数字电路与系统(第3版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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戚金清 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121280559

商品编码：29378311399

包装：平装

出版时间：2016-01-01

基本信息

书名：数字电路与系统(第3版)

定价：45.00元

作者：戚金清

出版社：电子工业出版社

出版日期：2016-01-01

ISBN：9787121280559

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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数字电子技术是信息、通信、计算机、控制等领域工程技术人员必须掌握的基本理论和技能，本书主要讲解了数字逻辑基础，逻辑门电路，逻辑代数基础，组合逻辑电路，触发器，时序逻辑电路，脉冲波形的产生与变换，数字系统设计基础，数模与模数转换，半导体存储器及可编程逻辑器件，硬件描述语言Verilog HDL等内容。第3版修订了各章相关内容，并增加或修订了部分例题及习题。

目录

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章 数字逻辑基础11.1 模拟信号11.2 数字信号21.3 模拟电路与数字电路21.4 数制41.5 数制间的转换61.5.1 任意进制转换成十进制61.5.2 十进制转换成任意进制61.5.3 二进制与八进制间的转换71.5.4 二进制与十六进制间的转换81.6 代码81.6.1 二-十进制代码81.6.2 格雷码91.6.3 字符代码91.7 二进制代码的表示法101.8 带符号二进制数的表示法101.8.1 二进制正数表示法101.8.2 二进制负数表示法101.8.3 带符号二进制数的运算111.9 偏移码12习题12第2章 逻辑门电路142.1 概述142.2 逻辑门电路介绍142.2.1 基本逻辑门电路142.2.2 复合逻辑门电路152.3 TTL集成门电路172.3.1 TTL集成电路概述172.3.2 TTL与非门182.3.3 TTL与非门的电气特性202.3.4 其他类型TTL门电路222.3.5 TTL电路的改进系列272.4 MOS门电路282.4.1 NMOS门电路282.4.2 CMOS 电路302.4.3 CMOS电路特点322.4.4 集成电路使用注意事项32*2.5 TTL与CMOS电路的连接33*2.6 TTL、CMOS常用芯片介绍34习题35第3章 逻辑代数基础413.1 逻辑代数运算法则413.1.1 基本逻辑运算413.1.2 逻辑代数的基本定律423.1.3 逻辑代数的基本规则423.1.4 逻辑代数常用公式433.2 逻辑函数的标准形式433.2.1 小项和标准与或式433.2.2 大项和标准或与式453.2.3 大项与小项的关系463.3 逻辑函数的公式化简法473.4 逻辑函数的卡诺图化简法483.4.1 卡诺图483.4.2 用卡诺图表示逻辑函数493.4.3 用卡诺图化简逻辑函数493.4.4 具有随意项的逻辑函数化简513.4.5 引入变量卡诺图52习题53第4章 组合逻辑电路594.1 组合逻辑电路分析594.2 组合逻辑电路设计604.3 编码器634.3.1 普通编码器634.3.2 优先编码器644.4 译码器674.4.1 二进制译码器674.4.2 码制变换译码器704.4.3 显示译码器714.5 数据选择器754.5.1 数据选择器754.5.2 数据选择器实现逻辑函数764.6 数值比较器784.6.1 一位数值比较器794.6.2 四位数值比较器7485794.6.3 数值比较器的位数扩展804.7 加法电路804.7.1 半加器814.7.2 全加器814.7.3 超前进位加法器7428382*4.8 组合逻辑电路的竞争冒险844.8.1 竞争冒险的分类与判别844.8.2 竞争冒险消除方法85习题86第5章 触发器925.1 电平触发的触发器925.1.1 由与非门构成的基本RS触发器925.1.2 时钟触发器965.2 脉冲触发的触发器1005.2.1 主从RS触发器1005.2.2 主从JK触发器1015.3 边沿触发的触发器1055.3.1 TTL边沿触发器1055.3.2 CMOS边沿触发器1075.4 触发器的分类和区别110*5.5 触发器之间的转换1125.6 触发器的典型应用112习题114第6章 时序逻辑电路1196.1 时序逻辑电路的基本概念1196.1.1 时序逻辑电路的结构及特点1196.1.2 时序逻辑电路的分类1206.1.3 时序逻辑电路的表示方法1206.2 同步时序逻辑电路的一般分析方法1216.3 同步时序逻辑电路的设计1246.4 计数器1316.4.1 4位二进制同步集成计数器741611316.4.2 8421BCD码同步加法计数器741601336.4.3 同步二进制加法计数器741631346.4.4 二-五-十进制异步加法计数器742901346.4.5 集成计数器的应用1356.5 寄存器1406.5.1 寄存器741751406.5.2 移位寄存器1416.5.3 集成移位寄存器741941436.5.4 移位寄存器构成的移位型计数器144*6.6 序列信号发生器1476.6.1 计数型序列信号发生器1476.6.2 移位型序列信号发生器147习题150第7章 脉冲波形的产生与变换1557.1 555定时器1557.2 施密特触发器1567.2.1 555定时器构成的施密特触发器1567.2.2 门电路构成的施密特触发器1577.2.3 集成施密特触发器1597.2.4 施密特触发器的应用1597.3 单稳态触发器1617.3.1 TTL与非门组成的微分型单稳态触发器1617.3.2 555定时器构成的单稳态触发器1637.3.3 集成单稳态触发器1647.3.4 单稳态触发器的应用1667.4 多谐振荡器1697.4.1 555定时器构成的多谐振荡器1697.4.2 TTL与非门构成的多谐振荡器1717.4.3 石英晶体振荡器1737.4.4 施密特触发器构成的多谐振荡器1737.4.5 多谐振荡器的应用175习题176第8章 数字系统设计基础1808.1 数字系统概述1808.1.1 数字系统结构1808.1.2 数字系统的定时1808.1.3 数字系统设计的一般过程1818.2 算法状态机——ASM图表1818.2.1 ASM图表符号1818.2.2 ASM图表的含义1838.2.3 ASM图表的建立1848.3 数字系统设计185习题193第9章 数模与模数转换1969.1 数模转换电路1969.1.1 数模转换关系1969.1.2 权电阻网络DAC1979.1.3 R-2R 梯形电阻网络DAC1989.1.4 R-2R倒梯形电阻网络DAC1999.1.5 电流激励DAC2009.1.6 集成数模转换电路2009.1.7 数模转换的主要技术指标2059.2 模数转换电路2079.2.1 ADC的工作过程2079.2.2 并行比较ADC2099.2.3 并/串型ADC2119.2.4 逐次逼近型ADC2129.2.5 双积分ADC2149.2.6 集成模数转换电路2169.2.7 模数转换的主要技术指标218习题2190章 半导体存储器及可编程逻辑器件22310.1 半导体存储器概述22310.1.1 半导体存储器的分类22310.1.2 存储器的技术指标22410.2 存储器RAM22410.2.1 RAM的基本结构22510.2.2 RAM芯片简介22810.2.3 RAM的容量扩展22910.3 只读存储器ROM23110.3.1 ROM的分类23110.3.2 ROM的结构与基本原理23210.3.3 ROM应用23310.4 可编程逻辑器件PLD23610.4.1 可编程逻辑器件概述23610.4.2 可编程逻辑器件的基本结构和电路表示方法23710.4.3 复杂可编程逻辑器件CPLD23910.4.4 现场可编程门阵列FPGA24310.4.5 CPLD/FPGA设计方法与编程技术247习题2501章 硬件描述语言Verilog HDL25611.1 Verilog HDL的基本知识25611.1.1 什么是Verilog HDL25611.1.2 Verilog HDL的发展历史25611.1.3 Verilog HDL程序的基本结构25711.2 Verilog HDL的基本元素25911.2.1 注释符25911.2.2 标识符26011.2.3 关键字26011.2.4 间隔符26011.2.5 操作符26011.2.6 数据类型26411.3 Verilog HDL的基本语句26911.3.1 过程结构语句26911.3.2 语句块27111.3.3 时序控制27211.3.4 赋值语句27311.3.5 分支语句27411.3.6 循环语句27511.4 Verilog HDL程序设计实例27711.4.1 基本逻辑门电路设计27711.4.2 组合逻辑电路设计28011.4.3 时序逻辑电路设计28611.4.4 数字系统设计实例29111.5 Verilog HDL的模拟仿真29411.5.1 Quartus II开发软件29411.5.2 仿真实例296习题303参考文献304

作者介绍

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戚金清，大连理工大学电信学院教师，从事电子电路设计、数字电路与数字系统等课程的教学以及科研工作，多次获得教学、科研方面的奖项。

文摘

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序言

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《精通数字逻辑设计：理论、实践与前沿应用》 内容简介 本书是一本面向高等院校电子信息类、计算机类相关专业本科生和研究生的数字逻辑设计教材，同时也可作为从事数字系统设计、嵌入式系统开发、集成电路设计等工程技术人员的参考书。本书旨在系统深入地阐述数字逻辑设计的核心理论、关键技术，并结合当前行业发展的前沿趋势，引导读者掌握数字系统的分析、设计、验证以及优化方法。 第一部分：数字逻辑设计基础 本部分将带领读者从最基本的核心概念出发，逐步建立起对数字逻辑世界的全面认知。 绪论 数字系统概述：系统介绍数字系统的基本概念、发展历程及其在现代科技和社会中的重要作用。探讨数字信号与模拟信号的区别，以及数字系统为何在信息处理、通信、控制等领域占据主导地位。 数制与编码：深入讲解二进制、八进制、十进制、十六进制等常用数制之间的转换方法，以及BCD码、余三码、格雷码、ASCII码等不同编码的应用场景和特性。重点讲解定点数和浮点数的表示方式，以及由此带来的溢出、精度等问题。 逻辑门电路：详细介绍基本逻辑门（与门、或门、非门）、通用逻辑门（与非门、或非门、异或门）的逻辑功能、真值表、逻辑符号和电路实现。通过讲解基本门电路的组合，引出更复杂的逻辑功能。 布尔代数基础：系统阐述布尔代数的基本公理、定理和公式（如交换律、结合律、分配律、吸收律、德摩根定律等）。讲解如何利用布尔代数进行逻辑函数的化简和运算，为后续逻辑电路设计奠定理论基础。 组合逻辑电路 组合逻辑电路的设计步骤：详细阐述从问题描述到最终电路实现的完整设计流程，包括逻辑功能的分析、真值表的建立、布尔表达式的化简、卡诺图化简法、Quine-McCluskey方法等。 常用组合逻辑电路模块：深入讲解译码器、编码器、多路选择器、数据分配器、加法器（半加器、全加器、多位加法器）、减法器、比较器、数值转换器等基本组合逻辑电路模块的原理、功能和应用。通过实例分析，帮助读者理解这些模块在实际系统中的作用。 组合逻辑电路的分析与优化：讲解如何对已有的组合逻辑电路进行逻辑功能分析，并探讨提升电路性能（如速度、功耗、面积）的优化策略，包括使用通用逻辑门、并行处理等技术。 时序逻辑电路 时序逻辑电路的基本概念：区分组合逻辑电路和时序逻辑电路的根本区别，引入时钟信号、触发器、状态等关键概念。 触发器：详细介绍各类基本触发器（SR触发器、D触发器、JK触发器、T触发器）的工作原理、状态转换图、时序图和电路结构。重点讲解主从型触发器和边沿触发器的设计与特性。 寄存器与移位寄存器：讲解寄存器的功能及其在数据存储、暂存中的作用，介绍各类移位寄存器（串入串出、串入并出、并入串出、并入并出）的工作方式和应用。 计数器：分类讲解同步计数器（二进制同步计数器、十进制同步计数器）和异步计数器（行波计数器）的设计原理、工作特点和应用。讨论如何设计任意模数的计数器。 第二部分：数字系统设计与实现 本部分将引导读者掌握更复杂的数字系统设计方法，并了解实际实现技术。 有限状态机（FSM） 状态机模型：介绍摩尔（Moore）型和米利（Mealy）型有限状态机的基本模型，包括状态图、状态表的设计方法。 状态机设计流程：详细讲解如何根据系统功能需求，设计和实现状态机，包括状态的分配（编码）、输出逻辑的设计、时序逻辑电路的实现。 状态机的分析与优化：讨论如何分析已有的状态机电路，并提出状态最小化、硬件优化等技术。 可编程逻辑器件（PLD）与FPGA设计 PLD概述：介绍可编程逻辑器件的基本类型，如PLA、PAL、GAL等，讲解其结构和工作原理。 FPGA（现场可编程门阵列）：详细介绍FPGA的体系结构（可配置逻辑块CLB、输入输出块IOB、可编程互连线、硬件乘法器、DSP块等）。 硬件描述语言（HDL）：重点介绍Verilog HDL和VHDL两种主流硬件描述语言，讲解其基本语法、数据类型、行为级建模、数据流建模、结构级建模等。 FPGA设计流程：贯穿整个FPGA设计流程，包括需求分析、HDL代码编写、仿真验证、综合、布局布线、时序约束、下载与调试。 高级FPGA设计技巧：探讨时序收敛、低功耗设计、资源优化、IP核的使用等高级设计方法。 存储器系统 存储器分类：讲解不同类型的存储器，如RAM（SRAM、DRAM）、ROM（PROM、EPROM、EEPROM）、Flash存储器等，分析其工作原理、性能特点和应用领域。 存储器接口设计：介绍如何将存储器与CPU或其他逻辑单元进行接口连接，包括地址线、数据线、控制线的连接方式。 存储器扩展：讲解如何通过地址译码等技术扩展存储器容量，以满足大规模数据存储的需求。 第三部分：高级主题与前沿应用 本部分将拓展读者的视野，介绍数字逻辑设计领域的一些高级技术和最新发展。 同步与异步设计 同步时序逻辑设计：强调时钟在同步时序设计中的核心作用，讲解时钟域、时钟偏移、时钟抖动等概念，以及如何避免亚稳态。 异步时序逻辑设计：介绍异步设计的概念和优势（如低功耗、无时钟偏斜问题），讲解异步握手协议（如Two-Phase Handshake, Four-Phase Handshake）等。 信号完整性与功耗设计 信号完整性：讨论信号在高速传输中的反射、串扰、电磁干扰（EMI）等问题，讲解降低信号完整性问题的常用方法，如阻抗匹配、端接、PCB布线规则等。 功耗分析与优化：讲解数字电路功耗的来源（动态功耗、静态功耗），介绍降低功耗的技术，如时钟门控、电压与频率调节（DVFS）、低功耗逻辑单元等。 数字信号处理（DSP）基础 DSP概述：介绍数字信号处理的基本概念，如采样、量化、数字滤波、傅里叶变换等。 DSP在数字系统中的应用：讲解DSP在音频、视频处理、通信系统、图像识别等领域的应用，以及相应的硬件实现方法。 现代处理器架构与接口技术 CPU工作原理简述：简要介绍CPU的基本构成（ALU、控制单元、寄存器等）和指令执行流程。 常见接口标准：介绍USB、PCIe、DDR、HDMI等主流接口技术的原理和应用。 前沿研究方向 片上系统（SoC）设计：介绍SoC的构成、设计挑战与方法，以及其在移动设备、嵌入式系统等领域的广泛应用。 低功耗和高能效设计：探讨如何通过创新的架构和电路设计实现更低的功耗和更高的能效。 可信计算与安全设计：介绍在数字系统中保障信息安全和硬件可信度的技术。 人工智能与硬件加速：探讨如何利用FPGA等硬件平台加速AI算法的计算。 本书的特色 理论与实践相结合：在讲解理论知识的同时，大量引用实际工程案例和设计技巧，帮助读者将理论知识转化为实际技能。 内容循序渐进：从基础的逻辑门电路到复杂的FPGA设计，内容安排由浅入深，适合不同基础的读者。 紧跟技术前沿：涵盖了现代数字逻辑设计中的最新技术和发展趋势，如FPGA设计、DSP应用、低功耗设计等。 丰富图示与例题：书中配有大量的电路图、时序图、状态图等，并提供丰富的例题和课后习题，帮助读者加深理解。 注重工程思维：引导读者培养良好的工程设计习惯，强调设计的可实现性、可维护性和优化性。 通过学习本书，读者将能够扎实掌握数字逻辑设计的理论基础，熟练运用各种设计工具和方法，并能独立完成中小型数字系统的设计与实现，为未来在集成电路设计、嵌入式系统开发、通信工程等领域的工作打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论部分讲得实在是太深入了！我之前学数字电路的时候，总是感觉概念有些模糊，但这本书的讲解就像庖丁解牛一样，把每一个概念都拆解得明明白白。从最基础的逻辑门开始，一直讲到各种复杂的组合逻辑和时序逻辑电路。它不仅仅是罗列公式和定理，更重要的是给出了很多直观的图示和例子，让人很容易理解这些抽象的概念是如何在实际电路中实现的。而且，它还非常注重理论与实践的结合，不仅仅是让你知道“是什么”，更会告诉你“为什么”。比如，在讲解卡诺图化简的时候，它会详细解释为什么要这样做，以及化简后的好处，这比我之前看过的任何资料都解释得更透彻。作者在逻辑推理方面做得非常到位，每一步的推导都清晰可见，不会让人产生“怎么突然就变成这样了”的困惑。对于想要真正理解数字电路底层原理的读者来说，这本书绝对是不可多得的宝藏。它为我打下了坚实的理论基础，让我对后续的学习更有信心。

评分☆☆☆☆☆

说实话，这本书对我的思维方式产生了潜移默化的影响。它在讲解过程中，不仅仅是知识的传递，更是一种逻辑思维的训练。很多时候，它会设置一些“思考题”或者“挑战”，引导你去主动地探索和发现。我发现，通过解决这些问题，我不仅加深了对知识的理解，更重要的是培养了一种严谨的、分析性的思维习惯。它鼓励我去质疑、去验证，而不是被动地接受。比如，在介绍某种逻辑电路的冗余性时，它会引导你去思考在什么条件下这种冗余是必要的，以及如何通过分析来消除不必要的冗余。这种循循善诱的教学方式，让我感觉自己不仅仅是在学习一门技术，更是在提升自己的认知能力。这本书让我明白，学习数字电路不仅仅是记住公式和原理，更重要的是理解其背后的逻辑和思维方式，这对于我未来的学习和工作都有着长远的影响。

评分☆☆☆☆☆

我得说，这本书在学术深度和广度上都达到了一个新的高度。它不仅仅局限于基本的数字逻辑，还触及了很多更高级的数字系统设计和验证技术。比如，它对FPGA的设计流程、VHDL/Verilog硬件描述语言的应用都有非常详尽的介绍。这让我意识到，现代数字电路设计已经远远超出了用逻辑门搭电路的范畴。它讲解了如何使用EDA工具进行仿真、综合和实现，以及如何进行性能分析和优化。我印象特别深刻的是关于状态机设计的章节，它不仅讲解了不同类型状态机的特点，还提供了如何用硬件描述语言来实现的实例，这让我对如何从抽象的概念转化为实际可执行的代码有了更清晰的认识。这本书的知识体系非常完整，感觉就像一本数字电路设计的百科全书，能够满足不同层次读者的需求，无论你是初学者还是想要深入研究的专业人士，都能从中获益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最深刻的印象是它对复杂系统分析方法的清晰阐述。在学习数字电路的过程中，我常常会对一些大型的、相互关联的系统感到无从下手，不知道如何去理解它的整体架构和工作流程。而这本书，通过引入系统框图、模块化设计等概念，为我提供了一种有效的分析工具。它详细讲解了如何将一个复杂的数字系统分解成若干个更小的、易于管理的子模块，以及如何理解这些子模块之间的接口和通信方式。比如，它在讲解存储器系统的时候，不仅仅是介绍了RAM和ROM的原理，更重要的是展示了如何将它们集成到一个更大的系统中，以及如何设计相应的控制逻辑。这种自顶向下的设计思路，让我能够更系统地看待和理解数字系统，也极大地提高了我的问题解决能力。这本书真正教会了我“如何思考”数字系统，而不仅仅是“如何操作”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容编排和案例设计真是让我眼前一亮！我一直觉得学习数字电路很难找到合适的实践项目，要么太简单，要么太复杂，难以入手。但这本书在这方面做得非常出色。它在每一章的最后都提供了一些精心设计的实验项目，而且这些项目不仅仅是简单的“搭积木”，而是能够真正锻炼读者的设计和排错能力的。比如，有一个项目是设计一个简单的交通灯控制器，它要求读者不仅要完成逻辑功能，还要考虑到时序和状态转换，这让我充分体会到了时序逻辑的魅力。更棒的是，它还提供了详细的电路图、元器件清单，甚至还有一些调试技巧。我按照书上的步骤一步步操作，遇到问题也能很快地根据书上的提示找到解决方案。这让我感觉自己不再是孤军奋战，而是有一个经验丰富的导师在旁边指导。通过这些实践项目，我不仅巩固了理论知识，还学会了很多工程上的经验，这对于我未来的工作和学习都非常有帮助。