数位系统设计(修订版)

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具体描述

本书第一章介绍数字系统及其相互间的转换。第二章介绍布林代数的基本公理与定理,并分析布林代数表示式与其对应之逻辑图间的相互关系。第三章为布林代数简化与组合电路设计。第四章分析各正反器的组成与特性,并讨论之间资料如何转移。第五章讨论补数关念,二进位的加、减法运算,并分析各种算术运算之电路设计。第六章非同步计数器的设计,以及正反器的传播时间对计数的影响。第七章为同步序向设计。第八章为分析各逻辑闸内部的电路结构及其间的不同点。第九章说明MSI及LSI数位逻辑电路及在组合电路的规划并同时介绍PLD的三种组件。第十章讨论数位设计的演译状态机(ASM)方法。是一本极适合工专电子、电机科数位系统课程之用书。
《电路基础与应用》 ——深入理解现代电子系统的基石 本书旨在为读者提供一个全面而深入的电子电路基础知识体系,涵盖从最基本的元件特性到复杂的系统级应用。我们不再将电路视为抽象的公式集合,而是将其视为构建现代电子世界的切实工具和语言。 第一部分:模拟电路的基石 本部分将带您领略模拟信号处理的魅力与挑战。我们从电阻、电容、电感这三大基本无源元件的物理本质和理想模型入手,详细阐述其在直流和交流电路中的行为差异。理解这些元件如何存储和释放能量,是分析任何复杂电路的第一步。 随后,我们将聚焦于半导体器件的物理基础。不同于仅仅介绍PN结的I-V特性曲线,本书深入探讨了半导体的能带理论、载流子迁移率以及掺杂对性能的影响。基于此,我们系统地讲解了二极管的构造、工作原理(包括齐纳效应和雪崩击穿)以及在整流、钳位和箝位电路中的实际应用。 晶体管是模拟电路的灵魂。我们对双极性结型晶体管(BJT)和场效应晶体管(FET,特别是MOSFET)进行了细致的对比分析。在BJT部分,我们会详细剖析其三工作区(截止、放大、饱和)的精确边界条件,并推导出共射、共集、共基配置的精确小信号模型($r_e$模型与混合$pi$模型)。对于MOSFET,本书侧重于其增强型与型结构的区别,并重点解析其跨导$g_m$的确定过程及其在各种配置中的增益计算。 放大电路是模拟电路的核心内容。我们将从单级放大器入手,逐步构建多级放大结构。重点内容包括: 1. 偏置电路设计: 讨论了分压偏置、集电极反馈偏置等多种架构,并详细分析了温度漂移对静态工作点(Q点)的影响,引入了稳定性系数(S)的概念来量化偏置点的鲁棒性。 2. 频率响应分析: 深入探讨了高频和低频下的截止频率($f_L$和$f_H$)的来源,使用波特图和转移函数分析了米勒效应在提高高频限制上的作用。 3. 反馈理论: 不仅停留在判断负反馈的四种基本拓扑(串联电压、并联电压、串联电流、并联电流),更着重于分析负反馈对输入阻抗、输出阻抗、带宽和失真的定量改善。 第二部分:线性与非线性电路的精密设计 本部分将电路设计提升到应用层面,强调运算放大器(Op-Amp)的实际应用和高级功能。 我们首先回顾理想运放的特性,并立即引入非理想因素,如输入失调电压、共模抑制比(CMRR)和开环增益的有限性。在此基础上,我们详细讲解了如何利用运放实现精确的有源滤波器设计。傅里叶级数和拉普拉斯变换被引入,用以分析巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)等不同响应类型的低通、高通、带通和带阻滤波器,并给出具体的元件值计算流程。 接着,我们转向非线性电路的设计与分析: 波形发生器: 详细设计了基于运放的锯齿波、三角波和正弦波发生器,特别是运用了施密特触发器(Schmitt Trigger)原理来确定振荡的阈值点和频率。 开关电路: 分析了运放作为比较器和开关的性能,并引入了精密的电压/电流调节器设计,涵盖串联型和并联型稳压器的基本结构,并探讨了电源纹波抑制比(PSRR)的测试方法。 数据转换器基础: 简要介绍了模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)的基本原理,包括逐次逼近型(SAR)和双积分型的基本操作流程。 第三部分:现代系统中的关键模块 本部分将视角从单个器件扩展到包含多个功能模块的集成系统中,重点关注脉冲与时序电路。 我们对BJT和MOSFET作为开关的开关时间特性进行了深入分析,包括延迟时间、上升时间、存储时间和下降时间。这些参数是高速系统设计中必须考虑的瓶颈。 时序控制是现代电路设计的核心。本书详细阐述了多谐振荡器、单稳态触发器和双稳态触发器(Flip-Flops)的工作机制。我们特别关注JK 触发器和D 触发器在同步时序逻辑中的应用,并演示如何使用它们构建简单的计数器和移位寄存器。 对于需要精确时间控制的应用,我们将深入研究555定时器的工作模式(单稳态与多谐态),并分析其输出波形的占空比和频率受外部元件影响的精确数学模型。 最后,本书强调系统级调试和故障排除。我们提供了一套结构化的分析方法,教导读者如何利用示波器、逻辑分析仪和万用表,定位电路中的常见问题,例如:电源噪声耦合、接地回路问题、元件的热失控以及由于寄生电感和电容引起的高频振荡。本书的目标是培养读者从“会搭电路”到“能设计并稳定运行系统”的飞跃。 本书特色: 强调物理本质: 所有模型推导均基于半导体物理学,而非简单记忆公式。 丰富的案例研究: 每个章节后附有工业界常见的电路实例,并提供详细的设计步骤。 注重非理想因素: 系统地讨论了现实世界中元件的非理想特性对电路性能的实际影响。 无论您是电子工程、通信工程还是自动化领域的学生或专业人士,本书都将为您提供一套坚实、实用的模拟与基础数字电路知识体系。

著者信息

图书目录

第一章 数字系统及数码 1-1
简介 1-2
1-1数字表示法 1-3
1-2数字系统 1-6
1-3二进位对十进位的转换 1-11
1-4十进位对二进位的转换 1-12
1-5八进位数字系统 1-19
1-6十六进位数字系统 1-25
1-7 BCD码 1-30
1-8格雷码 1-34
1-9文数字码 1-38
1-10同位元侦错法 1-40
习题 1-42

第二章 逻辑闸兴布林代数 2-1
简介 2-2
2-1布林代数 2-3
2-2真值表 2-5
2-3或闸 2-6
2-4及闸 2-8
2-5反闸 2-10
2-6逻辑电路之代数表示法 2-11
2-7构成布林代数表示式的电路 2-15
2-8狄莫根定理 2-18
2-9反或闸与反及闸 2-21
2-10反或闸与反及闸的共通性 2-30
2-11逻辑闸的互换表示法 2-36
2-12闸符号的选用 2-39
习题 2-46

第三章 组合逻辑电路 3-1
简介 3-2
3-1积之和型式与和之积型式 3-3
3-2逻辑电路的化简 3-4
3-3代数法化简 3-5
3-4卡诺图法 3-11
3-5组合逻辑电路的设计 3-36
3-6互斥或闸和互斥反或闸电路 3-46
3-7多输出的逻辑电路 3-56
习题 3-67

第四章 正反器 4-1
简介 4-2
4-1时序正反器 4-3
4-2时序S-R正反器 4-8
4-3时序J-K正反器 4-13
4-4时序D型正反器 4-16
4-5栓锁器 4-20
4-6非同步输入 4-22
4-7正反器之时序考虑因素 4-26
4-8主从式正反器 4-29
4-9资料储存与传输 4-36
4-10移位暂存器 4-40
4-11除频器与计数器 4-45
4-12单击器 4-48
习题 4-51

第五章 数位算术:运算与电路 5-1
简介 5-2
5-1正负数表示法 5-3
5-2 2补数系统的加减法 5-5
5-3二进位乘除法 5-12
5-4 BCD加法 5-14
5-5十六进位算术 5-17
5-6算术电路 5-21
5-7并行二进位加法器 5-23
5-8含暂存器的完整并行加法器 5-25
5-9进位延迟 5-29
5-10 BCD加法器 5-31
5-11二进位乘法器 5-36
习题 5-41

第六章 计数器与暂存器 6-1
简介 6-2
6-1非同步(涟波)计数器 6-3
6-2模数<2"的计数器 6-6
6-3非同步递减计数器 6-10
6-4涟波计数器中的传播延迟 6-14
6-5同步(并行)计数器 6-18
6-6计数器的解码 6-27
6-7移位暂存计数器 6-31
6-8积体电路化的暂存器 6-43
习题 6-46

第七章 序向电路之设计与分析 7-1
简介 7-2
7-1序向电路之范例 7-3
7-2状态之化简与指定 7-12
7-3正反器激励表 7-21
7-4序向电路之设计 7-26
7-5同步计数器之设计 7-45
习题 7-55

第八章 积体电路逻辑族 8-1
简介 8-1
8-1积体电路 8-3
8-2 TTL逻辑族 8-6
8-3标准TTL系统的特性 8-9
8-4 TTL的开路 - 集极输出 8-21
8-5三态TTL闸 8-27
8-6 ECL数位IC族 8-30
8-7 MOS数位积体电路 8-36
8-8 MOS的逻辑特性 8-42
8-9 CMOS辑闸及其特性 8-43
8-10 CMOS开路汲极与三态逻辑 8-51
8-11积体电路介面 8-54
8-12 TTL逻辑闸驱动CMOS逻辑闸 8-54
8-13 CMOS逻辑闸驱动TTL逻辑闸 8-58
习题 8-59

第九章 MSI与SLI的逻辑电路 9-1
简介 9-2
9-1解码器 9-3
9-2 BCD对十进制解码器 9-12
9-3 BCD对七段灯解码驱动器 9-15
9-4液晶显示器 9-17
9-5编码器 9-21
9-6多工器 9-25
9-7三态暂存器与资料汇流排 9-39
9-8记忆体 9-41
9-9可规划逻辑阵列(PLA) 9-55
9-10可规划阵列逻辑(PLA) 9-67
习题 9-75

第十章 演译状态机 10-1
简介 10-2
10-1 ASM简介 10-3
10-2 ASM图 10-4
10-3设计实例 10-12
10-4控制逻辑的制作 10-20
10-5控制逻辑电路设计实例 10-38
习题 10-46

图书序言

图书试读

用户评价

评分

這本《數位系統設計(修訂版)》真是讓我眼睛一亮!作為一個在電子工程領域摸爬滾打了幾年的學生,我一直覺得數位系統的設計是個既基礎又關鍵的學科,但很多時候,書本上的概念總是顯得有些枯燥乏味,不容易與實際應用連結。然而,這本書完全打破了我的既有印象!它不僅邏輯清晰、循序漸進,更難得的是,作者在講解複雜概念時,總是能巧妙地融入許多生動的實際案例,讓我彷彿身歷其境,更能理解每個設計決策背後的邏輯與考量。特別是書中對於不同數位邏輯閘的應用、時序問題的分析,以及如何優化電路效能的討論,都讓我受益匪淺。我個人對書中探討的組合邏輯和時序邏輯的區別與聯繫,以及如何利用這些原理來構建更複雜的數位系統,有著濃厚的興趣。看到書中詳盡的圖解和流程圖,更能幫助我這種視覺型學習者快速掌握核心概念。我敢說,這本書絕對是我在學習數位系統設計過程中,遇到的最棒的一本參考書了!

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這本《數位系統設計(修訂版)》絕對是值得推薦的學習資源!我是一名對硬體工程充滿熱情的學生,一直以來都覺得數值系統是理解現代電子設備運作的基石。然而,坊間許多教材往往過於理論化,難以與實際應用結合。這本書則不然,它以非常系統化的方式,逐步引導讀者進入數值系統的設計領域。從最基本的邏輯運算,到複雜的微處理器架構,書中都進行了詳盡的闡述。我特別欣賞書中對於不同設計方法的比較與分析,例如如何權衡效能、面積和功耗。此外,修訂版特別加強了對時序分析與驗證的討論,這對於確保數位電路的穩定運行至關重要,我從中學到了很多實用的技巧。書中的圖表清晰易懂,輔以豐富的範例,使得學習過程更加順暢。我認為這本書不僅適合初學者入門,對於有一定基礎的讀者,也能從中獲得新的啟發。我已經將它列為我個人的必讀清單,並鼓勵身邊的朋友們一同學習。

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天啊,我終於拿到《數位系統設計(修訂版)》了!這本書我肖想好久了,聽說修訂版改進了很多地方,我對裡面關於 FPGA 的部分特別有興趣。最近我正在學 Verilog 寫程式,很多概念都卡卡的,尤其是時序邏輯的部分,總覺得自己抓不太準。聽說這本書在這方面講解得很透徹,而且有非常多實際的例子,這對我這種需要邊做邊學的人來說,簡直是福音!我已經迫不及待想翻開來研究,希望能藉由這本書,把我的 Verilog 功力提升到另一個層次,甚至可以開始挑戰一些更複雜的晶片設計。以前看過一些講數位系統的書,但總覺得太理論化,不夠接地氣,希望這本修訂版能帶給我不同的感受。我對裡面的習題也有很高的期待,希望可以透過動手做,把學到的知識內化,真正融會貫通。而且,聽說作者在台灣數位IC產業有很豐富的經驗,相信書中的內容一定非常貼近業界的實務,而不是紙上談兵。我已經準備好筆記本和螢光筆,要跟著這本書好好鑽研一番了!

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這本《數位系統設計(修訂版)》完全超乎我的預期!我平常對電腦硬體的原理就很有興趣,但一直沒有機會系統性地學習數值系統的設計。市面上有很多這類型的書籍,但很多都太學術化,讀起來很吃力。這本書就不一樣了,它的語言風格很平實,而且在講解一些複雜的邏輯原理時,會用非常貼近生活的比喻,讓我這個非本科系出身的人也能輕鬆理解。我最喜歡的是書中關於狀態機設計的部分,它把抽象的概念具象化,讓我能清楚地看到不同狀態之間的轉換邏輯,以及如何透過輸入來控制這些轉換。除此之外,書中對於時序約束的探討也讓我印象深刻,以前總覺得時序是個很玄的東西,但看完這本書,我才明白原來背後有這麼多學問,而且是可以透過設計來控制的。我已經開始嘗試用書中的方法來分析一些簡單的電路,感覺自己的邏輯思維能力都提升了不少。這本書真的讓我對數值系統的設計產生了濃厚的興趣,甚至考慮未來朝這個方向發展。

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說真的,我一拿到《數位系統設計(修訂版)》就愛不釋手。我是一名在職的工程師,平時的工作會接觸到一些低階的硬體架構,但對於更底層的數位邏輯設計,一直覺得有點力不從心。這本書的出現,簡直是雪中送炭!它用非常直觀且系統化的方式,重新梳理了數位系統的基礎知識,從最基本的邏輯閘,到如何組合它們構成更複雜的模組,再到如何進行時序分析與優化,整個過程都講解得非常到位。我特別欣賞書中對於不同類型數數電路(例如:同步與異步電路)的分析,以及如何針對特定應用場景選擇合適的設計方案。而且,修訂版加入了許多關於現代晶片設計的最新趨勢和技術,這對我來說非常重要,能幫助我跟上產業的腳步。我已經開始利用書中的範例來驗證我的想法,並且在遇到問題時,翻閱書中的章節,總能找到解決問題的思路。這本書不只是知識的傳授,更是一種思維方式的引導,讓我能夠更深入地理解數位系統的運作原理,並將這些知識應用於實際工作中。

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