CPLD数位逻辑实习含数位乙级术科实作(附范例与MAX+plus II / Quartus II 软体) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本书特色

1.编写教材单元採渐进式安排，由简入深，由易入繁，打稳基础。

2.教材每一单元电路实作过程均有详细说明并验证其结果，可实际模拟，且下载至实验器中加以执行，以求让读者易懂、易作。

3.应用实例可使读者学习如何利用CPLD设计电路，并提供数位电子乙级术科最佳参考利器。

4.本书对数位电子入门及进阶读者皆适用，是本不可多得的好书。

《数位系统设计与实务操作》 专为工程实践者与专业技师打造的硬核技术指南 本书专注于现代数位电路设计与系统实现的底层原理、核心技术以及产业界标准工具的应用，旨在提供一套系统化、重实操的知识体系，使读者能够从概念构建到实际芯片烧录的全流程中游刃有余。 内容聚焦：理论的深度与实践的广度 本书的结构设计严格遵循从基础理论到复杂系统集成的工程化路径，完全脱离了任何特定的教科书或认证考试的特定范例，专注于建立读者独立解决复杂数位问题的能力。 第一部分：数位逻辑基础与元件特性解析 本部分深入剖析了构成所有现代数位系统的基本逻辑单元及其背后的物理实现原理。 1. 静态与动态逻辑家族深入研究： CMOS 结构与能耗分析： 详细阐述 P-MOS 和 N-MOS 管的工作机制，对比解析静电荷存储特性、亚阈值漏电流对低功耗设计的影响。分析 CMOS 逻辑门（NAND, NOR, XOR）的扇入（Fan-in）和扇出（Fan-out）限制，以及负载电容对传播延迟的决定性作用。 TTL 系列的演进与互连： 概述早期的 RTL、DTL 到三态输出（Tri-State）TTL 的发展历程，重点分析其灌电流（Sinking Current）能力与源电流（Sourcing Current）的差异，并提供在混合逻辑系统中进行电平转换和阻抗匹配的工程方案。 先进逻辑家族对比： 比较 HC、HCT、AHT 系列的驱动能力、输入阻抗和噪声容限（Noise Margin），指导工程师根据应用场景（如总线驱动或高频信号传输）选择最合适的逻辑标准。 2. 组合逻辑的优化与形态转换： 布尔代数的高级简化技巧： 深入探讨卡诺图（Karnaugh Map）在五变量及六变量以上的应用限制，引入代数法与奎因-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）法进行最小项（Minterm）和素蕴含式（Prime Implicant）的精确推导。 多电平逻辑（Multi-Level Logic）设计： 分析将复杂功能分解为多级逻辑电路的必要性，重点研究关键路径上的逻辑级数对时序性能的影响，并介绍使用软件工具进行逻辑综合（Logic Synthesis）时的优化算法基础。 编码与解码器的高效实现： 不仅限于标准译码器，深入探讨优先编码器（Priority Encoder）的设计技巧，以及应用于数据选择、地址译码中的结构优化，如使用树形结构（Tree Structure）以减少延迟。 第二部分：时序电路、存储元件与状态机设计 本部分聚焦于引入时间维度后的数位系统行为，这是实现运算、控制和存储功能的核心。 1. 触发器与锁存器的精细控制： 边沿触发与电平敏感机制： 详细区分锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop）在时序控制上的本质差异，重点解析主从结构（Master-Slave）的工作原理，以及如何利用时钟延迟（Clock Skew）进行时序分析。 同步与异步控制信号处理： 阐述建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的物理根源，并介绍如何利用同步器（Synchronizer）和去抖电路（Debouncing Circuit）可靠地处理异步输入信号，避免亚稳态（Metastability）。 移位寄存器与暂存器： 分析串入并出（SISO）、并入并出（PIPO）等结构的应用场景，特别是在数据序列化与反序列化（SERDES）中的基础作用。 2. 有限状态机（FSM）的结构化设计： 米利（Mealy）与摩尔（Moore）模型的对比分析： 深入探讨输出依赖于当前状态和输入（Mealy）与仅依赖于当前状态（Moore）在速度、电路复杂度和抗毛刺能力上的权衡。 状态编码策略： 探讨独热编码（One-Hot Encoding）、二进制编码（Binary Encoding）和格雷码编码（Gray Code Encoding）对 FSM 功耗、速度和所需触发器数量的影响。介绍如何利用状态图（State Diagram）和状态表进行规范化设计。 故障容错状态机： 引入安全状态（Safe State）和异常处理机制的设计思路，以增强系统在意外输入或启动瞬间的鲁棒性。 第三部分：计数器、数据路径与算术逻辑单元（ALU） 本部分深入研究数据处理的核心模块及其在系统中的集成。 1. 高速计数器与分频器的实现： 异步与同步计数器： 比较行波计数器（Ripple Counter）和本地时钟计数器的延迟特性，并分析如何设计级联计数器以实现大模数分频。 可编程分频器（Modulus Counter）： 介绍通过反馈逻辑实现任意分频比 $N$ 的设计方法，并探讨在高频应用中如何处理计数器的复位毛刺问题。 2. 算术逻辑单元（ALU）的构建： 加法器与减法器的深入剖析： 详细推导全加器（Full Adder）的逻辑，重点分析超前进位加法器（Carry Lookahead Adder）的结构，以克服串行进位带来的延迟瓶颈。解释使用二补数（Two's Complement）进行减法的硬件实现优势。 乘法与除法的硬件加速： 介绍串行乘法器的基本结构，以及并行阵列乘法器（Array Multiplier）的设计原理，为理解高性能处理器中的乘法单元奠定基础。 数据路径的控制逻辑： 如何使用多路选择器（MUX）和译码器来控制 ALU 的功能选择（如加、减、逻辑运算），实现灵活的数据流控制。 第四部分：硬件描述语言（HDL）的高级应用与综合流程 本部分侧重于现代数位设计流程，使用行业标准语言表达设计意图，并理解综合工具的内部工作机制。 1. HDL 语言的高效编程范式： 过程赋值与连续赋值的区别： 深入解析 `always @()` 块（组合逻辑）和 `always @(posedge clk)` 块（时序逻辑）在硬件映射上的本质差异，并明确指出在描述组合逻辑时避免锁存器推断的最佳实践。 数据类型与对象建模： 区分 `wire`、`reg`（或其等效类型）在综合后的物理意义，避免使用不适合硬件实现的数据结构（如动态数组、字符串）。 模块化与层次化设计： 强调如何通过接口（Ports）、生成语句（Generate Block）和结构化实例化，构建可重用、易于维护的大型设计IP核。 2. 综合、布局布线与时序收敛： 设计约束（Constraints）的重要性： 详细解释如何通过定义时钟周期、输入/输出延迟、例外路径等约束，指导综合工具进行优化，确保设计满足系统时序要求。 静态时序分析（STA）基础： 介绍最坏情况（Worst-Case）和最佳情况（Best-Case）下的时序路径延迟计算，理解建立时间和保持时间违例（Violations）的查找与修正策略。 资源映射与映射后分析： 理解综合工具如何将 HDL 代码映射到目标器件（如查找表 LUT、触发器 FF）的过程，以及布局布线（Place & Route）对最终信号延迟和线负载的实际影响。 第五部分：系统级集成与接口基础 本部分将理论与实践结合，探讨数位电路与其他子系统交互的通用方法。 1. 存储器接口与访问控制： SRAM/DRAM 的基本时序要求： 分析同步静态随机存取存储器（SRAM）的读写控制信号序列，并概述动态随机存取存储器（DRAM）的刷新（Refresh）和行激活（RAS/CAS）机制。 简单的总线结构： 设计一个基本的读写控制逻辑，用于将处理器/控制器与外部存储器连接起来，涉及地址解码和数据仲裁的基本概念。 2. 基础异步通信协议： UART 串行通信的硬件实现： 详细设计一个完整的 UART 模块，包括波特率发生器、发送移位寄存器和接收状态机，重点解决采样点同步问题。 SPI/I2C 协议的硬件控制器设计： 比较这些片上（On-Chip）通信协议的特性，指导读者实现一个简单的总线主设备（Master）控制器，用于驱动传感器或外部EEPROM。 本书的价值主张： 本书不依赖于特定商业工具的界面操作，而是深入挖掘其背后的数位逻辑原理和设计方法论。它为有志于从事 ASIC/FPGA 设计、嵌入式系统底层开发以及专业数位电路维护的工程师，提供了一套坚实的、可迁移的技术基石。学习者将掌握的不仅仅是如何使用软件生成代码，更是如何独立设计和验证高性能、高可靠性的数位系统。

Chapter1 数位逻辑CPLD 实习实验设备
1-1 实验设备外观及配件
1-2 四合一CPLD 多功能板介绍
1-3 四合一I/O 板介绍
1-4 四大实习单元
1-5 电源供应器
1-6 下载传输线

Chapter2 EDA 软体介绍一
（MAX+plus II 软体下载安装与图形设计）
2-1 下载MAX+plus II（ BASELINE 10.2）软体
2-2 MAX+plus II（ BASELINE 10.2）软体安装
2-3 取得MAX+plus II（ BASELINE 10.2）软体使用授权
2-4 ByteBlaster 驱动程式安装（Win XP）
2-5 图形编辑设计快速入门

Chapter3 EDA 软体介绍二
（Quartus II 软体下载安装与图形编辑设计）
3-1 下载Quartus II Web Edition v7.2 Service Pack 2 软体
3-2 取得网路卡号码NIC
3-3 取得Quartus II Web Edition v7.2 Service Pack 2 软体使用授权
3-4 Quartus II 软体安装
3-5 第一次执行Quartus II 软体
3-6 USB-Blaster 下载线驱动程式安装
3-7 图形编辑设计快速入门
3-8 MAX+plus II 设计好专案档案转换到Quartus II 专案

Chapter4 数位逻辑实习
4-1 基本逻辑闸
4-2 组合逻辑
4-3 加、减法器
4-4 组合逻辑应用
1 编码与解码器相关知识
2 多工器∕解多工器相关知识
3 比较器相关知识
4-5 正反器
4-6 循序逻辑闸应用
1 除频器电路
2 上数非同步计数器电路之设计
3 下数非同步计数器电路之设计
4 上 / 下数（2n 型）非同步计数器电路之设计
5 上 / 下数同步计数器电路之设计
6 可预置计数器电路之设计
7 环形计数器电路
8 强森计数器
9 移位暂存器

Chapter5 数位逻辑进阶应用
应用 1　电力用电监视器设计与实作
应用 2　5 段水位液面控制显示器设计与实作
应用 3　交通号志（含行人倒数计时显示器）控制器设计与实作
应用 4　LED 车尾灯控制器设计与实作
应用 5　16 种变化广告灯控制器设计与实作

Chapter6 数位电子乙级术科检定篇
6-1 试题一（四位数多工显示器）
1 试题说明
2 应检人员自行完成检定板（包含子板与母板两部分）
硬体设计装配与焊接
3 四位数多工显示器工作原理与电路分析
专题 1　四位数多工显示器设计与实作
6-2 试题二（键盘扫瞄装置）
1 试题说明
2 应检人员自行完成检定板（包含子板与母板两部分）
硬体设计装配与焊接
3 键盘扫瞄装置工作原理与电路分析
专题 2　键盘扫瞄装置设计与实作
6-3 试题三（数位电子钟）
1 试题说明
2 应检人员自行完成检定板（包含子板与母板两部分）
硬体设计装配与焊接
3 数位电子钟工作原理与电路分析
专题 3　数位电子钟设计与实作

Appendix
A 附录
1 附录（一）应检人自备工具规格及使用说明
2 附录（二）检定考场提供电路装配常见零件材料图示

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这本《CPLD数位逻辑实习含数位乙级术科实作(附范例与MAX+plus II / Quartus II 软体)》对我来说，真是一本及时雨。我是一名即将毕业的电子工程系学生，目前正在积极准备数位乙级的技术士检定，数位逻辑的实作部分一直是我的弱项。在市面上找了很多相关书籍，但很多都过于理论化，或者实作的范例不够贴近考试要求。当我拿到这本书时，我立刻被它“含数位乙级术科实作”的字样吸引了。翻开目录，看到里面有详细列出数位乙级考试可能涉及的各个模块，从基础的门电路、组合逻辑，到时序逻辑、状态机设计，甚至还有一些较复杂的应用，都一一包含在内。最重要的是，它还明确指出这些范例是针对MAX+plus II和Quartus II这两个主流的CPLD开发软件来讲解的。我对这两个软件的熟悉程度还有待提高，所以有这样一个结合理论与实务，并且直接对接考试需求的教材，对我来说是极大的帮助。我尤其期待书中关于如何使用这两个软件进行逻辑电路的综合、布局布线以及时序仿真的详细步骤，这部分常常是我感到困惑的地方。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的第一印象是它在理论讲解上的深度和广度都做得相当不错，远超出了我之前接触过的同类书籍。虽然书名强调了“实习”和“术科实作”，但它并没有因此牺牲掉理论基础的严谨性。作者从数位逻辑最核心的概念开始，比如布尔代数、卡诺图化简、逻辑门的功能原理，都进行了细致入微的阐述，并配以大量的图示和表格，让抽象的逻辑概念变得直观易懂。在讲解过程中，作者还会穿插一些实际的应用场景，比如在简单的数码管显示驱动、多路选择器设计等例子中，将理论知识与实际应用紧密结合。这对于我这种需要夯实基础的学习者来说，是非常宝贵的。我之前常常觉得理论学得不错，但到了实际设计时就抓不住重点，或者不知道如何将理论转化为可执行的电路。这本书的讲解方式，尤其是它对每个概念都进行了多角度的分析，并提供了不同层面的理解途径，让我感觉自己对数位逻辑的掌握又上了一个台阶，更自信于应对未来的挑战。

评分☆☆☆☆☆

总的来说，这本书不仅仅是一本教材，更像是一位经验丰富的导师，它以非常系统和贴近实际需求的方式，带领我一步步走进了CPLD数位逻辑的世界。我特别喜欢它在内容编排上的逻辑性，理论与实务的衔接非常自然流畅，并且每一部分的内容都环环相扣，不会让人感到突兀或断层。例如，在讲解完某个基本逻辑单元后，紧接着就会出现一个基于该单元的简单实作范例，然后再将这个单元应用到更复杂的系统中。这种循序渐进的学习方式，让我能够更好地消化和吸收知识。而且，书中的范例设计都非常经典，涵盖了数位乙级考试中常见的各种类型，这让我觉得这本书的实用性和针对性都非常强。我不再需要大海捞针般地去寻找各种零散的资料，这本书就像一本“宝典”，将我所需的一切都整合在了一起，极大地减轻了我的学习压力，让我能够更专注于理解和掌握核心知识。

评分☆☆☆☆☆

这本书在实作范例的编排和指导上，确实做到了“手把手”的教学，让我受益匪浅。作为一名CPLD新手，我最担心的就是软件操作的复杂性和代码编写的规范性。这本书在这方面做得非常出色。它不仅仅是提供一个最终的VHDL或Verilog代码，而是将整个设计流程，从原理图绘制、HDL代码编写，到仿真验证、硬件下载，都进行了详细的图文并茂的讲解。每一个步骤都清晰明了，甚至连软件界面的各个选项和参数的含义都做了注释。我尤其欣赏书中针对数位乙级术科考试的每一个必考项目，都提供了完整的实作指导，并且给出了多种可能的解法。这意味着我可以根据自己的理解和掌握程度，选择最适合自己的方式去学习和实践。当我遇到问题时，翻阅书中的相关章节，总能找到针对性的解决方案，这极大地提高了我的学习效率，也增强了我独立解决问题的信心，不再像以前那样，一点小问题就束手无策。

评分☆☆☆☆☆

让我感到惊喜的是，这本书不仅仅停留在对数位逻辑的基础讲解和实操指导，它还巧妙地融入了MAX+plus II 和 Quartus II 这两款常用EDA软件的进阶使用技巧。我之前一直觉得这些软件的功能很多，但只停留在最基础的层次，很多强大的功能我都没有去深入了解。这本书的作者似乎非常了解学习者的痛点，在讲解每一个实作案例时，都会顺带介绍相关的软件功能，比如如何利用波形编辑器进行精确的时序仿真，如何查看综合报告和时序分析报告来优化设计，以及如何进行FPGA/CPLD的编程下载。这些内容对于我来说，是真正能提升设计能力和解决实际问题的关键。它让我明白，理论知识和软件工具的熟练运用是相辅相成的，只有将两者结合起来，才能真正地进行高效和可靠的数位逻辑设计，也为我今后在实际工程项目中的应用打下了坚实的基础。