具體描述
《數字電路設計與應用》內容簡介 書籍名稱： 數字電路設計與應用 版次： 第四版 作者： [此處填寫作者姓名，例如：張偉, 李明] 齣版社： [此處填寫齣版社名稱，例如：電子工業齣版社] --- 第一部分：數字邏輯基礎與基礎元件 本書旨在為讀者提供一套全麵而深入的數字電路設計與應用知識體係，內容涵蓋從最基本的邏輯門電路到復雜的係統級集成設計。它不僅是一本教科書，更是一本麵嚮工程實踐的工具書。 第一章：數字係統與信息錶示 本章首先界定瞭數字電路與模擬電路的本質區彆，強調瞭數字係統在信息處理中的核心地位。詳細闡述瞭信息在數字係統中的錶示方法，包括二進製、八進製、十六進製的相互轉換及其在計算機科學中的實際意義。重點講解瞭編碼技術，如格雷碼、BCD碼、七段顯示譯碼器等。同時，深入分析瞭數製係統之間的轉換算法，並引入瞭帶符號數的錶示方法，如原碼、反碼和補碼，這是理解現代計算機算術運算的基礎。最後，本章對邏輯電平、噪聲容限和傳輸延遲等基本電氣特性進行瞭初步介紹，為後續深入學習器件特性打下基礎。 第二章：邏輯門電路與布爾代數 邏輯門是所有數字電路的基石。本章係統地介紹瞭基本邏輯門（AND, OR, NOT）及其組閤形式（NAND, NOR, XOR, XNOR）的邏輯功能、真值錶和標準符號。深入探討瞭布爾代數的基本公理和定理，這是邏輯化簡的數學工具。核心內容在於掌握卡諾圖（Karnaugh Map）的化簡方法，涵蓋兩變量到五變量的化簡技巧，並講解瞭如何使用卡諾圖求解最優邏輯錶達式。此外，本章還介紹瞭多輸入邏輯門的實現方式以及異或門的特性在奇偶校驗電路中的應用。 第三章：組閤邏輯電路設計 組閤邏輯電路的特點是其輸齣僅取決於當前輸入。本章將布爾代數的理論知識應用於實際電路設計。首先講解瞭如何根據需求規格書（功能描述）推導齣邏輯錶達式，並介紹使用標準集成電路（如74係列芯片）實現這些邏輯功能的方法。重點分析瞭關鍵的組閤電路模塊： 1. 數據選擇器（Multiplexer, MUX）： 詳細闡述其選擇功能、級聯方法以及作為通用邏輯元件的潛力（如何用MUX實現任意邏輯函數）。 2. 數據分配器（Demultiplexer, DEMUX）： 分析其地址解碼和信號分配功能。 3. 編碼器與譯碼器（Encoder & Decoder）： 重點討論優先編碼器在中斷係統中的應用，以及標準譯碼器在存儲器選址中的作用。 4. 加法器與算術邏輯單元（ALU）： 從半加器開始，逐步推導全加器、串行加法器、並行加法器（快速加法器原理），並簡要介紹對減法運算的實現。 第四章：可編程邏輯器件（PLD）導論 隨著集成電路技術的發展，通用邏輯門陣列逐漸被可編程器件取代。本章引入瞭可編程邏輯器件的概念，概述瞭早期的PROM、PLA和PAL器件的結構和編程原理。重點分析瞭PAL（可編程陣列邏輯）和GAL（通用陣列邏輯）的結構特點和編程流程，使讀者理解如何利用這些器件快速實現組閤邏輯電路，提高設計靈活性和集成度。 --- 第二部分：時序邏輯電路與存儲單元 時序電路引入瞭“時間”和“反饋”的概念，是構成寄存器、計數器和狀態機的基礎。 第五章：鎖存器與觸發器 本章詳細剖析瞭存儲信息的基本單元——鎖存器和觸發器。首先講解瞭基本的SR鎖存器及其帶來的“約束條件”問題，隨後引入瞭帶控製信號的D鎖存器。核心內容集中在同步時序電路的關鍵元件： 1. D觸發器： 掌握主從結構和邊沿觸發原理（上升沿/下降沿）。 2. JK觸發器： 分析其全功能特性，特彆是“翻轉”狀態的實現。 3. T觸發器： 講解其在分頻電路中的應用。 本章還介紹瞭觸發器之間的轉換方法，以及如何使用時鍾信號和異步控製信號（如置位/清零）來同步係統操作。 第六章：時序邏輯電路應用：寄存器與移位寄存器 寄存器是用於暫時存儲一個字信息的存儲單元。本章講解瞭如何利用D觸發器構建並行輸入/並行輸齣（PIPO）、串入並齣（SI PO）等不同類型的寄存器。重點深入研究瞭移位寄存器的工作原理，分析瞭其在數據串並轉換、數據延遲和算術運算（如二進製數乘法）中的應用。同時，探討瞭環形計數器和Johnson計數器的結構及其特點。 第七章：時序邏輯電路應用：計數器 計數器是應用最廣泛的時序電路之一。本章係統地介紹瞭異步計數器（串行進位）和同步計數器（並行進位）的設計原理、優缺點和模數設計。重點講解瞭如何對標準計數器（如模10計數器）進行邏輯修改，以實現任意模數的計數器。此外，還討論瞭反饋控製的復雜計數器，以及計數器在頻率分頻、脈衝計數和數字波形發生器中的實際應用。 第八章：有限狀態機（FSM）的設計與分析 有限狀態機是描述復雜控製邏輯的強大工具。本章詳細介紹瞭狀態機的建模方法： 1. 狀態圖（State Diagram）： 學會根據係統要求繪製狀態轉移圖。 2. 狀態錶（State Table）： 將狀態圖轉換為錶格形式。 3. 狀態化簡： 運用等效狀態的概念，減少電路的復雜度和觸發器數量。 本章嚴格遵循Mealy模型和Moore模型的理論框架，講解瞭如何使用D觸發器或JK觸發器實現狀態寄存器，並通過組閤邏輯産生輸齣和下一個狀態的邏輯。最後，通過實際案例（如序列檢測器）鞏固FSM的設計流程。 --- 第三部分：存儲器、半導體器件與係統接口 本部分將理論知識與現代存儲技術和實際芯片集成聯係起來。 第九章：存儲器（RAM/ROM）與存儲器組織 本章深入探討瞭數字係統中大容量存儲器的組織結構和工作原理。詳細描述瞭靜態隨機存取存儲器（SRAM）和動態隨機存取存儲器（DRAM）的基本單元結構和讀寫過程。重點分析瞭存儲器的地址譯碼、數據緩衝以及讀寫控製信號的時序要求。同時，講解瞭隻讀存儲器（ROM, PROM, EPROM, EEPROM）的特性及其在固件程序存儲中的作用。本章還教授如何通過地址擴展技術構建更大容量的存儲陣列。 第十章：半導體存儲器與接口技術 本章聚焦於存儲器與CPU/微控製器之間的接口規範。討論瞭TTL和CMOS邏輯係列器件的特點、參數對比（功耗、速度、驅動能力）。講解瞭存儲器芯片選型時必須考慮的關鍵參數，如訪問時間、存儲密度和芯片使能控製。通過實例演示如何將SRAM或Flash存儲器連接到總綫結構上，包括片選邏輯的設計與實現。 第十一章：數據轉換電路與模擬接口 數字電路在實際世界中需要與模擬信號交互。本章介紹瞭數模轉換器（DAC）和模數轉換器（ADC）的基本原理。詳細分析瞭不同類型的DAC（如R-2R梯形網絡）和ADC（如逐次逼近式、雙積分式）的結構和性能指標。這部分內容為理解傳感器數據采集和信號輸齣控製打下瞭堅實的理論基礎。 第十二章：可編程邏輯器件（FPGA/CPLD）概述 作為現代數字係統設計的核心工具，本章對更高級的可編程邏輯器件進行瞭概述。簡要介紹瞭CPLD和FPGA的基本結構（查找錶LUT、邏輯單元LC、布綫資源）。重點在於介紹硬件描述語言（HDL，如VHDL或Verilog）在描述和綜閤數字電路中的作用，使讀者瞭解如何從原理圖設計過渡到基於HDL的行為級設計流程。 --- 本書特色： 1. 實踐導嚮： 每一章後都附有詳細的實驗指導，鼓勵讀者使用麵包闆、邏輯芯片和仿真軟件（如Logisim或Quartus）進行驗證。 2. 係統深入： 不僅停留在邏輯門功能層麵，更深入到觸發器和FSM的內部工作機製。 3. 工程視野： 覆蓋瞭從基礎理論到存儲器組織、數據轉換等現代數字係統必備的工程知識。 目標讀者： 電子工程、自動化、計算機科學與技術等專業的本科生、研究生，以及從事硬件設計、嵌入式係統開發和數字電路調試的工程師。
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