具体描述
本教材内容包括半导体器件、放大电路基础、放大电路中的负反馈、集成运算放大器、功率放大电源、直流稳压电流、正弦波振荡电路、高频电路基础、调制与解调和晶闸管电路。
本书根据职业技术教育要求和学生特点编写，内容覆盖面较宽、但难度较浅；突出基本内容和基础知识，突出结构和结论的应用；减少理论推导和计算过程，注意实用；习题丰富，共有各种类型不同层次的习题1068道，与本书配套的《模拟电子学习指导及习题解答》一书给出了这些习题的解答，以便于教学和自学。
本书适合高等职业技术教育电子类专业学生使用，并可供工程技术人员学习参考。
深入探索数字世界：现代电子系统设计与实现 本书聚焦于数字电路、微处理器架构、嵌入式系统设计以及现代通信技术中的核心理论与实践应用。 它旨在为读者提供一个全面且深入的视角，理解信息如何在电子设备中被编码、处理和传输，构建面向未来的电子产品和系统。 第一部分：数字逻辑与系统基础 本部分奠定读者理解复杂数字系统的基础，从最基本的逻辑门开始，逐步深入到大规模集成电路的设计原理。 第一章：布尔代数与组合逻辑电路 本章详细阐述了布尔代数的基本公理、定理及其在电路分析中的应用。重点分析了经典逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）的工作原理和特性。随后，深入探讨了组合逻辑电路的设计方法，包括使用卡诺图（Karnaugh Map）进行最小化，以及使用Quine-McCluskey算法处理复杂逻辑函数的优化。实际应用案例包括译码器、编码器、数据选择器（Multiplexer）和数据分配器（Demultiplexer）的设计与实现。本章强调了逻辑电路的硬件描述语言（HDL）初步介绍，特别是VHDL或Verilog的基础语法，为后续FPGA设计打下基础。 第二章：时序逻辑电路与状态机 本章转向涉及时间依赖性的电路设计。详细解析了基本存储单元——锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop，如SR, D, JK, T型）的工作特性，特别是对建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的严格要求。在此基础上，构建了寄存器、移位寄存器和计数器（同步与异步）。核心内容集中于有限状态机（FSM）的设计，涵盖Mealy模型和Moore模型的建立、状态转换图的绘制、状态编码的优化，以及如何避免毛刺（Glitch）和竞争（Race）现象。本章通过实例展示了如何用时序逻辑实现简单的控制单元和数据序列生成器。 第三章：半导体存储器与可编程逻辑器件 本章深入研究现代电子系统中不可或缺的存储技术。首先区分了易失性存储器（如SRAM和DRAM）的内部结构、读写机制及其在系统缓存层中的作用。接着，探讨了非易失性存储器（如Flash Memory和EEPROM）的工作原理、擦写周期限制以及在固件存储中的应用。随后，重点介绍可编程逻辑器件（PLD）家族，包括PAL、GAL、CPLD和复杂性更高的FPGA（现场可编程门阵列）。本章详细介绍FPGA的基本结构，如查找表（LUT）、CLB（逻辑单元块）和布线资源，并辅以使用硬件描述语言（HDL）进行结构级建模的实践指导。 第二部分：微处理器与嵌入式系统架构 本部分将数字逻辑的知识提升到系统层面，探讨现代计算设备的核心——微处理器的工作原理及其在嵌入式系统中的应用。 第四章：指令集架构与CPU核心 本章剖析中央处理单元（CPU）的内部结构，包括程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、算术逻辑单元（ALU）和控制单元。重点分析了指令集架构（ISA）的设计哲学，对比精简指令集计算（RISC，如ARM）和复杂指令集计算（CISC，如x86）的优劣。深入讲解了指令的流水线（Pipelining）技术，包括指令获取、译码、执行、访存和写回等阶段，以及如何通过超标量（Superscalar）和分支预测来提高性能并解决数据冒险和控制冒险问题。 第五章：存储器层级与系统总线 本章关注数据如何在CPU与外部设备之间高效流动。详细解析了存储器层级结构（寄存器、L1/L2/L3缓存、主存DRAM），并分析了缓存一致性协议（如MESI）在多核系统中的重要性。随后，系统地介绍系统总线结构，包括地址总线、数据总线和控制总线。本章深入探讨了现代高性能总线协议，如PCI Express（PCIe）的序列化传输机制、仲裁策略以及DMA（直接内存访问）控制器的工作流程，确保数据传输的高效性与低延迟。 第六章：嵌入式系统设计与实时操作系统 本章聚焦于将微处理器应用于特定任务的嵌入式系统领域。阐述了嵌入式系统的特点、资源限制和功耗管理策略。详细介绍常见的嵌入式微控制器（MCU）架构，如Cortex-M系列，及其片上外设（定时器、ADC/DAC、GPIO、中断控制器）。核心内容是实时操作系统（RTOS）的原理，包括任务调度算法（如固定优先级、轮转）、同步机制（信号量、互斥锁、消息队列）以及中断服务程序的编写规范。通过一个实际的传感器数据采集与控制案例，演示如何进行高效的嵌入式软件开发。 第三部分：信号处理与通信基础 本部分将视角从离散的数字世界扩展到连续的物理世界，探讨如何有效地采集、处理和传输模拟信号。 第七章：模拟信号的数字化与量化 本章是连接模拟域与数字域的桥梁。详细解释了信号采样的理论基础，包括奈奎斯特-香农采样定理及其在实际应用中的抗混叠滤波器的设计。深入分析了模数转换器（ADC）的原理（如逐次逼近、Delta-Sigma调制）和关键参数（分辨率、采样率、线性度）。相反地，也探讨了数模转换器（DAC）的结构和输出平滑技术。本章强调了噪声在数字化过程中的影响及抑制方法。 第八章：离散时间信号处理 本章是数字信号处理（DSP）的基石。引入了离散时间信号的表示方法，并详细推导了Z变换的性质及其在系统分析中的应用，包括系统稳定性（使用收敛域ROC判断）。重点分析了离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法——快速傅里叶变换（FFT）的原理、计算复杂度及应用，例如频谱分析和滤波器设计中的应用。本章通过实例演示了IIR和FIR滤波器的结构、设计规范（如巴特沃斯、切比雪夫滤波器）及其在噪声消除和信号提取中的作用。 第九章：现代通信系统中的基础调制与编码 本章概述了现代电子通信系统的基本框架。首先区分了基带传输和通带传输。深入讲解了数字调制技术，包括ASK、FSK、PSK（BPSK、QPSK）和QAM的星座图表示、传输速率与带宽效率的关系。随后，引入了信道编码的概念，解释了如何通过前向纠错（FEC）技术（如海明码、卷积码）来增强数据在噪声信道中的可靠性。最后，简要介绍了扩频技术（如CDMA）在抗干扰和多址接入中的作用。 总结与展望 本书的每一章内容都力求理论与实践紧密结合，通过大量的例题、仿真指导和实验建议，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“怎么做”。全书结构逻辑清晰，层层递进，为读者建立一个扎实的现代电子技术知识体系，为后续进入高级领域如集成电路设计、高级网络通信或人工智能硬件加速打下坚实的基础。
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