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数字电路基础与系统设计 作者：[此处可填写作者信息] ISBN：[此处可填写ISBN] 定价：[此处可填写定价] 页数：[此处可填写页数] --- 内容简介 本书旨在为电子工程、计算机科学及相关领域的学生和工程师提供一套全面、深入的数字电路理论基础和系统设计实践指导。全书结构严谨，内容涵盖了从最基本的逻辑门电路到复杂组合逻辑、时序逻辑电路的分析与设计，并拓展至现代数字系统架构的核心概念。 第一部分：数字逻辑基础 本部分系统地介绍了数字系统中所必需的数学工具和基本概念。 第1章：数制与编码 深入探讨二进制、八进制、十六进制等常用数制的表示与转换方法，这是理解数字系统工作原理的基石。详细阐述了带符号数的表示法，包括原码、反码和补码，重点分析了补码在计算机运算中的优势与应用。同时，系统讲解了 BCD 码、格雷码、循环冗余校验码（CRC）等关键编码技术，及其在数据传输和存储中的作用。 第2章：布尔代数与逻辑门 本章是数字逻辑的理论核心。从布尔代数的公理和基本运算规则入手，通过德摩根定理、分配律等工具，教授如何对复杂的逻辑表达式进行化简。详细介绍了 AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR、XNOR 等基本逻辑门的电气特性、逻辑功能及其在不同集成电路系列（如 TTL 和 CMOS）中的实现差异。重点阐述了万能逻辑门（NAND/NOR）的设计思想，展示如何仅用一类门实现所有基本逻辑功能。 第3章：组合逻辑电路分析与设计 本章聚焦于输出仅依赖于当前输入组合的电路。首先介绍卡诺图（Karnaugh Map）作为简化高次变量逻辑函数的有效工具，系统讲解了两位、三位乃至五位逻辑函数的最小项和最大项化简方法，包括利用无关项的优化策略。随后，引入逻辑门电路的抽象和结构化设计流程，详细分析了加法器（半加器、全加器）、多路选择器（MUX）、译码器（Decoder）、编码器（Encoder）和数字比较器等核心组合电路的原理、结构框图和具体应用实例。 第二部分：时序逻辑电路与状态机 本部分将焦点转移到依赖于时间或过去状态的电路，这是构成存储和控制系统的基础。 第4章：锁存器与触发器 详细剖析了存储单元的基本构件——锁存器和触发器。从 SR 锁存器（包括带异步控制的结构）的交叉耦合原理开始，深入讲解了 D 触发器、JK 触发器和 T 触发器的逻辑图、特性表和状态图。重点分析了触发器在时钟脉冲作用下的同步工作特性，包括建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）对系统稳定性的影响。 第5章：时序逻辑电路分析与设计 本章讲解如何将触发器组合起来实现记忆功能。系统阐述了寄存器、移位寄存器（如串并、并串转换）的设计与应用。重点在于对同步时序系统的建模与分析，详细介绍了状态图（State Diagram）和状态表（State Table）的绘制方法，并指导读者如何将抽象的状态机转化为具体的触发器电路（如使用 T 触发器或 D 触发器实现状态转移）。 第6章：有限状态机（FSM）设计 这是数字控制系统的核心。本章深入探讨 Moore 型和 Mealy 型有限状态机的结构、区别及其设计流程。通过大量的实际案例，如序列检测器、交通灯控制器、状态同步电路等，演示了如何从系统需求出发，定义输入/输出、状态编码、状态转移逻辑的综合设计过程，并强调了如何避免和消除竞争冒险现象。 第三部分：先进数字系统与应用 本部分将前两部分的基础知识应用于更复杂的集成电路和系统级设计中。 第7章：半导体存储器 系统介绍存储器的分类，包括易失性存储器（RAM，如 SRAM 和 DRAM 的内部结构与读写时序）和非易失性存储器（ROM，如 MROM, PROM, EPROM, EEPROM 的工作原理）。重点分析了存储器芯片的选择标准、地址译码机制及其在扩展存储容量时的互联方法。 第8章：可编程逻辑器件（PLD）基础 鉴于现代硬件设计对灵活性和快速原型开发的需求，本章专门介绍了可编程逻辑器件的基础架构。详细阐述了可编程只读存储器（PROM）、现场可编程逻辑门阵列（PAL）和通用阵列逻辑（GAL）的内部结构——可编程的 AND 阵列与固定的 OR 阵列的组合。尽管本书不涉及复杂的 FPGA 编程，但本章为理解硬件描述语言（HDL）抽象层下的底层实现逻辑提供了必要的背景知识。 第9章：数据转换与信号处理接口 本章探讨数字系统如何与真实世界的模拟信号交互。详细讲解了模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的基本工作原理，特别是逐次逼近式 ADC、双积分式 ADC 的工作流程，以及如何评估其分辨率、采样率和量化误差。内容涵盖了系统中的时序匹配和接口设计挑战。 附录：逻辑电平与噪声容限 附录部分提供了对集成电路家族特性的补充介绍，包括 TTL 和 CMOS 逻辑家族的静态和动态特性对比，重点分析了扇入、扇出、噪声容限以及不同逻辑电平在混合系统设计中需要考虑的兼容性问题。 --- 本书特色 1. 理论与实践紧密结合： 每章均配有大量的电路分析实例和设计习题，强化对抽象概念的具象理解。 2. 强调系统思维： 教程不仅教授单个电路模块的搭建，更注重如何将组合逻辑与时序逻辑结合，构建功能完整的数字系统控制器。 3. 覆盖面广： 从最底层的晶体管级开关概念，逐步过渡到标准逻辑芯片的功能应用，为后续学习微处理器、嵌入式系统打下坚实的基础。 本书适合作为高等院校电子信息工程、自动化、计算机科学与技术等专业本科生“数字电子技术基础”或“数字系统设计”课程的教材或参考书，对于希望系统温习或自学数字电路设计原理的工程师也具有很高的参考价值。
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