基础电路实验 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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isbn号码:9787110017432

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深入探索模拟电子世界：数字逻辑电路设计与实现 本书聚焦于数字逻辑电路的原理、设计、实现与应用，旨在为读者提供一个全面而深入的学习路径，从最基础的布尔代数到复杂的微处理器架构，涵盖数字系统构建的方方面面。本书内容完全独立于任何关于“基础电路实验”的传统模拟电路实验范畴，侧重于离散逻辑和系统级数字功能的构建与分析。 --- 第一部分：数字逻辑的基石与数学表达 本部分奠定了整个数字系统设计的基础，强调逻辑的精确性和数学表达的严谨性。 第一章：信息表示与数字编码 本章首先引入信息的本质，探讨如何将现实世界中的连续信号转化为计算机可处理的离散形式。详细阐述了二进制、八进制、十六进制的相互转换机制。着重分析了有符号数的表示方法，包括原码、反码、补码的原理及其在加减运算中的优势，特别是补码系统在现代计算机硬件中的核心地位。此外，介绍常用的数据编码标准，如 BCD 码、格雷码（Gray Code）及其在数据传输和比较中的特定应用场景。 第二章：布尔代数与逻辑门基础 这是数字逻辑的语言。本章深入讲解布尔代数的基本公理、定理与德摩根定律。通过这些数学工具，读者将学会如何简化复杂的逻辑表达式。随后，系统介绍基本的逻辑门：AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR 和 XNOR。通过真值表、逻辑图以及波形图三种方式全面描述每种逻辑门的功能特性。重点探讨了 NAND 和 NOR 门作为“通用门”的构造能力，证明仅使用其中一种门即可实现所有基本逻辑功能。 第三章：组合逻辑电路分析与设计 本章将理论与实践相结合，教授如何将实际需求转化为逻辑电路。详细介绍了组合逻辑电路的设计流程：从需求定义到逻辑表达式的推导。核心内容包括：卡诺图（Karnaugh Map）的使用，用于两变量到五变量逻辑函数的化简，以及如何利用奎因-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）算法处理更复杂、变量更多的系统，确保获得最简“和的积”（SOP）或“积的和”（POS）形式。随后，介绍标准组合逻辑器件的应用，如译码器（Decoders）、编码器（Encoders）、数据选择器（Multiplexers, MUX）和数据分配器（Demultiplexers, DEMUX）的内部结构、选址原理及其在数据路由和功能实现中的灵活应用。 --- 第二部分：时序逻辑与状态的记忆 数字系统不仅仅是即时响应的组合电路，更重要的是能够“记忆”信息、形成状态的系统。本部分专门讲解时序逻辑电路。 第四章：基本存储元件与锁存器 本章引入了存储单元的概念。详细分析了 SR 锁存器（Set-Reset Latch）的工作原理，特别是其“非法状态”问题。随后引入时钟控的 D 锁存器（Data Latch），解释了透明度和保持状态的关键区别。通过对这些基础单元的剖析，为后续更复杂的同步电路打下基础。 第五章：触发器（Flip-Flops）——数字系统的核心记忆单元 触发器是实现时序控制的基石。本章详细对比了边沿触发（Edge-Triggered）D、JK 和 T 触发器的结构与工作特性，特别关注它们如何避免锁存器中的竞争与冒险问题。深入探讨了主从（Master-Slave）结构以及单沿触发的实现。重点分析了触发器的工程参数，如建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time），以及这些参数如何影响系统的工作频率。 第六章：时序逻辑系统的设计与分析 本章将存储元件与组合逻辑结合，构建完整的时序系统。详细介绍有限状态机（Finite State Machine, FSM）的设计方法。首先阐述穆尔（Moore）模型和米利（Mealy）模型的设计区别与适用场景。随后，讲解状态图、状态表到触发器激励表（Excitation Table）的转换过程，以及如何化简状态方程。内容涵盖异步与同步复位（Reset）机制、计数器（Counters）的设计（包括异步计数器、同步计数器、环形计数器和约翰逊计数器）以及移位寄存器（Shift Registers）的功能实现（如 SISO, SIPO, PISO, SISO）。 --- 第三部分：中等规模集成电路与系统互联 本部分关注标准化的中等规模集成电路（MSI）的应用，以及如何构建更复杂的运算单元。 第七章：算术逻辑单元（ALU）的构建 本章聚焦于数字计算的核心。首先回顾了全加器（Full Adder）的原理，并展示如何通过级联实现多位加法器，如先行进位加法器（Carry Lookahead Adder）以提高速度。随后，讲解如何利用可逆逻辑和多功能器件构建一个基础的算术逻辑单元，使其不仅能执行加法，还能实现减法（通过补码）、逻辑运算（与、或、异或）以及零检测等功能。 第八章：数据传输与总线结构 在大型数字系统中，数据必须高效、可靠地在不同模块间传输。本章探讨了并行总线（Parallel Bus）的设计原则，包括三态缓冲器（Tri-state Buffer）的应用及其在共享数据路径中的作用。详细分析了总线仲裁的必要性，介绍了简单的仲裁方案。讨论了数据同步和握手协议（Handshaking）在异步数据传输中的重要性。 第九章：可编程逻辑器件（PLD）概述 随着集成技术的发展，固定功能的芯片逐渐被可编程器件取代。本章引入了可编程逻辑器件（PLD）的概念。详细介绍只读存储器（ROM）作为逻辑函数的实现方式。随后，重点剖析了可编程阵列逻辑（PAL）和通用阵列逻辑（GAL）的结构，解释了它们如何通过预先连接的可编程熔丝阵列实现用户自定义的逻辑功能，以及这些器件在原型设计中的优势。 --- 第四部分：高级主题与系统级应用 本部分将视角提升至系统层面，探讨时钟管理、时序控制和初步的微处理器概念。 第十章：时钟与同步控制 时钟是所有同步数字系统的脉搏。本章深入分析了晶振电路（Oscillator）的基本原理，以及如何通过分频器和锁相环（PLL）来生成和控制所需的系统时钟频率。讨论了时钟偏斜（Clock Skew）对大型电路性能的影响，并介绍了时钟树（Clock Tree）在保证时序一致性中的作用。 第十一章：数据转换与接口基础 数字系统通常需要与真实世界的模拟信号交互。本章介绍模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的基本类型。重点剖析了常用的 ADC 架构，如逐次逼近式（Successive Approximation Register, SAR）和双积分式（Dual-Slope），以及它们在速度和精度上的权衡。简要讨论了SPI和I²C等标准串行通信协议作为数据传输机制的应用。 第十二章：数字系统故障分析与初步测试 任何复杂的电路都可能出现故障。本章介绍了数字电路中常见的故障模式，如断路（Open Circuit）和短路（Short Circuit，特别是 Stuck-At Faults）。通过分析组合电路和时序电路的故障传播路径，讲解如何使用测试向量生成基本的故障诊断方法，为后续的硬件调试和系统可靠性分析打下基础。 --- 本书特点： 理论与结构并重： 不仅提供逻辑功能的数学推导，更深入到实际芯片内部的逻辑门连接和工作机制。 实践导向的结构分析： 通过对标准集成电路功能模块（如 74 系列芯片的逻辑功能理解）的深入分析，指导读者理解底层硬件如何实现高级功能。 面向现代设计： 强调 FSM 设计、时序约束的概念，为向 FPGA/ASIC 设计流程过渡做好准备。 本书适合对象： 电子信息工程、通信工程、计算机科学与技术等专业的学生，以及希望系统掌握数字逻辑设计原理的工程师和技术爱好者。通过本书的学习，读者将能够独立完成中小型数字系统的逻辑设计、仿真与分析工作。

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对于我这种自学能力较弱的学习者来说，最大的挑战往往是如何保持学习的连贯性和动力。这本书在这方面做得极为出色，它通过一种潜移默化的方式，建立起了一种持续学习的内在驱动力。书中的“项目挑战”部分，往往是在完成了一系列基础实验之后，抛出的一个综合性难题，比如“设计一个简单的温度报警电路”。这个挑战的设计难度是循序渐进的，它要求你必须综合运用前面学到的所有知识点，包括串并联计算、三极管开关特性等。当我成功完成第一个挑战时，那种成就感是无与伦比的，它远超通过考试的满足感，因为它是我亲手实现的“作品”。这种“完成一个项目→获得成就感→激发学习下一个知识点”的良性循环，让我在阅读过程中几乎没有感到过枯燥或想放弃的念头。它成功地将学习的压力转化为了探索的乐趣，让我不再将电路实验视为一项必须完成的任务，而更像是一场充满乐趣的智力探险。这本书无疑是我电子学习旅程中，最可靠、最有趣的向导。

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这本书在排版和图文配合上，可以说是达到了艺术品的级别。我经常发现自己会因为某个精美的图表而驻足良久。特别是它对波形图和等效电路图的处理，完全是高清级别的享受。很多教材中的电路图总是显得拥挤不堪，元件符号挤在一起，让人看得眼花缭乱，但这本书的绘图风格非常清晰、有条理。每一个电路图都经过了精心布局，导线走向流畅，元件间距合理，让人一眼就能分辨出各个节点和连接关系。更值得称赞的是，书中对虚拟仿真与实际测量结果的对比部分。它不仅展示了理论计算的结果，还特意配上了使用特定软件（比如SPICE模型）模拟出的波形图，然后紧接着就是用示波器实际捕捉到的波形照片。这种“虚拟到现实”的对照，极大地帮助我理解了理想模型与真实世界之间的偏差，让我对“误差分析”有了更深刻的认识。这种严谨的对比展示，有效地弥合了理论学习与动手操作之间的鸿沟，让学习过程变得极其充实和有说服力。

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这本书的语言风格，说实话，一开始让我有点“摸不着头脑”，但很快我就体会到了它的独到之处。它完全没有传统教科书那种刻板、冗余的学术腔调，反而更像是一位资深工程师在与你进行一场充满激情的对话。有些地方，作者甚至会用一些非常接地气的比喻来解释复杂的概念。比如，解释电容的充放电过程时，它没有用复杂的微分方程，而是将电容比喻成一个“迷你水箱”，电流就是进水管的流量，电压就是水箱里的水位。这个比喻精准到位，让我立刻明白了电容在阻碍电流变化方面的作用。更让我惊喜的是，书中对实验失败案例的描述也毫不避讳。它专门辟出了一块区域来讨论“最常见的十种错误操作”，并且详细分析了每种错误可能导致的后果，包括元件烧毁、测量失真等等。这种坦诚和前瞻性，对于我们这些爱“试错”的新手来说，简直是救命稻草。它教会我的不只是如何做对，更重要的是如何从错误中学习，如何保护昂贵的实验设备。这种务实的教学态度，让我对这本书的信任感倍增，觉得作者是真的站在学习者的角度去构建内容的，而不是为了炫耀自己的学识。

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这本书的封面设计颇具匠心，那种深蓝色的背景，配上白色和橙色的线条勾勒出的电路图样，一下子就抓住了我的眼球。我是一个电子工程系的新生，对电路理论虽然有所耳闻，但实践操作总是让我心里打鼓。拿到这本《基础电路实验》时，我原本是抱着“囫囵吞枣”的心态，想着先翻翻看再说。然而，翻开目录后，我发现它的结构安排得极其精妙。它不是那种干巴巴的理论堆砌，而是将每一个实验模块都设计成了一个小小的探险旅程。比如，它在讲解欧姆定律时，不是直接给公式，而是先描述了一个场景：如何用最少的元件点亮一个LED灯，然后再引导我们去理解背后的原理。这种“问题先行，理论殿后”的叙事方式，让我感觉自己不是在被动接受知识，而是在主动解决一个谜题。而且，书里对实验仪器的介绍也非常细致，那种对万用表探针如何握持、示波器时间轴如何调整的图示，简直是手把手的教学，让一个初学者完全没有了面对复杂仪器的畏惧感。我特别欣赏它在每一个实验步骤后设置的“思考与拓展”环节，它总能把我从眼前的实验现象引向更深层次的思考，比如，为什么这个电阻值会让灯光变暗？如果换用更大的电压会发生什么？这些引导性的问题，极大地激发了我探索的欲望，让原本枯燥的实验变得生动起来，感觉像是跟着一位经验丰富的老教授在做实验，而不是对着一本死板的教材。

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我之前用过几本号称是“实践导向”的电路教材，但它们往往是理论讲完后，简单地配上几个实验步骤，实验过程描述得含糊不清，需要我自己去大量的网络搜索和摸索才能完成一个看起来像样的测试。这本书彻底颠覆了我的这种负面印象。《基础电路实验》在实验设计的深度和广度上，展现出了极高的专业水准。它不仅覆盖了直流、交流电路的基础分析，更重要的是，它将这些基础知识巧妙地融入到了实际应用场景中。比如，在讲解滤波器设计时，它并没有停留在理论计算上，而是构建了一个“音频信号净化器”的小型项目，让我们亲手搭建一个能够去除背景噪音的电路。这个过程让我深刻体会到，书本上的知识并非空中楼阁，而是可以实实在在地影响现实世界中某个具体问题的。此外，书中对于元件参数的选取和容差考虑得非常周全。它会明确指出：“在实际操作中，请选用精度为±5%的电阻，因为±1%的电阻成本过高，且对本实验精度影响不大。”这种细致到近乎偏执的指导，体现了作者对实际工程约束的深刻理解，这对我未来走向工程实践领域是非常宝贵的经验财富。

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