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出版者:电子工业出版社

作者:张钧良等编

出品人:

页数:258

译者:

出版时间:2001-1

价格:22.0

装帧:平装

isbn号码:9787505363649

丛书系列:

图书标签:

• 计算机组成原理
• 计算机体系结构
• 数字逻辑
• 汇编语言
• 计算机硬件
• 存储系统
• CPU
• 输入输出
• 流水线
• 并行处理

《数字逻辑与电路设计基础》 图书简介 本书旨在为读者提供深入浅出、全面系统的数字逻辑电路和基础电子电路的理论知识与工程实践技能。不同于侧重于计算机系统内部结构和指令集层面的著作，《数字逻辑与电路设计基础》将焦点完全置于构成所有数字系统的最底层基石之上——晶体管级别的开关行为、布尔代数在硬件实现中的应用，以及如何利用这些基础构建出复杂的组合逻辑和时序逻辑电路。 本书结构清晰，内容涵盖了从最基本的电子元件特性到复杂系统模块设计的完整流程，尤其强调理论与实际设计工具（如硬件描述语言HDL）的结合。 --- 第一部分：基础电子元件与模拟电路入门 在深入数字世界之前，理解驱动这些数字开关的物理基础至关重要。本部分详细探讨了构成现代集成电路（IC）的基本单元——半导体器件的工作原理。 1. 半导体物理基础： 追溯到材料科学的层面，讲解了本征半导体、N型和P型掺杂的概念，以及载流子（电子和空穴）的迁移率和扩散现象。这是理解二极管和三极管工作特性的物理前提。 2. 二极管的应用与模型： 详细分析了PN结在正向偏置、反向偏置下的I-V特性曲线。重点介绍了几种常用二极管（如稳压二极管、发光二极管）的工程模型，并探讨了它们在整流、钳位和箝位电路中的实际应用。 3. BJT与MOSFET晶体管基础： 本章是理解数字开关的基础。我们深入分析了双极性结型晶体管（BJT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的结构、工作区（截止、放大、饱和/线性区）以及其作为电子开关的特性。特别强调了MOSFET在CMOS技术中的重要性，对比了BJT和MOSFET在功耗、开关速度和集成密度上的优劣。 4. 基础模拟放大电路： 虽然本书核心是数字电路，但理解晶体管作为线性放大器的工作方式，有助于读者掌握其作为开关时的非线性特性。本章简要介绍共源极、共集电极等基本放大组态，并探讨负载线分析法。 --- 第二部分：布尔代数与组合逻辑电路设计 本部分是本书的核心，专注于如何使用布尔代数来描述和实现逻辑功能，并设计出不含记忆元件的电路。 5. 布尔代数与逻辑门： 系统阐述了布尔代数的基本公理、定理（如德摩根定律、分配律）。随后，详细介绍了基本逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）的真值表、符号表示和物理实现（基于CMOS的反相器和缓冲器）。着重强调NAND和NOR门作为“通用门”的重要性及其在逻辑电路设计中的简化作用。 6. 逻辑函数的化简： 介绍了几种关键的逻辑化简技术。首先是代数法，通过应用布尔代数规则简化表达式。其次是卡诺图（Karnaugh Map, K-Map）法，通过图形化的方式系统地找出最小项集和冗余项，实现对两变量到六变量逻辑函数的简化。最后，引入奎因-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）算法作为处理复杂、多变量函数的系统化工具。 7. 组合逻辑电路的构建与分析： 介绍如何将化简后的布尔表达式转换为实际的逻辑门电路图。重点分析并设计了若干标准组合逻辑单元： 编码器与译码器： 如BCD到七段显示译码器、优先编码器。 数据选择器（MUX）与数据分配器（DEMUX）： 分析其作为多路信号选择和数据路由的强大功能。 加法器与算术单元： 从半加器、全加器开始，逐步构建出串行加法器和并行（携带选择器控制的）快速加法器结构。 --- 第三部分：时序逻辑电路与状态机 本部分转向处理时间依赖性电路，即那些具有“记忆”功能的电路单元。 8. 锁存器与触发器： 详细剖析了基本存储单元的构建。从SR锁存器（带或不带同步控制的）开始，解释了“禁止状态”问题。随后，深入讲解了D触发器（延迟触发器）和JK触发器，重点关注它们在时钟边沿（上升沿或下降沿）触发下的行为，以及如何避免亚稳态问题。 9. 寄存器与移位寄存器： 介绍如何将多个触发器同步连接起来形成并行数据存储单元——寄存器。深入研究了各种移位寄存器（串入并出、并入串出、双向移位）的工作机制及其在数据缓冲、串并行转换中的应用。 10. 异步与同步时序系统： 区分异步（无全局时钟控制）和同步（由单一全局时钟控制）系统设计的差异和挑战。重点放在同步时序电路的分析上，包括建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的限制对系统速度的决定性影响。 11. 有限状态机（FSM）设计： FSM是控制逻辑设计的核心。本章首先介绍状态图、状态转移表和状态编码的原理。接着，采用标准的米利（Mealy）模型和穆尔（Moore）模型进行设计实例演示，例如交通灯控制器、序列检测器等。讨论了如何使用D触发器和组合逻辑电路来实现自动机的功能，并探讨了状态编码优化以减少逻辑门数量的方法。 --- 第四部分：可编程逻辑器件与系统接口 本部分将理论电路设计提升到实际硬件实现层面，介绍了现代电子设计中不可或缺的可编程器件。 12. 可编程逻辑器件（PLD）概述： 介绍了可编程只读存储器（PROM）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）的基本结构。解释了它们如何通过可编程的逻辑阵列和可编程的互连资源来实现任意布尔函数的快速原型设计。 13. 硬件描述语言（VHDL/Verilog）入门： 鉴于现代数字系统设计几乎完全依赖HDL，本章提供了一个实用的入门。重点讲解如何用HDL来描述组合逻辑（使用连续赋值或`always`块）和时序逻辑（同步描述时钟和复位），以及如何进行仿真和综合。书中会使用清晰的例子将上一部分介绍的加法器和FSM结构转化为硬件描述代码。 14. 时序分析与时钟域： 讨论了在大型系统中，信号跨越不同时钟域（Clock Domain Crossing, CDC）时可能出现的同步问题。介绍了一些基本的CDC同步机制，如双触发器同步链，以确保系统可靠性。 --- 适用读者： 本书适合于电子工程、计算机工程、自动化等专业的本科生作为核心教材，也适合于希望系统学习数字电路设计原理的工程师和高级技术爱好者。本书的深度和广度，使其成为从理论基础走向现代硬件描述语言应用的理想桥梁。

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