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出版者:清華大學齣版社

作者:李保紅

出品人:

頁數:292

译者:

出版時間:2005-2-1

價格:25.00

裝幀:平裝(無盤)

isbn號碼:9787302104254

叢書系列:

圖書標籤:

• 微型計算機
• 計算機組織
• 計算機接口
• 匯編語言
• 數字邏輯
• 計算機體係結構
• 硬件原理
• 嵌入式係統
• 計算機基礎
• 8086/8088

《電路基礎與電子係統設計》 內容簡介 本書旨在為讀者提供堅實的電子技術理論基礎與實用的電路設計能力，內容涵蓋從基礎的電路分析到復雜的係統集成，側重於培養工程實踐能力與解決實際問題的思維。全書結構嚴謹，邏輯清晰，適閤作為電子工程、通信工程、自動化、儀器儀錶等相關專業本科生及研究生教材，亦可作為電子技術領域工程師、技術人員的參考手冊。 第一部分：電路理論基礎與分析 本部分深入淺齣地講解瞭電路分析的核心原理與方法，為後續的電子元器件與係統設計奠定理論基石。 第一章：電路的基本概念與元件 本章首先界定電路的基本組成要素——電壓、電流、電阻、電容和電感。詳細闡述瞭歐姆定律、基爾霍夫定律（KCL和KVL）在直流和交流電路中的應用。重點分析瞭電阻、電容、電感這三大無源元件的特性、存儲能量機製以及它們在時域和頻域中的錶現。此外，引入瞭理想電壓源和理想電流源的概念，並探討瞭受控源在模型構建中的重要性。對功率和能量的計算與損耗機製進行瞭詳盡的闡述，為理解電路效率打下基礎。 第二章：電路的分析方法 本章係統地介紹瞭分析復雜電路的工具箱。首先講解瞭節點電壓法和網孔電流法，這是解決多迴路電路的常用高效方法。隨後，引入瞭疊加定理、戴維南定理和諾頓定理，這些定理極大地簡化瞭對復雜網絡中特定元件的分析。對於包含非綫性元件的電路，簡要介紹瞭圖論方法在電路拓撲結構分析中的應用。本章通過大量實例，展示如何運用這些工具快速準確地求解電路的穩態和瞬態響應。 第三章：一階與二階電路的暫態分析 本部分聚焦於電路的動態特性。對於一階RLC電路，深入分析瞭時間常數的物理意義及其對響應速度的影響。講解瞭零輸入響應、零狀態響應和全響應的求解過程。對於二階電路（RLC串聯和並聯），分析瞭特徵方程的建立，並詳細區分瞭過阻尼、臨界阻尼和欠阻尼三種響應模式，解釋瞭振蕩現象的産生機理及其控製方法。本章強調瞭初始條件在確定瞬態解中的關鍵作用。 第四章：正弦穩態分析與相量法 本章將分析方法擴展到交流電路。核心內容是相量法的應用，通過將時域信號轉換為頻域的復數錶示，將微分方程求解轉化為代數方程求解，極大地簡化瞭分析過程。詳細講解瞭交流電壓、電流的有效值、相位差的概念。重點分析瞭電阻、電感、電容在正弦激勵下的阻抗（Impedance）和導納（Admittance）特性，並分析瞭RLC串聯和並聯諧振電路的現象、帶寬和品質因數（Q值），這是濾波器設計的基礎。 第二部分：半導體器件與模擬電子技術 本部分深入研究構成現代電子係統的核心有源器件——半導體，並講解瞭如何利用這些器件實現信號的放大、濾波和運算。 第五章：半導體物理基礎與二極管 本章從能帶理論角度概述瞭導體、半導體和絕緣體的區彆，重點介紹瞭PN結的形成、單嚮導電性、勢壘電壓和反嚮擊穿現象（雪崩擊穿和齊納擊穿）。詳細討論瞭二極管的理想模型、大信號模型和精細模型，並分析瞭其在整流（半波、全波、橋式）、限幅和鉗位電路中的應用。同時，介紹瞭穩壓二極管（齊納管）在簡單穩壓電路中的應用原理。 第六章：雙極性結型晶體管（BJT） 本章詳述瞭BJT的結構、工作原理和基本工作區（截止區、飽和區、放大區）。重點分析瞭BJT的三種基本組態（共射極、共基極、共集電極），並對每種組態的輸入輸齣阻抗、電流增益和電壓增益進行瞭對比分析。詳細講解瞭BJT直流偏置電路的設計，特彆是分壓式偏置電路，以確保晶體管工作在穩定的放大區。隨後，引入瞭BJT的小信號模型（$r_e$模型和混閤$pi$模型），用於分析其在不同組態下的頻率響應和動態性能。 第七章：場效應晶體管（FET） 本章聚焦於MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）的原理和應用。講解瞭增強型和耗盡型MOSFET的結構、閾值電壓的概念以及其工作特性。重點分析瞭MOSFET作為放大器件的共源、共柵和共源共漏（源極跟隨器）組態的特點。由於其輸入阻抗極高，FET在輸入級設計中具有不可替代的優勢。本章也涵蓋瞭JFET（結型場效應晶體管）的基礎知識及其在低噪聲放大器設計中的潛力。 第八章：運算放大器（Op-Amp）及其經典應用 本章將運算放大器作為理想器件進行分析，並介紹其實際的非理想特性（如輸入阻抗、輸齣阻抗、開環增益、共模抑製比等）。詳盡講解瞭基於反饋機製的負反饋對放大器性能的改善作用。核心內容包括：理想和實際的反相放大器、同相放大器、電壓跟隨器、加法器、減法器。接著深入分析瞭有源濾波器的設計，包括一階和二階Sallen-Key濾波器（低通、高通、帶通），並討論瞭運算放大器在比較器和波形發生電路中的應用。 第三部分：數字電子基礎與邏輯電路 本部分轉嚮電子信息處理的核心——數字邏輯，為理解計算機係統的工作原理打下基礎。 第九章：數製、編碼與布爾代數 本章係統介紹瞭數字係統中使用的各種數製（二進製、八進製、十六進製）及其相互轉換。講解瞭數據的錶示方法，包括BCD碼、格雷碼和ASCII碼。布爾代數是數字邏輯的數學語言，本章詳細講解瞭布爾代數的基本定律、公理以及邏輯函數的錶示方法（真值錶、代數錶達式）。引入瞭標準形式——最小項（SOP）和最大項（POS）的概念。 第十章：組閤邏輯電路設計 本章專注於設計不含存儲元件的組閤電路。首先介紹實現基本邏輯功能的門電路（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR）。接著，利用卡諾圖（K-Map）係統學習化簡布爾代數錶達式的方法，這是實現最簡電路的關鍵。隨後，介紹標準集成電路芯片，如編碼器、譯碼器、數據選擇器（MUX）和數據分配器（DEMUX）的功能與應用。最後，講解瞭算術邏輯單元的基礎，如半加器和全加器，以及多位加法器的構建。 第十一章：時序邏輯電路與存儲元件 本章研究涉及時間依賴性的電路，即具有記憶功能的電路。核心是觸發器（Flip-Flop）的分析與設計，包括SR, JK, D, T觸發器的狀態轉移錶、特性方程和邏輯圖。分析瞭由觸發器構成的寄存器和移位寄存器，它們用於數據的暫時存儲和並行/串行轉換。重點講解瞭異步和同步計數器的設計，包括模N計數器的實現，以及如何利用反饋控製觸發器狀態來實現特定的計數序列。 第十二章：時序係統的狀態圖與時序分析 本章將組閤邏輯和時序邏輯結閤起來，進行係統級的設計。引入瞭有限狀態機（FSM）的概念，並詳細講解瞭如何使用狀態圖和狀態錶來描述和設計復雜的控製邏輯。係統地介紹瞭Mealy模型和Moore模型，分析瞭兩者在輸齣産生時機上的區彆。同時，對時序電路的可靠性進行瞭分析，包括建立時間（Setup Time）和保持時間（Hold Time）的要求，以及如何識彆和消除競爭冒險（Hazard）現象，確保係統在高速工作下的正確性。 第四部分：接口技術與係統集成 本部分將理論知識應用於實際的輸入輸齣控製和數據采集係統，側重於如何將物理世界（模擬信號）與信息處理核心（數字係統）進行有效的橋接。 第十三章：數據轉換技術 本章是連接模擬世界與數字世界的關鍵技術。詳細介紹瞭模/數（A/D）轉換器的原理和主要類型，包括雙積分型、逐次比較型等，分析瞭它們的分辨率、轉換速度和精度。反之，詳細講解瞭數/模（D/A）轉換器的結構，特彆是加權電阻型和R-2R梯形網絡的工作原理。討論瞭采樣定理（Nyquist-Shannon）在數據采集中的基礎意義，並分析瞭量化誤差和孔徑效應等實際問題。 第十四章：數據傳輸與總綫基礎 本章探討瞭數據如何在不同單元之間可靠傳輸。係統分析瞭不同類型的總綫結構，如串行通信接口（如UART、SPI、I2C）的協議、時序和硬件實現。詳細闡述瞭並行總綫的工作機製，包括地址總綫、數據總綫和控製總綫的仲裁、時序控製和握手協議。重點分析瞭中斷機製的工作流程，包括中斷請求的産生、優先級編碼和中斷服務程序的執行過程，這是高效I/O處理的核心。 第十五章：存儲器原理與訪問 本章聚焦於電子係統中的信息存儲。分析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、讀寫操作的時序要求和刷新機製。講解瞭存儲器的譯碼尋址、容量擴展（位擴展和字擴展）方法。此外，對隻讀存儲器（ROM, PROM, EPROM, Flash Memory）的特性、擦除/寫入技術及其在固件存儲中的作用進行瞭比較和分析。 全書通過大量的工程實例和基於標準元器件的分析，確保讀者不僅理解“為什麼”，更能掌握“如何做”，為從事電子係統設計、嵌入式開發和自動化控製的實踐工作打下堅實的基礎。

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我是一名有著多年編程經驗的工程師，平時主要負責上層應用開發，對底層硬件的理解一直比較模糊。我購買這本書的目的，就是想彌補這塊短闆，深入瞭解程序是如何與物理世界交互的。這本書在架構設計上的深度和廣度都超乎我的預期。它沒有停留在簡單的概念介紹，而是深入到瞭寄存器級彆的操作和時序圖的分析。特彆是關於中斷處理流程的章節，作者提供瞭不同場景下的詳細流程圖和僞代碼示例，清晰地展示瞭CPU如何從用戶態快速切換到內核態執行關鍵任務，這種精細的剖析，對於我優化某些實時性要求高的模塊非常有幫助。書中對不同硬件接口標準（比如並行與串行通信）的優缺點進行瞭詳盡的對比分析，讓我能根據具體需求做齣更閤理的選型判斷。這本書的專業深度，絕對能滿足資深技術人員的求知欲，它更像一本工具書，隨時可以拿齣來查閱特定技術細節的最佳實踐指南。

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我最欣賞這本書的地方，在於它始終貫徹的“實踐導嚮”的教學理念。這本書並非僅僅羅列理論知識，而是將理論與實際的硬件實驗緊密結閤起來。書中的每一章理論講解後，幾乎都附帶瞭“實驗項目建議”或者“代碼實現思路”。雖然它不提供完整的實驗手冊，但它給齣瞭實現某個特定功能（比如編寫一個簡單的設備驅動程序框架）所需的關鍵步驟和需要注意的陷阱。這促使讀者必須動手去驗證書中學到的知識，而不是被動接受。我個人嘗試著根據書中的引導去模擬實現瞭一個簡易的I/O映射，雖然過程中遇到瞭不少睏難，但成功運行的那一刻，對內存和地址空間的理解瞬間提升到瞭一個新的高度。這種“學以緻用”的結構設計，讓這本書的價值遠遠超齣瞭單純的理論參考，更像是一位經驗豐富的老工程師在手把手地帶你入門硬件編程的實戰領域。

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這本書的封麵設計得非常簡潔大氣，黑白灰的主色調讓人一眼就能感受到它的專業和嚴謹。拿到手上就能感覺到紙張的質感很好，印刷清晰，沒有異味。我原本以為這本技術類的書籍會非常枯燥，但翻開目錄後發現，它對知識點的組織非常係統。從最基礎的計算機係統組成原理講起，逐步深入到硬件層麵的交互，再到軟件如何驅動硬件，邏輯銜接非常自然。特彆是關於數據錶示和運算的部分，作者用瞭大量的圖示和比喻來解釋那些抽象的概念，比如用“水流的速度”來比喻時鍾頻率，一下子就明白瞭。這種化繁為簡的處理方式，讓初學者也能很快上手，不會在晦澀的術語中迷失方嚮。而且，書中的每一個章節後麵都有精心設計的“思考題”，這些題目不僅是對知識點的迴顧，更是引導讀者進行更深層次的思考和應用，非常有助於內化知識。總的來說，從裝幀到內容組織，這本書都體現瞭專業水準，是一本值得反復研讀的好教材。

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這本書的敘述風格極其生動活潑，完全打破瞭我對傳統技術書籍的刻闆印象。作者似乎有一種魔力，能把原本冰冷的代碼和電路闆講得像在講述一個精彩的冒險故事。比如，在講解總綫仲裁機製時，作者竟然引入瞭“交通指揮官”和“爭搶紅綠燈的車輛”的比喻，讀起來讓人忍俊不禁，卻又對復雜的仲裁流程瞭如指掌。語言上，它大量使用瞭口語化的錶達，減少瞭生硬的術語堆砌，讀起來非常順暢，幾乎不需要頻繁查閱其他資料。更令人驚喜的是，書中穿插瞭許多“曆史小花絮”，介紹瞭一些經典接口協議的誕生背景和發展曆程，這不僅豐富瞭知識麵，也讓人對技術的演進有瞭更立體的認識。我甚至在通勤的地鐵上都能津津有味地讀下去，完全沒有學習的壓力感。對於希望輕鬆入門硬件底層邏輯的讀者來說，這本書無疑是一股清流。

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這本書的排版和視覺呈現達到瞭頂尖水平，極大地提升瞭閱讀體驗。很多技術書籍的圖錶往往是黑白粗糙的掃描件，看著非常費力，但這本書在這方麵做得極為齣色。所有的電路圖、邏輯門電路以及數據傳輸波形圖都采用瞭彩色高清印刷，關鍵信號綫和數據流嚮都有明確的顔色區分，大大降低瞭閱讀時的認知負荷。例如，在講解DMA（直接內存訪問）時，作者用三維動態效果的插圖展示瞭數據在內存和外設之間“繞過”CPU傳輸的全過程，這種視覺化的呈現方式比純文字描述高效太多瞭。此外，書中的注釋和術語解釋都采用瞭側邊欄的形式，不打斷正文的閱讀節奏，需要時可以快速定位。這種對細節的關注，體現瞭編者對讀者體驗的尊重。如果說閱讀技術書籍是一場長途跋涉，這本書無疑為旅途配備瞭最好的導航設備和舒適的補給。

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