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出版者:西北工業大學齣版社

作者:張永瑞

出品人:

頁數:384

译者:

出版時間:2002-5-1

價格:16.00元

裝幀:平裝(無盤)

isbn號碼:9787561214060

叢書系列:

圖書標籤:

• 科學
• 大學教材
• 電路基礎
• 電路分析
• 典型題
• 自測試題
• 電子技術
• 電氣工程
• 基礎電路
• 電路原理
• 學習輔導
• 教材

數字電路與係統設計：從理論基石到前沿應用 內容提要 本書旨在為電子工程、計算機科學及相關領域的學習者和工程師提供一個全麵而深入的數字電路與係統設計實踐指南。全書結構嚴謹，內容涵蓋從最基礎的邏輯代數原理到復雜的係統級集成設計方法，特彆側重於現代集成電路設計流程中的關鍵技術和實際案例分析。本書不僅是理論知識的梳理，更是工程實踐能力的培養手冊。 第一部分：數字係統基礎與邏輯設計 本部分奠定數字係統設計的理論基礎，係統性地介紹瞭數字邏輯的核心概念和設計方法。 第一章：數製、編碼與布爾代數 詳細闡述瞭二進製、八進製、十六進製等數製的轉換方法，深入探討瞭各種數字編碼體係（如BCD碼、格雷碼、海明碼等）的應用場景及其校驗原理。布爾代數部分，不僅涵蓋瞭基本公理和定理，更著重於實際的邏輯函數化簡技術，包括卡諾圖（K-map）的五變量及以上應用，以及利用代數方法化簡復雜錶達式的係統步驟。強調瞭最小化邏輯錶達式在降低硬件成本和功耗中的重要性。 第二章：組閤邏輯電路分析與設計 本章聚焦於組閤邏輯電路的設計與實現。首先介紹標準邏輯門（TTL、CMOS）的特性及其在不同工藝下的性能差異。隨後，詳細講解瞭加法器、減法器、乘法器等算術單元的結構與優化設計，包括超前進位加法器（CPA）的原理。重點介紹瞭譯碼器、多路選擇器（MUX）、數據分配器（DEMUX）等關鍵組閤器件的功能及應用，並提供瞭一係列基於這些標準模塊構建復雜組閤邏輯係統的設計實例，例如優先編碼器和數字比較器的設計流程。 第三章：時序邏輯電路分析與設計 時序邏輯是構建存儲和狀態機的基礎。本章深入講解瞭基本鎖存器（Latch）和觸發器（Flip-Flop，包括D、JK、T型）的工作特性、時序參數（建立時間、保持時間）。隨後，係統闡述瞭同步時序邏輯係統的構建，包括寄存器組、移位寄存器（串入並齣、並入串齣等模式）的應用。特彆是對有限狀態機（FSM）的設計給予瞭詳盡的講解，涵蓋瞭摩爾（Moore）型和米利（Mealy）型狀態機的建模、狀態圖的繪製、狀態分配的優化方法（如Gray編碼法），以及如何有效避免競爭冒險現象。 第四章：可編程邏輯器件（PLD）與硬件描述語言（HDL）基礎 本部分將理論設計與實際實現工具相結閤。詳細介紹瞭早期和現代可編程邏輯器件（如CPLD和FPGA）的內部結構（邏輯單元、互連資源）。隨後，引入硬件描述語言（HDL）作為數字係統設計的主流工具。重點講解瞭VHDL和Verilog兩種語言的基礎語法、數據類型、結構化建模（行為級、數據流級和 RTL 級描述）的關鍵差異， 並通過小型模塊設計實例，演示如何使用HDL進行準確的邏輯功能描述和仿真驗證。 第二部分：高級數字係統設計與實踐 本部分將視角提升到係統層麵，探討高性能、高可靠性數字係統所需的關鍵技術。 第五章：同步係統時序分析與亞穩態 在高速數字係統中，時序約束是設計的核心挑戰。本章深入探討瞭同步時序係統的建立時間（Setup Time）和保持時間（Hold Time）的精確計算方法，並引入瞭時鍾偏移、時鍾抖動等實際影響因素。詳細分析瞭跨時鍾域信號（CDC）帶來的同步問題， 重點介紹瞭兩種主流的CDC解決方案：異步FIFO（先入先齣緩衝器）和握手協議（Handshaking）的設計與實現，旨在確保數據在不同速率時鍾域之間可靠傳輸。 第六章：存儲器係統與接口技術 本章涵蓋瞭現代數字係統中不可或缺的存儲單元。詳細分析瞭SRAM和DRAM的工作原理、讀寫時序要求，以及存儲器地址譯碼和數據總綫設計。對高速接口技術進行瞭概述， 特彆是DDR（Double Data Rate）存儲器的關鍵性能指標和時序要求，以及存儲器控製器的基本架構。此外，還介紹瞭各種非易失性存儲器（如Flash Memory）的基本操作原理。 第七章：數據通路與控製單元設計 本章聚焦於核心計算單元的設計。係統地講解瞭算術邏輯單元（ALU）的擴展設計，包括浮點運算單元（FPU）的流水綫化概念。重點分析瞭指令集架構（ISA）中數據通路（Datapath）的構建， 以及如何設計復雜的控製單元（Control Unit）來管理數據流和操作序列。通過一個簡化的五級流水綫CPU模型實例，清晰展示瞭指令的取指、譯碼、執行、訪存和寫迴等階段，並討論瞭流水綫衝突（結構冒險、數據冒險、控製冒險）及其解決方案，如暫停邏輯和轉發單元的設計。 第八章：係統級設計、驗證與綜閤流程 本部分麵嚮實際工程應用，關注設計到芯片的轉化過程。詳細介紹瞭從RTL代碼到門級網錶的綜閤（Synthesis）流程，包括邏輯優化、技術映射和布局布綫前的靜態時序分析（STA）基礎概念。特彆強調瞭現代數字係統驗證的重要性， 涵蓋瞭測試平颱（Testbench）的編寫、功能仿真、形式驗證（Formal Verification）的基本思想。對於FPGA實現，本書概述瞭綜閤、布局布綫工具的基本操作流程及其約束文件的設置要點。 讀者對象 本書適閤於高等院校電子工程、微電子、通信工程、計算機科學與技術等專業的高年級本科生、研究生作為教材或參考書，同時也為從事ASIC/SoC設計、FPGA開發及係統集成領域的工程師提供瞭一套紮實的工程實踐參考資料。通過本書的學習，讀者將能夠熟練掌握數字係統設計的全流程，並能應對復雜的時序和功能驗證挑戰。

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這本書的排版和結構設計也值得稱贊，它體現瞭一種對讀者友好的態度。電路分析的書籍，如果圖示不清或者符號混亂，那閱讀體驗簡直是災難。但是這本《電路基礎典型題解析及自測試題》的圖紙質量非常高，無論是示意圖還是波形圖，綫條都清晰銳利，關鍵元件的標注一絲不苟。特彆是涉及到復雜的交流穩態分析時，用不同顔色區分相量圖中的不同電壓和電流矢量，使得三相平衡或不平衡係統的分析一下子變得直觀起來。而且，它的章節組織邏輯非常嚴密，從最基本的元件特性到復雜網絡分析，層層遞進，沒有突然的跳躍感。我可以很自然地從一個章節過渡到下一個章節，知識體係構建得非常連貫。這對於自學或者復習的人來說，簡直是福音，不用在不同章節之間來迴翻找關聯，它已經幫你把脈絡理順瞭。

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拿到這本《電路基礎典型題解析及自測試題》後，我最大的感受是它的“厚度”。不是說它頁數多，而是內容給人的感覺很“重”，是那種實打實的乾貨堆砌起來的重量感。我翻閱瞭好幾個章節，比如直流電路的分析、疊加定理的應用，乃至稍微復雜點的三相交流電路，裏麵的例題覆蓋麵廣得讓人驚嘆。很多教材上隻是蜻蜓點一筆的難題，它居然能提供好幾種解法，甚至還對比瞭不同方法的效率和適用場景。這對於一個想精進自己解題思維的人來說，簡直是寶藏。我尤其欣賞它在解析中穿插的那些“陷阱提示”。比如，在做運算放大器電路分析時，它特意提醒我們注意理想運放的兩個基本假設在特定電路結構下的適用性，這種細節的捕捉，明顯是經驗豐富的老師傅的視角。讀起來，真的有一種“原來還可以這麼想”的感覺。它不滿足於讓你機械地套用公式，而是引導你去理解電路的本質行為，這對於建立紮實的電路直覺太有幫助瞭。

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我用過好幾本電路類的參考書，但很少有像這本書一樣，讓人感覺它真的在“為學習者著想”。這種感覺最直接的體現，就在於它對“公式的來曆”的處理上。很多解析書隻會告訴你公式是什麼，但這本書在某些關鍵公式的應用處，會附帶一個非常簡潔的“公式溯源”小卡片，用最精煉的語言迴顧一下這個公式是基於哪個基本定律推導齣來的。比如在分析耦閤電感時，它沒有直接給齣互感係數的復雜錶達式，而是先用兩個簡單的迴路方程，讓你看到耦閤是如何影響電流的。這種做法讓我感到非常舒服，它既滿足瞭我解題的迫切需求，又沒有完全放棄對理論基礎的尊重。它不是一本冷冰冰的題庫，更像是一位經驗豐富、並且有耐心告訴你“為什麼”的良師益友。這本書對於想要從“會做題”提升到“懂電路”的讀者，提供瞭極佳的橋梁。

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說實話，現在的教材和輔導書太多瞭，很多都是堆砌題目，然後給一個簡短的答案瞭事。但這本書不一樣，它的“自測試題”部分，設計得非常巧妙。它不是簡單地重復前麵例題的難度，而是設置瞭不同梯度的測試區。剛開始的幾套是鞏固性的，幫你把基礎概念夯實；然後突然跳齣一套難度飆升的“挑戰組”，這套題明顯是針對那些準備參加高難度競賽或者想衝刺滿分的同學準備的。我嘗試做瞭一套挑戰組，結果發現自己對一些基礎概念的理解還是有盲區。最棒的是，對於這些挑戰題的解析，它給齣的不是標準答案的推導，而是更像一個“錯誤分析報告”，詳細說明瞭為什麼這種思路會導嚮錯誤的結果，這種反嚮教學法極其有效。讀完之後，你會發現，你不僅知道正確答案怎麼來，更清楚地知道瞭自己錯在哪裏，這種自我糾錯機製，比死記硬背要強太多瞭。

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這本關於電路基礎的書，光是聽名字就感覺挺實在的，尤其那個“典型題解析”和“自測試題”，這不就是給咱們這些正在啃電路的苦命人準備的救命稻草嗎？我拿到書的時候，第一眼就被它那種務實的態度吸引瞭。它沒有花裏鬍哨的理論推導，而是直奔主題，把那些看起來高深莫測的電路定律，用最接地氣的題目給你掰開瞭揉碎瞭講。比如說，戴維南定理和諾頓定理，我之前每次看到那些公式就頭大，感覺像是在看外星語。結果這本書裏，它給齣的解題步驟，簡直就像是手把手教你騎自行車，哪一步該踩，哪一步該打彎，清清楚楚。而且，解析得非常細緻，不僅僅是告訴你“答案是A”，更重要的是告訴你“為什麼是A”，以及在這個過程中你可能犯的那些經典錯誤。我記得有一道關於RLC串聯諧振的題目，我以前總是在相位角那裏繞不齣來，這本書裏就專門用一個圖示，把電壓和電流的相對位置標得明明白白，一下子就通瞭。那種豁然開朗的感覺，簡直比考試得瞭高分還讓人舒坦。這種強調實踐和解題技巧的風格，非常適閤我這種需要快速上手考試或者實驗的工科生。

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