现代数字电路设计学习指导与题解 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:295

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出版时间:2008-3

价格:28.00元

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isbn号码:9787560944050

丛书系列:

图书标签:

• 数字电路
• 现代数字电路设计
• 学习指导
• 题解
• 电子工程
• 电路分析
• FPGA
• Verilog
• VHDL
• 数字逻辑

深入探索信息时代的基石：数字电子技术概览 本书旨在为读者构建一个全面而深入的数字电子技术知识体系。我们不专注于任何特定教材的章节结构或例题解析，而是致力于剖析支撑现代信息处理、计算与通信的底层逻辑与核心原理。我们将目光投向数字电路的宏观架构、理论基础以及在当代工程实践中的演进脉络。 第一部分：数字系统的基石——逻辑与代数 本部分着重于建立读者对数字世界进行量化描述的能力。我们将从信息论的最基本单位——比特（Bit）出发，详尽阐述二进制、八进制、十六进制等不同数制的相互转换与实际应用。随后，重点将放在布尔代数（Boolean Algebra）的严谨体系上。这不仅包括德摩根定理、分配律等基础运算规则，更重要的是理解如何利用这些代数工具对复杂的逻辑功能进行简化与优化。我们将深入探讨最小项（minterms）与最大项（maxterms）的概念，以及如何通过卡诺图（Karnaugh Maps, K-Map）以及更先进的奎因-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）方法，系统性地求得逻辑函数的最简形式。这一过程是所有后续电路设计效率和性能的决定性因素。 我们还将探讨逻辑门的物理实现与特性。除了基本与、或、非门，通用门（如NAND和NOR）如何作为构造一切复杂逻辑的基础将被详细阐述。同时，还将讨论不同逻辑系列的电气特性，如TTL（晶体管-晶体管逻辑）和CMOS（互补金属氧化物半导体）的静态与动态功耗、噪声容限以及扇入/扇出能力，帮助读者理解电路在真实环境下的行为约束。 第二部分：组合逻辑电路的构建与分析 在掌握了基础逻辑运算后，我们将进入组合逻辑电路的设计与实现阶段。组合电路的特点在于其任意时刻的输出仅依赖于当前的输入，不包含记忆单元。我们将系统地介绍关键的组合功能模块： 1. 编码器与译码器（Encoders and Decoders）：理解如何将一种形式的编码转换为另一种形式，以及地址译码在内存和外设寻址中的核心作用。 2. 数据选择器与数据分配器（Multiplexers and Demultiplexers）：探讨这些“数据开关”在信号路由、并行到串行转换中的灵活应用。 3. 算术逻辑单元（ALU）的基础实现：从半加器、全加器开始，构建串行和并行加法器，并延伸至减法器、乘法器和除法器的基础结构。我们将分析进位传播延迟对高速运算系统的影响，并介绍如先行携带（Look-ahead Carry）等加速技术。 本部分将强调系统化设计流程：从需求分析、真值表构建、逻辑化简到最终的门级电路图实现和仿真验证。 第三部分：时序逻辑电路——赋予系统记忆的能力 时序电路是构建存储器、计数器和状态机的基础。本部分将深入解析电路中的“时间”维度。 1. 基本锁存器与触发器（Latches and Flip-Flops）：详细分析SR、D、JK、T等基本触发器的结构、工作特性（建立时间 $t_{su}$、保持时间 $t_h$、传播延迟 $t_pd$）以及它们在不同应用场景下的优劣。特别关注主从结构的引入如何解决边沿触发的同步问题。 2. 同步时序系统的设计：重点讲解如何使用时钟信号同步地控制系统的状态转移。我们将剖析有限状态机（FSM）的设计方法论，包括米里（Mealy）型和摩尔（Moore）型的区别与选择，以及如何利用状态图、状态表进行严谨的、无竞争冒险的系统建模。 3. 寄存器与计数器：从简单的异步计数器到高度灵活的同步计数器（加/减计数、移位寄存器），我们将探讨这些核心存储单元在数据缓存、频率分频和序列生成中的应用。 第四部分：大规模集成电路与存储器系统 随着技术的进步，数字电路已从分立元件发展到高度集成的系统。本部分将探讨现代集成电路的层次结构： 1. 中、大规模集成电路（MSI/LSI）的应用：讨论ROM（只读存储器）和RAM（随机存取存储器）的工作原理，包括SRAM和DRAM在存取速度、密度和刷新机制上的差异。 2. 存储器的组织与扩展：如何通过地址解码和数据位扩展来构建更大的存储器模块。 3. 可编程逻辑器件（PLD）导论：介绍可编程阵列逻辑（PAL）和通用阵列逻辑（GAL）的基本结构，它们如何允许设计者在固定硬件上灵活地实现自定义逻辑功能，标志着“硬件描述语言”时代的前奏。 第五部分：同步与竞争——深入时序分析 在高速数字系统中，信号的传播延迟不再是次要因素，而是系统稳定性的关键。本部分侧重于分析时序竞争问题： 1. 时钟沿的敏感性与毛刺（Glitches）：讨论组合逻辑中可能产生的短暂的错误脉冲（毛刺），以及如何使用去毛刺技术（如添加小的延时元件或优化逻辑结构）来保证输出的稳定性。 2. 时序约束的建立与保持：详细分析触发器对数据输入信号在时钟沿前后必须满足的严格时间要求，这是设计可靠系统的核心。 3. 时钟域交叉（Clock Domain Crossing, CDC）问题：对于包含多个独立时钟域的复杂系统（如SoC），探讨如何安全地传输数据，避免亚稳态（Metastability）的发生，介绍异步FIFO等解决方案。 通过对上述五个部分的系统学习，读者将不仅掌握设计和分析基础数字电路的能力，更能理解现代处理器、控制器和通信系统中数字逻辑所面临的实际挑战与设计权衡。本书旨在培养一种严谨的、以系统稳定性为导向的数字电路思维方式。

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