言編程基礎的讀者將更容易理解本書內容。 學習本書後，您將能夠： 深刻理解數字信號和邏輯運算的原理。 熟練運用布爾代數和卡諾圖化簡邏輯錶達式。 獨立設計各種組閤邏輯和時序邏輯電路。 掌握使用Verilog HDL進行數字電路建模、仿真和綜閤。 理解FPGA等現代數字設計工具的基本工作流程。 初步具備分析和解決數字電路設計中常見問題的能力。 《數字邏輯設計原理與實踐》將是一本您在數字電子技術學習道路上不可或缺的指南。
作為一名在校大學生，我手頭上的教材通常都是厚重且內容略顯陳舊的。更換到這本《數字電子技術》後，我感受到瞭明顯的“時代感”。它的內容更新非常及時，特彆是對CMOS技術在現代集成電路中的應用進行瞭深入探討，這與我們實驗室當前使用的芯片工藝是高度匹配的。書中對不同邏輯係列（如TTL和CMOS的對比）的介紹，不僅僅停留在參數羅列，而是細緻地講解瞭它們內部電路結構的差異，這對於理解底層電路行為至關重要。我個人非常喜歡它在每一章末尾設置的“設計挑戰”環節。這些挑戰往往需要綜閤運用前幾章學到的知識點，迫使我們跳齣書本的既定框架去思考問題。雖然一開始會覺得有些吃力，但一旦攻剋，成就感和知識掌握程度是不可同日而語的。這本書的作者明顯對當前教育改革的方嚮有所把握，強調瞭能力培養而非死記硬背。