新時代 乙級數位電子術科含學科題庫實作秘笈 - 使用KiCad/Quartus II/VHDL語言 - 附MOSME行動學習一點通：學科．診斷．擬真．影音．加值．擴增 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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數位邏輯電路設計與實作：從基礎到進階應用 本書旨在為讀者提供一套全麵且深入的數位邏輯電路設計與實作指引，內容涵蓋數位係統的基礎理論、現代設計工具的使用方法，以及實際電路建構與驗證的完整流程。本書專注於清晰的理論闡述與大量的實作案例結閤，幫助讀者建立紮實的專業知識體係，並能獨立完成複雜的數位專案。 第一部：數位邏輯基礎理論與元件詳解 本部分將奠定讀者理解後續複雜數位電路設計所需的理論基石。我們從最基本的數位訊號與邏輯閘開始，逐步深入探討布林代數的應用、標準邏輯元件（如緩衝器、觸發器、編碼器、解碼器）的內部結構與功能。 1. 數製與編碼係統： 詳細解析二進製、八進製、十進製與十六進製之間的轉換原理。重點介紹各種編碼方式，如BCD碼、格雷碼、非加權碼的特性與適用場閤，並分析它們在資料傳輸與處理中的優劣。 2. 布林代數與邏輯化簡： 深入探討德摩根定理、分配律等基本代數法則，並介紹使用卡諾圖（Karnaugh Map, K-map）進行邏輯函數的最小化。對於四變量及五變量以上的函數，將闡述使用Quine-McCluskey方法進行係統化簡的步驟與實務考量。 3. 組閤邏輯電路設計： 涵蓋多路選擇器（MUX）、資料分配器（DEMUX）、加法器（全加器、快速進位加法器）的設計原理。特別針對中規模積體電路（MSI）晶片（如74係列標準邏輯晶片）的引腳配置與功能進行詳盡的圖解說明，並輔以實際電路圖範例。 4. 序嚮邏輯電路元件： 詳盡解說基本記憶單元，如RS鎖扣（Latch）與主從式觸發器（Master-Slave Flip-Flop）。接著深入探討D型、JK型、T型觸發器的特性麯線、時序圖分析，以及它們在狀態機設計中的應用。 第二部：同步與非同步時序係統設計 本部分著重於將基礎邏輯元件組閤成具有時間依賴性的係統，這是實現複雜數位係統的關鍵。 1. 時序邏輯電路分析： 教授如何分析帶有時鐘訊號的電路，包括對亞穩態（Metastability）現象的認識、時鐘偏移（Clock Skew）的影響，以及如何使用同步設計方法確保係統的穩定運行。 2. 狀態機設計（State Machine）： 係統介紹有限狀態機（FSM）的設計流程，區分Mealy型與Moore型狀態機的差異及應用場景。透過實例，指導讀者如何從需求分析繪製狀態轉換圖，進而撰寫狀態錶，並轉換為實際的邏輯電路圖。 3. 暫存器與計數器： 詳細剖析通用暫存器、移位暫存器（左移、右移、循環移位）的結構。在計數器方麵，區分同步計數器與異步計數器的設計與限製，並探討如何設計模數（Modulus）可任意設定的計數器。 4. 脈衝塑形與時序控製： 介紹如何使用振盪器與定時晶片（如555計時器）產生穩定時脈，並探討如何利用延遲線路或移位暫存器進行脈衝寬度調變（PWM）與訊號同步處理。 第三部：數位係統設計與驗證實務 本部分將理論與現代電子設計自動化（EDA）工具的使用緊密結閤，教授如何將設計概念轉化為可實際驗證與實現的電路。 1. 硬體描述語言（HDL）基礎： 介紹HDL在數位設計中的核心地位。本章專注於結構化建模（Structural Modeling）與行為級建模（Behavioral Modeling）的差異。詳細解釋信號（Signal）、變量（Variable）與常數（Constant）的區別，以及如何使用流程控製語句（`IF-THEN-ELSE`, `CASE`）來描述組閤邏輯與時序邏輯。 2. 模組化設計與層次結構： 強調大型係統必須進行模組化設計。指導讀者如何定義輸入/輸齣埠，建立可重複使用的元件庫，並透過實例說明如何將複雜係統分層設計與整閤。 3. 模擬與功能驗證： 詳述如何建立測試平颱（Testbench）來驗證設計的正確性。重點介紹如何撰寫激勵訊號（Stimulus Generation），監控訊號波形，以及如何使用斷言（Assertion）來檢查設計的時序與功能約束。分析常見的模擬錯誤類型（如競態條件、鎖相問題）。 4. 設計流程與綜閤（Synthesis）： 解釋從HDL程式碼到最終邏輯閘陣列映射的完整流程。討論綜閤工具在優化設計時所採取的策略，例如資源共享、邏輯推倒（Logic Factoring），以及如何閱讀綜閤報告，理解資源使用情況和關鍵路徑延遲。 第四部：實務專案與進階主題 本部分提供多個涵蓋不同複雜度的實務案例，並探討現代數位設計中不可或缺的進階概念。 1. 資料傳輸與匯流排架構： 探討同步與異步資料傳輸協議的差異。詳細分析多主機係統中的仲裁機製（如輪詢、鏈路仲裁）。介紹簡單的讀寫記憶體介麵設計實例。 2. 基礎嵌入式係統架構概覽： 雖然不深入微處理器核心，但將探討如何使用組閤邏輯建構一個精簡的指令解碼器與控製單元雛形，理解指令週期（Fetch-Decode-Execute）的基本概念，為後續學習更複雜的處理器架構打下基礎。 3. 錯誤檢測與校正： 介紹奇偶校驗（Parity Check）的原理與實作。進階探討更穩健的錯誤校正碼，如漢明碼（Hamming Code）的編碼與解碼電路設計，及其在可靠性要求高的係統中的應用。 4. 低功耗設計考量（概述）： 簡要介紹在數位電路設計中考慮功耗的初步方法，例如時脈閘控（Clock Gating）與資料線上的狀態轉換最小化。 本書的目標是培養讀者具備從零開始設計、實作、驗證一個功能完整且高效能數位邏輯係統的能力，無論未來是從事FPGA/ASIC設計、嵌入式係統開發，或是進行學術研究，都能從中獲益良多。全書內容結構嚴謹，理論與實務並重，旨在成為讀者進入數位工程領域的可靠指南。