Digital Electronics

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出版者:Prentice Hall
作者:William Kleitz
出品人:
页数:928
译者:
出版时间:2004-07-24
价格:USD 139.40
装帧:Hardcover
isbn号码:9780131141650
丛书系列:
图书标签:
  • 数字电子技术
  • 数字电路
  • 电子学
  • 计算机硬件
  • 逻辑电路
  • 半导体
  • 嵌入式系统
  • 电路分析
  • 电子工程
  • 微电子学
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具体描述

《光学测量技术及其应用》 本书深入探讨了现代光学测量领域的前沿技术及其在各个工业部门和科研领域的广泛应用。全书共分为十四章,结构严谨,内容翔实,旨在为读者提供一个全面而深入的理解框架。 第一部分:基础理论与方法 第一章 光学测量概述 本章首先界定光学测量的概念,阐述其在现代科技发展中的重要地位和独特优势。 详细介绍了光学测量的基本原理,包括光的干涉、衍射、折射、反射等现象如何被转化为可量化的测量信息。 梳理了光学测量技术的发展历程,从早期的几何光学测量到现代的激光干涉测量、全息测量等,展示了其技术演进的脉络。 最后,概述了光学测量在精度、速度、非接触性、分辨率等方面的关键性能指标,并简要提及了不同测量方法在这些指标上的差异。 第二章 干涉测量原理与技术 本章聚焦于干涉测量,这是光学测量中最核心也是应用最广泛的技术之一。 深入剖析了不同类型的干涉仪,如杨氏双缝干涉仪、迈克尔逊干涉仪、马赫-曾德尔干涉仪、萨格纳克干涉仪等,详细讲解了它们的结构、工作原理和特点。 重点介绍了激光在干涉测量中的应用,包括激光作为相干光源的优势,以及不同类型激光器的适用性。 讲解了干涉条纹的形成、判读和分析方法,包括相位提取技术、傅里叶变换法等,以及这些方法如何用于测量位移、长度、折射率、表面形貌等。 讨论了影响干涉测量精度的因素,如光源的相干性、环境振动、温度变化、光学元件的质量等,并提出了相应的补偿和抑制措施。 第三章 衍射测量原理与技术 本章探讨了利用光的衍射现象进行测量的原理和方法。 详细讲解了夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射的基本理论,以及衍射图样与被测物参数之间的关系。 介绍了基于衍射的光学测量技术,如衍射光栅测量、光栅尺测量、衍射成像测量等,分析了它们的工作机理和适用范围。 重点阐述了全息测量技术,包括全息图的记录、再现过程,以及全息干涉测量在动态形变、振动分析中的应用。 探讨了衍射测量在测量微小尺寸、表面粗糙度、晶体结构等方面的潜力。 第四章 折射与反射测量技术 本章系统介绍了基于光线折射和反射原理的光学测量技术。 详细讲解了折射定律及其在测量折射率、曲率半径等参数中的应用,如阿贝折射仪、惠更斯显微镜等。 介绍了反射定律在测量表面形貌、角度、距离等方面的应用,包括平面镜、球面镜、抛物面镜等的测量原理。 重点探讨了激光测距技术,包括时间飞行法(TOF)、相位法、三角测量法等,分析了它们的技术特点和应用场景。 讨论了光度测量技术,如照度计、亮度计、光强计等,以及它们在照明工程、光学仪器校准中的作用。 第五章 光电传感与信号处理 本章重点关注光学测量中的光电转换和信号处理环节。 详细介绍了各类光电探测器,如光电二极管(PD)、光电倍增管(PMT)、CCD/CMOS图像传感器等,分析了它们的响应机制、性能参数和选择依据。 讲解了光信号的放大、滤波、模数转换等处理过程,以及数字信号处理(DSP)在提高测量精度和鲁棒性方面的作用。 介绍了数据采集系统(DAQ)在光学测量中的配置与应用,包括接口选择、采样率、数据存储等。 探讨了常用的信号处理算法,如平均法、傅里叶变换、小波分析等,以及它们在降噪、特征提取方面的应用。 第二部分:先进光学测量技术与应用 第六章 激光测量技术 本章聚焦于激光作为核心光源在测量领域的应用。 深入分析了激光的相干性、方向性、单色性等特性如何转化为高精度的测量能力。 详细介绍了激光扫描测量、激光三角测量、激光三角测量、激光干涉测量、激光多普勒测速(LDV)等技术。 探讨了激光雷达(LiDAR)技术及其在三维建模、环境监测、自动驾驶等领域的应用。 讨论了特种激光在微纳测量、超快过程测量中的作用。 第七章 全息与数字全息测量 本章进一步深化对全息技术在测量中的应用。 详细讲解了数字全息技术,包括数字全息图的记录、再现和处理流程。 重点介绍了数字全息技术在表面形貌测量、曲率测量、折射率测量、应力分析、振动测量等方面的优势和具体案例。 分析了数字全息技术在微纳结构测量、生物医学成像等新兴领域的应用前景。 第八章 机器视觉与图像处理测量 本章将光学测量与现代计算机视觉技术相结合。 介绍了机器视觉系统的组成,包括光源、镜头、图像传感器、图像采集卡、计算机等。 详细讲解了图像处理的基本算法,如图像增强、边缘检测、特征提取、目标识别、图像配准等。 阐述了基于机器视觉的尺寸测量、位置测量、角度测量、缺陷检测、自动化装配等应用。 探讨了三维视觉测量技术,如双目立体视觉、结构光扫描、激光扫描等。 第九章 光学相干层析成像(OCT) 本章介绍了一种强大的非侵入性成像和测量技术——OCT。 详细阐述了OCT的工作原理,基于干涉测量,能够获取组织的深度剖面信息。 介绍了不同类型的OCT系统,如时域OCT(TD-OCT)、频域OCT(FD-OCT)及其优势。 重点介绍了OCT在生物医学领域的广泛应用,如眼科、皮肤科、心血管、内窥镜检查等。 探讨了OCT在材料科学、无损检测等领域的潜在应用。 第十章 光学散射测量 本章研究了光与物质相互作用产生的散射现象在测量中的应用。 介绍了米氏散射、瑞利散射、拉曼散射等基本散射理论。 重点讲解了动态光散射(DLS)技术,用于测量微粒粒径分布、布朗运动等。 介绍了激光诱导击穿光谱(LIBS)等基于散射的元素成分分析技术。 探讨了光散射在颗粒物监测、流体性质分析、材料表征等方面的应用。 第十一章 光学传感器与智能测量 本章关注光学传感器在智能化测量系统中的作用。 介绍了各类光学传感器,如光纤传感器、光学陀螺、光学雷达等,以及它们的工作原理和特点。 探讨了将人工智能(AI)和机器学习(ML)技术应用于光学测量数据的分析和处理,实现更智能化的诊断和预测。 讨论了物联网(IoT)技术与光学测量系统的结合,构建分布式、网络化的测量监测体系。 第三部分:应用领域与发展趋势 第十二章 工业制造与质量控制 本章详细阐述了光学测量技术在现代工业生产中的关键作用。 介绍了在精密机械加工、汽车制造、航空航天、电子产品生产等领域,如何利用光学测量技术进行尺寸检测、形貌测量、表面质量评估、装配精度校验等。 重点介绍了光学测量在自动化生产线上的集成应用,以及如何通过在线测量实现实时质量控制。 举例说明了光学测量在零部件尺寸测量、三维扫描、表面缺陷检测、尺寸链分析等方面的具体案例。 第十三章 生物医学与健康监测 本章聚焦于光学测量在生物医学和健康领域的应用。 介绍了光学技术在医学影像诊断中的应用,如内窥镜、OCT、荧光成像等。 探讨了光学传感器在生理参数监测中的应用,如脉搏血氧仪、血糖监测、体温测量等。 阐述了光学测量在药物研发、基因测序、细胞分析、组织工程等方面的作用。 介绍了光学技术在康复医疗、辅助诊断等领域的创新应用。 第十四章 光学测量技术的未来发展趋势 本章展望了光学测量技术的未来发展方向。 预测了超精密测量、超快测量、微纳尺度测量等前沿领域的技术突破。 探讨了人工智能、大数据、量子技术等新兴技术与光学测量的深度融合。 分析了光学测量在新能源、新材料、环境保护、智慧城市等新兴领域的应用潜力。 强调了跨学科合作和技术创新对于推动光学测量技术发展的重要性。 本书内容涵盖光学测量的理论基础、技术方法、先进技术以及在各领域的广泛应用,旨在为相关领域的科研人员、工程师、技术人员和学生提供一份系统、实用的参考。

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读后感

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用户评价

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这本书的封面设计着实吸引人,深邃的蓝色背景搭配银白色的数字电路图腾,一眼就能感受到其专业且前沿的气息。拿到手里,纸张的质感也相当不错,厚实且带有微微的哑光,翻阅时没有廉价的纸张摩擦声,这种细微之处往往能提升阅读体验。我本身对数字电子领域一直抱有浓厚的兴趣,但苦于缺乏系统性的指导,市面上的一些入门读物要么过于浅显,要么又过于晦涩,很难找到一本能让我感到“恰到好处”的书。这本书的出现,让我看到了希望。我尤其关注书中对逻辑门电路的讲解是否足够深入,以及对组合逻辑和时序逻辑的区分和阐述是否清晰。我希望它能解释清楚那些基础的逻辑门(AND, OR, NOT, XOR)是如何工作的,并且能引申到更复杂的电路设计,比如加法器、减法器、编码器、解码器等等。当然,对于数字电路而言,时序逻辑同样至关重要,像触发器(Flip-flops)、寄存器(Registers)、计数器(Counters)这些概念的介绍,我希望能有详尽的图示和原理分析,最好还能结合实际应用场景,比如在微处理器、存储器中的具体作用。这本书如果能在这方面做得出色,那将是对我学习路径上的一次巨大助力。我还在期待它是否会探讨时序分析和时序设计中的一些挑战,比如时钟抖动、建立时间、保持时间等概念,以及如何通过设计来克服这些问题。此外,如果书中还能涉及一些常用的数字集成电路芯片(IC)的介绍,以及如何阅读和理解它们的datasheet,那就更好了,这能帮助我将理论知识与实际操作联系起来。总而言之,我对这本书的期望是它能成为我数字电子学习旅程中的一份可靠指南,帮助我建立起扎实的基础,并为我日后更深入的研究打下坚实的基础。

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我对这本书的期待,主要集中在它对复杂数字系统构建的阐述上。我一直对微处理器、FPGA(现场可编程门阵列)这类复杂的数字系统非常着迷,但要理解它们内部的运作原理,离不开对数字电子基础的深刻理解。我希望这本书能够超越纯粹的逻辑门和触发器,深入到如何将这些基本元件组合起来,形成更高级的功能模块。例如,CPU是如何通过ALU(算术逻辑单元)、寄存器组、控制器等部件协同工作的?FPGA又有哪些基本的结构单元,以及如何通过HDL(硬件描述语言)来编程实现特定的数字逻辑功能?我特别希望书中能够提供一些实际案例的研究,比如分析一个简单的CPU指令集的执行流程,或者演示一个FPGA设计从需求到实现的整个过程。这不仅仅是理论知识的堆砌,更重要的是能力的培养,能够让我具备分析和设计复杂数字系统的能力。如果书中还能包含一些关于数字系统性能优化和功耗管理的讨论,那就更具价值了。比如,如何通过算法优化、电路优化来提高时钟频率,或者降低功耗,这对嵌入式系统设计尤其重要。我也期待它能涵盖一些关于验证(Verification)和测试(Testing)的知识,因为在实际的数字设计中,确保设计的正确性是至关重要的一个环节。对于学习者来说,了解如何有效地进行验证和测试,能够大大提高设计的成功率。总之,我希望这本书能提供一个清晰的框架,引导我一步步理解和掌握构建复杂数字系统的关键技术和方法,让我能够从“了解”走向“创造”。

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我对这本书最大的期望,在于它能否提供关于时序逻辑电路设计的一些深刻洞见,尤其是在同步和异步设计之间的权衡。我理解同步设计以时钟信号为驱动,能够简化设计和分析,但我也知道在某些高性能或低功耗的应用场景下,异步设计可能具有独特的优势。我希望书中能够清晰地解释同步时序设计的原理,包括如何利用触发器构建寄存器、计数器、移位寄存器等,以及如何进行时序约束和时序分析。同时,我也很想了解异步时序设计的概念,比如如何利用握手协议(Handshake Protocol)来实现数据传输和控制,以及异步电路的设计挑战,如时钟偏移、信令延迟等。如果书中能够提供一些不同应用场景下,同步与异步设计的对比分析,以及在实际工程中如何选择合适的设计方法,那就太有价值了。我尤其关注书中是否会介绍一些异步FIFO(First-In, First-Out)的设计,因为它们在跨时钟域通信中非常常见且关键。此外,对于一些更复杂的时序逻辑问题,比如如何设计具有可编程延迟的电路,或者如何实现高速串行接口的时序控制,如果能有相关的讨论,那将是锦上添花。总而言之,我希望这本书能够帮助我深入理解时序逻辑设计的精髓,并为我独立设计出高性能、高可靠性的时序逻辑电路提供坚实的理论基础和实践指导。

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我非常希望这本书能够涵盖一些关于可编程逻辑器件(PLD),特别是FPGA(现场可编程门阵列)和CPLD(复杂可编程逻辑器件)的深入介绍。虽然它们是数字电子电路的一种实现方式,但其独特的设计流程和应用场景,值得专门探讨。我希望书中能够详细介绍FPGA和CPLD的基本架构,例如查找表(LUT)、触发器、布线资源等,以及它们与ASIC(专用集成电路)的区别和联系。我也非常期待书中能提供关于硬件描述语言(HDL),如Verilog或VHDL,在FPGA/CPLD设计中的应用教程,包括如何编写代码实现各种数字逻辑功能,如何进行综合(Synthesis)、布局布线(Place and Route),以及如何生成比特流文件(Bitstream)进行配置。此外,我希望书中能够展示一些利用FPGA/CPLD实现的高级数字功能,例如,高速数据采集、数字信号处理、通信接口等。我也对如何在FPGA/CPLD中进行调试和验证,以及如何优化设计性能,如面积、速度和功耗,有着浓厚的兴趣。最后,如果书中还能提及一些关于使用FPGA/CPLD进行原型验证(Prototyping)和产品开发的案例,那就更具实践意义了。总而言之,我希望这本书能够帮助我掌握利用可编程逻辑器件实现数字电路设计的核心技能,为我进入现代数字逻辑设计领域打下坚实基础。

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这本书的 title “Digital Electronics” 听起来就非常全面,我特别好奇它是否会深入探讨一些数字信号处理(DSP)的基础概念。虽然DSP通常被认为是另一个独立但密切相关的领域,但其核心仍然离不开数字电子。例如,ADC(模数转换器)和DAC(数模转换器)在DSP系统中扮演着至关重要的角色,我希望能详细了解它们的工作原理、转换精度、采样率等关键参数,以及不同类型的ADC/DAC(如逐次逼近型、Σ-Δ型等)各自的优缺点和适用场景。此外,数字滤波器(如FIR滤波器、IIR滤波器)在DSP中也是核心组件,我希望这本书能够解释它们的设计原理,比如如何根据特定的频率响应要求来设计滤波器系数,以及它们在音频处理、通信系统等领域的应用。如果书中还能涉及到一些基本的数字信号的表示方法,比如傅里叶变换(FFT)在数字信号分析中的作用,虽然这可能已经超出了纯粹的数字电子范畴,但如果能有浅显的介绍,那将是对我知识面的极大拓展。我希望它能提供一些关于数字信号采集、处理、传输和恢复的整体流程介绍,并指出在每个环节中数字电子扮演的角色。最终,我期望这本书能帮助我理解数字电子技术如何支撑起如此广泛的信号处理应用,并且能为我进一步学习DSP打下坚实的基础。

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我对这本书的另一个潜在关注点是它是否会触及数字电路在嵌入式系统设计中的应用。嵌入式系统如今无处不在,而数字电子是其核心支撑技术之一。我希望书中能够详细讲解如何将各种数字逻辑模块(如微控制器、FPGA、专用ASIC)集成到嵌入式系统中,以及如何进行系统级的互联和通信。例如,我希望书中能介绍一些常见的嵌入式通信协议,如I2C, SPI, UART,以及它们在数字电路中的实现原理和应用。我也对如何设计用于嵌入式系统的存储器接口,如SDRAM控制器,有着浓厚的兴趣。此外,我希望书中能够探讨如何利用数字逻辑实现嵌入式系统的功耗管理和低功耗设计策略,这对于电池供电的嵌入式设备尤为重要。如果书中还能包含一些关于实时操作系统(RTOS)与数字硬件交互的讨论,比如如何通过中断(Interrupts)和DMA(Direct Memory Access)来提高系统效率,那将是非常有价值的。最后,我也期待书中能够提供一些实际的嵌入式项目案例,展示如何将书中的数字电子理论知识应用于实际的嵌入式产品开发中,例如,一个简单的传感器数据采集系统,或者一个电机控制系统。总而言之,我希望这本书能帮助我理解数字电子技术在嵌入式系统设计中的核心地位,并为我设计和开发高性能、低功耗的嵌入式产品提供指导。

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这本书的 title 简洁明了,但我想知道它是否会深入探讨关于时钟信号生成和分发的理论与实践。在复杂的数字系统中,时钟信号是协调所有操作的“心跳”,其质量和稳定性直接影响着整个系统的性能和可靠性。我希望书中能够详细讲解不同类型的时钟源,如晶体振荡器、PLL(锁相环)、DCM(数字时钟管理器)等,以及它们的工作原理和特性。我也非常关注书中关于时钟树综合(Clock Tree Synthesis)的讨论,包括如何设计低偏斜(Skew)和低延迟(Latency)的时钟网络,以及如何避免时钟信号的串扰(Crosstalk)。此外,我希望书中能够触及关于时钟域(Clock Domain)的划分和跨时钟域(Clock Domain Crossing, CDC)通信的挑战和解决方案,比如如何设计可靠的CDC电路,以避免数据丢失和亚稳态(Metastability)问题。如果书中还能包含一些关于时钟抖动(Jitter)的分析和测量方法,以及如何通过设计来减小时钟抖动对系统性能的影响,那就更具指导意义了。最后,我也对如何在低功耗设计中优化时钟网络的功耗,例如通过时钟门控(Clock Gating)技术,有着浓厚的兴趣。总而言之,我希望这本书能够帮助我全面理解时钟信号在数字系统设计中的重要性,并掌握设计和优化时钟网络的技术,从而提升数字系统的整体性能和稳定性。

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拿到这本《Digital Electronics》,我最想翻阅的部分是关于状态机的设计与应用。状态机在数字系统中扮演着“大脑”的角色,无论是控制器的逻辑,还是通信协议的实现,都离不开状态机的概念。我希望书中能够详细讲解有限状态机(FSM)的类型,比如Mealy型和Moore型,它们之间的区别以及各自的优缺点。更重要的是,我期待书中能有大量的实例,一步步地展示如何从一个需求描述(例如,一个简单的交通灯控制器,或者一个硬币投币机)出发,通过状态转移图、状态表,最终设计出完整的状态机电路。我非常看重书中对时序逻辑设计的讲解,包括如何正确地连接触发器,如何避免出现竞争冒险(Race Condition)和锁存(Latch-up)等问题。此外,我希望书中能够触及一些更高级的状态机设计技巧,比如并行状态机、分层状态机,以及如何在Verilog或VHDL等硬件描述语言中实现这些状态机。我对如何优化状态机的性能,比如减少状态数量,提高时钟频率,也有着浓厚的兴趣。如果书中还能提及一些状态机在实际应用中的挑战,例如,如何处理异常输入,如何保证状态机的可靠性,那将是极好的。总之,我希望通过这本书,能够精通状态机的设计,将其灵活地应用于各种数字电路的控制逻辑中,真正掌握数字系统设计的核心技能之一。

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这本书的 title “Digital Electronics” 让我联想到它可能包含的关于数字系统验证和测试的内容。在数字电路的设计过程中,确保设计的正确性和可靠性是至关重要的一环。我希望书中能够详细讲解数字系统验证的基本流程和方法,包括仿真(Simulation)、形式验证(Formal Verification)等。对于仿真,我期待书中能介绍如何编写测试平台(Testbench),如何生成激励信号,以及如何分析仿真结果,识别和修复设计中的错误。对于形式验证,我希望能了解其基本原理,比如模型检查(Model Checking)和定理证明(Theorem Proving),以及它们在验证复杂数字系统时的优势。此外,我非常关心书中是否会涉及硬件调试(Hardware Debugging)的技巧,比如如何使用逻辑分析仪(Logic Analyzer)、示波器(Oscilloscope)等工具来捕捉和分析数字信号,从而定位和解决实际电路中的问题。我也希望书中能够讨论一些关于测试向量(Test Vectors)的设计和优化,以及如何生成具有高故障覆盖率的测试用例。如果书中还能提及一些关于故障注入(Fault Injection)和可靠性分析(Reliability Analysis)的内容,那就更具前瞻性了。总而言之,我希望这本书能够提供一套完整的数字系统验证和测试方法论,帮助我掌握识别、定位和解决数字电路设计中各种问题的能力。

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我特别希望这本书能够包含关于数字集成电路(IC)的制造工艺和物理实现方面的内容。虽然我理解“Digital Electronics”主要关注的是逻辑功能的设计,但了解集成电路是如何被制造出来的,对于理解数字电路的性能极限、功耗以及可靠性至关重要。我希望能了解CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺的基本流程,比如光刻、刻蚀、掺杂等关键步骤,以及不同工艺节点(如纳米级别)对电路性能的影响。我也对不同类型的数字逻辑门(如NMOS, PMOS, CMOS)的结构和工作特性有深入的了解的兴趣,以及它们在实际电路中的功耗和速度表现。此外,我希望书中能介绍一些常见的数字逻辑器件的封装形式,以及引脚的定义和功能。对于一些基础的数字模拟混合信号IC,如果能有相关的介绍,比如ADC/DAC中的模拟部分是如何与数字部分协同工作的,那将是非常有益的。最后,我也希望书中能提及一些关于IC设计中的布局布线(Layout and Routing)和时钟树综合(Clock Tree Synthesis)等方面的知识,尽管这些可能更偏向于EDA(电子设计自动化)工具的使用,但了解其背后的原理,有助于我更好地理解和优化数字电路的设计。总而言之,我期待这本书能帮助我建立起从逻辑设计到物理实现的完整认识,为我未来在IC设计领域的发展打下基础。

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