图解数字电路

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出版者:科学出版社发行部
作者:韦琳
出品人:
页数:267
译者:
出版时间:2006-4
价格:26.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787030170262
丛书系列:
图书标签:
  • 数字电路
  • 电路分析
  • 电子技术
  • 图解
  • 入门
  • 基础
  • 学习
  • 教材
  • DIY
  • 电子爱好者
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具体描述

《图解数字电路》是“零起点电路入门丛书”之一,作为数字电路的入门书,《图解数字电路》首先介绍数字电路的基础知识,如逻辑代数基础、逻辑电路、组合逻辑电路,然后进一步介绍触发器及其应用、时序逻辑电路、脉冲的产生与整形电路、存储器、可编程逻辑电路及其应用、数一模和模一数转换,最后介绍数字电路与计算机、数字电路的可靠性、数字电路的应用及制作等。阅读奉书时建议结合本系列的《图解脉冲电路》学习。

为了便于读者理解消化所学知识,本书尽量把理论图解化,并结合适当的举例来阐述相关的内容。

《图解数字电路》适合刚刚步入电子工程、通信工程、电子技术等领域的初级技术人员以及相关专业职业学校的学生、非电子类大学本科生参考学习。

《晶体管的奇妙世界:从基础到应用》 本书并非聚焦于数字电路的宏观图解,而是深入探索构成现代电子设备基石的微观奇迹——晶体管。我们将一起揭开这种半导体器件的神秘面纱,从其最基本的原理出发,逐步构建起对其结构、工作方式以及电信号控制机制的深刻理解。 第一部分:晶体管的诞生与原理 半导体材料的奥秘: 我们将从硅等半导体材料的独特电子特性入手,理解为何它们能够成为控制电流的理想载体。通过对原子结构、价带和导带的介绍,解释杂质掺杂如何创造出N型和P型半导体,为晶体管的形成奠定基础。 PN结的形成与特性: 探究PN结的形成过程,以及其在正向和反向偏置下的行为。理解PN结的单向导电性,这是所有晶体管工作的关键。 双极结型晶体管(BJT)的解析: 详细阐述NPN和PNP型BJT的结构,深入剖析载流子(电子和空穴)的注入、漂移和扩散过程。我们将逐层解析发射极、基极和集电极的功能,以及电流增益(β)等重要参数的物理意义。通过清晰的图示,展示BJT在不同工作区域(截止区、放大区、饱和区)下的电特性。 场效应晶体管(FET)的演变: 介绍结型场效应晶体管(JFET)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的不同类型。重点讲解MOSFET的工作原理,包括其栅极电压如何控制沟道中的载流子浓度,从而改变漏极电流。我们将深入探讨增强型和耗尽型MOSFET的差异,以及它们在静态和动态特性上的表现。 第二部分:晶体管的放大与开关特性 作为放大器的基础: 探讨晶体管如何通过微小的输入信号控制较大的输出信号,实现信号的放大。我们将分析BJT和MOSFET作为放大器的基本电路配置,如共发射极、共集电极、共基极(BJT)和共源极、共漏极、共栅极(MOSFET)等,并解释它们各自的电压增益、电流增益和输入输出阻抗特性。 从放大到开关的飞跃: 阐述晶体管如何凭借其快速响应能力,在截止和饱和状态之间切换,从而充当电子开关。我们将分析晶体管开关电路的设计原理,包括上升时间、下降时间、延迟时间和开关损耗等关键指标的考量。 第三部分:晶体管在基本电路中的应用 偏置技术与稳定性: 介绍实现晶体管稳定工作点(静态工作点)的各种偏置方法,如固定偏置、发射极自偏置、分压偏置等,并分析这些方法对电路稳定性的影响。 简单放大电路的设计: 通过实例,指导读者设计和分析单级放大器,包括小信号分析和直流通路分析。我们将涉及耦合电容、旁路电容的作用,以及如何根据增益、带宽和输入输出阻抗的要求选择合适的元件。 反馈电路的魅力: 引入负反馈的概念,解释它如何改善放大器的性能,如提高稳定性、展宽带宽、降低失真,并讨论不同类型的负反馈(电压串联、电流串联、电压并联、电流并联)及其在电路设计中的应用。 振荡器的工作原理: 揭示晶体管如何利用正反馈和频率选择元件(如LC谐振回路或RC相移网络)产生周期性的信号,从而构建出各种类型的振荡器。 晶体管的开关应用: 分析晶体管作为开关在数字逻辑电路之外的其他应用,例如驱动继电器、LED,以及在电源管理单元中的应用。 第四部分:面向未来的晶体管技术 微型化与高性能的挑战: 探讨晶体管尺寸不断缩小的趋势(摩尔定律),以及由此带来的短沟道效应、漏电等挑战。 新型晶体管结构: 介绍FinFET、GAAFET等三维晶体管结构,以及它们如何克服传统平面MOSFET的限制,实现更高的性能和更低的功耗。 超越硅基的探索: 简要提及碳纳米管、二维材料(如石墨烯、TMDs)等新型材料在未来晶体管技术中的潜力。 本书力求通过清晰的逻辑、严谨的推导和丰富的图示,帮助读者构建起对晶体管这一基础电子元件的全方位理解,为进一步深入学习电子学、集成电路设计打下坚实的基础。它将带领您领略微观世界中电流控制的神奇力量,感受晶体管如何驱动着现代科技的脉搏。

作者简介

目录信息

第1章逻辑代数基础1.1概述1.1.1数字量与模拟量1.1.2数制和码制1.2算数运算和逻辑运算1.2.1算述运算1.2.2逻辑运算1.3逻辑代数的基本公式1.4逻辑代数的基本定理1.4.1德·摩根定理1.4.2对偶定理1.5逻辑函数的化简1.5.1最小项和最大项1.5.2卡诺图化简法1.5.3奎因·麦克拉斯基化简法第2章逻辑电路2.1电路符号与电路图2.2二极管逻辑电路2.2.1二极管AND(与门)2.2.2二极管OR(或门)2.3晶体管逻辑电路2.3.1直接型晶体管逻辑电路(DCTL)2.3.2电阻-晶体管逻辑电路(RFL)2.3.3极管-晶体管逻辑电路(DTL)2.3.4晶体管-晶体管逻辑电路(TTL)2.3.5电流切换型逻辑电路(CML)2.4MOS逻辑电路2.4.1MOS晶体管2.4.2MOS逻辑电路2.4.3CMOS逻辑电路2.4.4Mos逻辑电路使用上的注意事项2.5逻辑电路使用上的注意事项2.5.1逻辑电压电平与噪声容限2.5.2扇入与扇出(fan—in与fan—out)2.5.3结线与门(wiredAND)2.5.4对未使用输入端子的处理2.5.5传输延迟第3章组合逻辑电路3.1概述3.1.1NAND(与非门),NOR(或非门)电路3.1.2图中因子法(map—factoring)3.1.3逻辑电路的分析3.2常用的组合逻辑电路3.2.1编码器与解码器3.2.2数据多路选择器3.2.3误码的检测与纠正3.2.4比较器3.3逻辑电路的设计第4章触发器及其应用4.1触发器的工作原理4.2触发器的种类及特性4.2.1RS触发器4.2.2同步式Rs触发器4.2.3JK触发器4.2.4T触发器4.2.5D触发器4.3触发器的应用方程与输入方程4.4触发器应用举例第5章时序逻辑电路5.1概述5.2状态转换图与状态转换表5.3常用的时序逻辑电路5.3.1同步计数器5.3.2非同步计数器5.3.3环形计数器5.3.4约翰逊计数器5.3.5移位寄存器5.4时序逻辑电路的设计5.4.1用状态转换表进行时序电路的设计5.4.2同步计数器的设计5.4.3简单的高速计数器设计第6章脉冲的产生与整形电路6.1脉冲和数字信号6.2脉冲波形和频谱频率特性6.3锯齿波的产生6.3.1锯齿波产生电路6.3.2密勒积分电路6.3.3自举电路6.4多谐振荡器6.4.1无稳态多谐振荡器6.4.2单稳态多谐振荡器6.4.3双稳态多谐振荡器6.5施密特触发器6.5.1产生的波形6.5.2电路的工作6.5.3直流电压分配的计算6.5.4施密特触发器在伺服电路中的应用6.6脉冲宽度与占空比6.6.1脉冲宽度与占空比的计算6.6.2脉冲性能的掌握方法6.6.3方波的整形6.7微分电路与积分电路6.7.1微分电路6.7.2积分电路6.8各种各样的整形电路6.8.1截取电路(提取波形的顶部)6.8.2双向限幅电路(提取波形的中心部分)6.8.3削波电路(切取波形中间的一部分)6.8.4钳位电路(加一直流电平在信号波形上)第7章存储器7.1概述7.1.1存储器芯片7.1.2存储器芯片的分类7.2随机存储器(RAM)7.2.1SRAM7.2.2DRAM7.3只读存储器(ROM)7.3.1maskROM7.3.2EPRoM和OTPROM7.3.3EEPROM7.3.4闪存7.4专用存储器7.4.1视频RAM7.4.2同步DRAM7.4.3RDRAM7.4.43D—RAM7.4.5其他专用存储器第8章可编程逻辑电路及其应用8.1可编程逻辑阵列(PLA)器件8.2可编程阵列逻辑(PAL)器件8.2.1PAL器件的基本结构8.2.2PAL器件的输出结构8.2.3PAL器件的应用8.3通用阵列逻辑(GAL)器件8.3.1GAL器件的基本类型8.3.2GAL器件的基本结构8.3.3GAL器件的输出逻辑宏单元OLMC8.3.4GAL器件的工作模式8.3.5GAL器件应用8.4复杂可编程逻辑器件(CPLD)8.4.1CPLD的基本结构8.4.2CPLD典型器件及其应用8.5现场可编程逻辑器件(FPGA)8.5.1概述8.5.2FPGA器件的基本结构8.5.3FPGA应用举例第9章数一模和模-数转换9.1数-模(D/A)转换9.1.1D/A转换电路的原理9.1.2采用负载阻抗的D/A转换电路9.1.3梯形D/A转换电路9.1.4串联型D/A转换电路9.2模-数(A/D)转换9.2.1比较平衡型A/D转换电路9.2.2计数型A/D转换电路9.2.3纵接型A/D转换电路第10章数字电路与计算机10.1计算机的计算方法与二进制运算10.1.1计算机的计算方法与程序设计10.1.2二进制数的加减法10.1.3二进制数的乘除法10.2计算机的构造与动作10.2.1计算机的构造10.2.2用计算机进行加法运算10.2.3用计算机进行减法运算10.2.4其他更多的指令和转移指令10.3用计算机进行乘除运算10.3.1计算机指令与汇编语言10.3.2乘法10.3.3除法10.4计算机的输入输出10.4.1计算机的输入输出构造10.4.2文字输出程序10.4.3文字输入程序第1l章数字电路的可靠性11.1半导体器件的可靠性11.2半导体器件的故障模式11.3可靠性试验11.4数字电路的可靠性设计第12章数字电路的应用及制作12.1运算电路12.1.1半加器电路12.1.2全加器电路12.1.3减法器电路12.1.4串行加法运算电路12.1.5串行减法运算电路12.2用于控制的数字电路12.2.1正反转控制电路12.2.2电动机的正反转电路12.2.3启动控制电路12.2.4三相电动机的Y-△运转电路12.2.5人行横道的信号机电路12.3接口12.3.lIC与LED显示电路的接口12.3.2TTL与CMOS的接口12.3.3CMOS与TTL的接口12.3.4触点电路与IC电路的接口12.3.5IC与继电器电路的接口12.3.6CPU和数据总线之间的接口12.3.7接口IC12.4信号变换电路12.4.1十进制一BCD编码器12.4.2BCD一十进制解码器12.4.3把BCD变换为7段十进制显示的变换器12.4.4数据选择器12.4.5多路分离器12.5石英式数字钟表的制作12.5.1概述12.5.2电路的各个部分12.6将钟表用的IC用于数字式钟表的制作12.6.1概述12.6.2显示电路12.6.3制作上的注意点12.6.4调整常用逻辑符号对照表
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读后感

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用户评价

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这本书的封面设计得非常吸引人,色彩搭配既专业又不失活力,一看就知道是本面向实践的教材。我主要对“数字系统设计与优化”这一部分非常感兴趣,这本书在讲解时,并没有停留在理论的罗列,而是非常深入地剖析了不同优化策略对最终电路性能的影响。比如,它详细对比了使用不同类型逻辑门阵列在速度、功耗和面积上的权衡,特别是对于高频电路的优化,书中提供的几套设计流程图,简直是实战宝典。我尝试按照书中的步骤重新设计了一个简单的异步FIFO控制器,发现相比我之前用教科书知识搭建的版本,这本书提供的方法能显著提升传输效率并降低了毛刺出现的概率。作者似乎非常理解初学者在面对复杂设计时容易产生的困惑,因此在关键的优化节点都会给出“为什么”和“如何做”的清晰指引,这使得抽象的优化概念变得非常具象化。对于想要从“会搭电路”迈向“会设计好电路”的工程师来说,这部分内容的价值是无可估量的,它确实弥补了许多传统教材只重理论不重工程实践的不足,让人读起来感到踏实且充满成就感。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程,就像是跟着一位经验丰富的工程师进行了一次长期的、系统性的徒步考察。它最让我欣赏的一点是,它没有避开“实际工程中的陷阱”。例如,在讲解“时序分析与约束设置”时,书中并没有给出教科书上标准的建立时间和保持时间公式,而是花了大量篇幅讨论了片上噪声(On-Chip Noise)、串扰(Crosstalk)以及如何在高复杂度的SoC中准确设置多周期路径和例外约束。这种对实际信号完整性问题的关注,极大地拓宽了我的视野。我记得书中提到一个关于“时钟抖动对触发器性能的影响”的小节,用一张直观的眼图(Eye Diagram)展示了抖动如何蚕食时序裕度,这一点对于理解为什么有时逻辑仿真通过了,但实际芯片却工作不稳定的原因,提供了关键的线索。对于那些准备走向ASIC或FPGA验证岗位的读者而言,这种将理论知识与物理实现中的实际干扰因素结合起来的叙述方式,简直是至关重要的“避坑指南”。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书在结构安排上非常注重逻辑上的递进和知识的融会贯通,而非简单的章节堆砌。尤其是在探讨“低功耗设计技术”时,它并没有将其视为一个孤立的主题,而是将前面学到的所有基础知识——组合逻辑的优化、时序路径的划分、甚至存储器的结构——全部调动起来,进行综合性的应用。例如,它对时钟门控(Clock Gating)技术的讲解就非常到位,不仅给出了如何安全地实现门控逻辑(避免产生毛刺),还分析了在不同层次(门级、寄存器级、模块级)应用门控带来的功耗节省和设计复杂度的权衡。通过几个具体的案例,读者可以清晰地看到,一个低功耗的设计决策,往往是速度、面积和功耗三者之间精妙平衡的结果。这本书成功地将“性能”、“面积”和“功耗”这数字电路设计的三大支柱,用清晰、可操作的方法论串联了起来,让人在学习新知识的同时,不断回顾和巩固已有的知识体系,形成一个完整的认知闭环。

评分☆☆☆☆☆

作为一个刚接触硬件描述语言(如Verilog或VHDL)的新手,我常常在理解门级电路与行为级建模之间的转换时感到迷茫,总觉得代码和实际的物理电路之间隔着一层看不见的雾。这本书在讲解“硬件描述语言与综合”章节时,着实为我拨开了云雾。它并没有简单地展示代码语法,而是花费大量篇幅来解释,不同的编码风格是如何影响最终综合工具生成的门级网表结构的。举个例子,书中用对比的方式展示了如何使用寄存器传输级描述一个状态机,与使用组合逻辑描述同一个状态机的区别,并清晰地指出前者在时序约束和时钟域处理上的优势。这种从“电路结构”倒推“代码实现”的讲解方式,彻底改变了我对HDL学习的固有思维。我不再只是机械地记忆语法规则,而是开始思考每一行代码在物理层面上将映射成什么样的逻辑单元。这种深入底层逻辑的讲解,极大地提升了我编写高效、可综合代码的能力,尤其是在处理时序逻辑和亚稳态问题时,提供的调试思路非常实用。

评分☆☆☆☆☆

这本书在介绍完基础的组合逻辑和时序逻辑后,立即引入了复杂的“存储单元与存储器接口”部分,这让我感到十分惊喜。很多教材往往将存储器部分割裂开来,只作为单独的模块介绍,而这本书却巧妙地将其融入了整个数字系统构建的流程中。它不仅详细描述了SRAM和DRAM的基本工作原理,更令人印象深刻的是对“总线仲裁与冲突解决”机制的深入探讨。我印象最深的是关于多端口RAM的并发访问控制策略,作者提供了一个基于状态机的仲裁器设计实例,清晰地展示了如何避免数据竞争和死锁的发生。我之前在设计一个高性能的缓存系统时,就遇到了类似的冲突问题,但一直找不到一个统一的理论框架来解决。翻阅此书后,我立即找到了解决思路,特别是关于优先级的分配和抢占机制的描述,非常具有参考价值。它真正体现了数字电路设计不仅仅是逻辑门的堆砌,更是对系统级资源调度的精妙控制。

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