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isbn号码:9787900142412

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《数字电路与系统设计》导读 一、本书概览与定位 《数字电路与系统设计》是一本面向高等工科院校电子信息类专业本科生的教材。本书旨在系统、深入地介绍数字电路的基本理论、分析方法以及现代集成电路设计中的关键技术。全书内容覆盖了从最基础的逻辑代数到复杂的组合逻辑电路、时序逻辑电路的设计与实现，并延伸至可编程逻辑器件（PLD）的应用和系统级综合。 本书的编写严格遵循教育部颁布的《普通高等学校本科教育工程技术人才培养方案》对电子信息类专业的要求，力求在理论深度和工程实践之间找到最佳平衡点。它不仅是学生掌握数字系统设计核心技能的基石，也是后续深入学习微机原理、嵌入式系统和超大规模集成电路（VLSI）设计等高级课程的先修知识。 二、核心内容模块详解 全书内容结构清晰，逻辑递进性强，主要由以下六个核心模块构成： 模块一：数制与逻辑基础 本模块是整个数字电路学习的起点。首先详细阐述了二进制、八进制、十六进制等不同数制的表示方法、相互转换以及补码等带符号数表示法，为计算机内部信息的处理奠定了基础。 随后，重点讲解了布尔代数（Boolean Algebra）的公理、定理和基本运算规则。通过对基本逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）的特性分析，引导学生理解如何用数学语言描述物理世界的开关逻辑。本章会深入探讨德摩根定理在逻辑表达式化简中的强大作用。 模块二：组合逻辑电路的分析与设计 本模块是数字电路设计的基础和核心。它首先介绍了逻辑函数的最小化方法，包括卡诺图（Karnaugh Map）的二维和多维应用，以及更通用的代数化简法。随后，引入了标准形式（SOP/POS）的转换。 在电路实现方面，本书详细介绍了各种标准逻辑门电路族，如电阻晶体管逻辑（RTL）、二极管晶体管逻辑（DTL）、以及目前主流的晶体管-晶体管逻辑（TTL）和互补金属氧化物半导体（CMOS）的逻辑门结构、电气特性（如扇入、扇出、噪声容限和功耗）。 本模块的重点在于组合逻辑电路的设计实践。通过对译码器、编码器、数据选择器（MUX）、数据分配器（DEMUX）和加法器的详细设计案例分析，训练学生运用系统化的步骤解决实际的逻辑组合问题。特别地，对于算术运算电路，如全加器、多位加法器以及串联与并行乘法器的结构，进行了深入的剖析。 模块三：时序逻辑电路 时序电路是数字系统实现状态记忆和顺序控制的关键。本章从基本概念入手，首先介绍了锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop）的工作原理，重点分析了D触发器、JK触发器和T触发器的特性、约束条件（如：边沿敏感性、主从结构）。 随后，本书系统地阐述了寄存器组、移位寄存器（用于数据暂存和并行/串行转换）的设计与应用。 时序电路设计的核心——计数器部分，被详尽讲解。内容涵盖异步计数器（Ripple Counter）和同步计数器（Synchronous Counter）的结构差异、设计方法以及模N计数器的实现技巧。为了应对复杂的时序控制需求，本书还引入了有限状态机（FSM）理论，使用状态图、状态表描述系统行为，并使用摩尔（Moore）模型和米利（Mealy）模型进行状态编码和逻辑电路的综合。 模块四：半导体存储器与可编程逻辑器件（PLD） 现代电子系统离不开大容量存储器的支持。本模块详细介绍了半导体存储器的分类，包括随机存取存储器（RAM，如SRAM和DRAM）的内部结构、读写时序及刷新机制。同时，也涵盖了只读存储器（ROM，如PROM, EPROM, EEPROM）的工作原理。 为了实现灵活、可重构的电路，PLD技术至关重要。本书详细介绍了可编程只读存储器（PROM）、通用阵列逻辑（GAL）和现场可编程门阵列（FPGA）的基本结构。通过具体的真值表到GAL编程逻辑的映射示例，使学生掌握如何利用这些器件快速实现复杂的组合逻辑功能，这是现代电子设计流程中不可或缺的一环。 模块五：逻辑电平标准与电路接口 良好的电路接口设计是确保系统稳定运行的前提。本模块聚焦于实际工程应用中常见的逻辑电平标准。详细对比了TTL、CMOS、以及低电压差分信号（LVDS）等主流技术系列的电气特性、逻辑阈值和驱动能力。 重点讨论了不同逻辑电平之间的兼容性问题（如TTL到CMOS的电平转换），以及如何处理总线驱动、开路集电极（OC）和开路漏极（OD）输出的互连问题。该部分内容极大地弥补了纯理论教材在实际电路应用中的不足。 模块六：数据传输与同步 数字系统中的数据传输往往涉及到异步操作和同步控制。本章探讨了串行数据传输（如RS-232标准简介）和并行数据传输的机制。 更重要的是，本书深入分析了数字系统中常见的冒险（Hazard）现象，包括静态冒险和动态冒险的产生原因及其消除方法，这对于确保时序电路的可靠性至关重要。最后，通过一个简短的系统实例（如简易数据采集系统或状态机控制器），综合运用前述的分析和设计方法，展示一个完整的数字系统设计流程。 三、教学特色与目标 本书的特色在于： 1. 理论与实践紧密结合： 每章末尾均附有大量的习题，并辅以仿真软件（如Multisim/Logisim）的实践指导，鼓励学生动手验证所学知识。 2. 注重现代技术： 兼顾传统离散器件（如74系列芯片）和现代PLD/FPGA的设计思想，为学生向IC设计领域过渡打下坚实基础。 3. 清晰的图示化表达： 复杂的电路结构和时序波形图均采用高质量的插图进行辅助说明，便于理解抽象概念。 通过学习本书，学生将能够独立完成中小型数字系统的逻辑设计、电路分析、器件选型和系统调试，为未来成为合格的电子工程师做好充分准备。

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**评价一** 这本书，说实话，拿到手的时候，那种沉甸甸的感觉还挺让人安心的。封面设计得比较朴实，一看就是那种面向实操、注重内容的教材风格，没有太多花哨的东西。我原本是抱着学习基础知识的态度来的，毕竟机械基础这个领域，打地基不牢，后面学啥都吃力。这本书的内容编排上，看得出来是用心了的，它不像一些理论书那样堆砌公式和晦涩的文字，而是力求将复杂的机械原理用比较直观的方式呈现出来。比如在讲解一些基础的运动学和静力学概念时，作者似乎特别注意到了初学者可能遇到的难点，会用一些非常形象的比喻来辅助理解，这对于我这种机械背景不算特别深厚的读者来说，简直是及时雨。而且，课件配套的多媒体资源也是一个亮点，虽然我还没来得及深入研究，但光是目录和介绍里提及的那些仿真动画和实验演示片段，就让人对学习过程充满了期待。我感觉这套教材不仅仅是在“教”知识，更是在“引”你进入机械的世界，激发你对这个领域的兴趣。那种由浅入深、层层递进的结构，让我在阅读的过程中，很少有那种“读不下去”的感觉，反而会忍不住想知道下一章会揭示什么样的奥秘。总体来说，从装帧到内容设计的用心程度，都能感受到它作为国家规划教材所应有的严谨和专业性。

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**评价二** 读完前几章后，我不得不说，这本书的叙事方式简直是教科书中的一股清流。它没有采用那种冷冰冰的、百科全书式的知识罗列，而是更像一位经验丰富的老工程师在耐心指导你。它的优势在于对“为什么”的解释非常到位。很多基础教材只是告诉你“是什么”和“怎么做”，但这本书花了大量的篇幅去解释背后的物理规律和设计哲学。比如讲到材料的疲劳强度时，它不仅仅给出了计算公式，还结合了实际工况的例子，让你真切感受到为什么在特定载荷下材料会失效，以及工程师在设计时是如何权衡安全系数和经济性的。这种深度剖析让我对机械设计中的“经验”和“理论”之间的平衡有了更深刻的认识。我发现自己不再满足于记住结论，而是开始主动去思考：如果条件变了，这个结论还适用吗？这种思维上的转变，在我看来，比单纯学会几套公式要宝贵得多。当然，对于那些希望快速应试的读者来说，可能需要稍微适应一下这种偏向深入理解的节奏，因为它要求你投入更多的时间去咀嚼和消化那些看似简单实则蕴含哲理的章节。

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**评价五** 这本书的深度和广度拿捏得非常到位，它成功地为后续的专业课程搭建了一个坚实且全面的知识框架。在我看来，一本优秀的教材不仅要教会学生“此时此刻”需要的知识，更要为他们未来的专业进阶做好铺垫。这本书很好地履行了这一职责。它在覆盖了机械原理、材料力学、机械设计基础这些核心板块的同时，还巧妙地引入了一些前沿的概念和技术方向的介绍，比如智能制造中对结构优化提出的新要求，或者新材料在传统机械设计中的潜在应用。这些内容的出现，虽然篇幅不长，但起到了“点睛”的作用，它引导着读者将视野从单一的机械部件扩展到整个复杂的系统工程。通过这本书的学习，我不仅掌握了基础的机械语言，更重要的是建立了一种系统性的、跨学科的思维模式。它让我意识到，机械设计不再是孤立的学科，而是与信息技术、材料科学紧密相连的综合领域。这种前瞻性的设计，确保了这本书不会因为技术的快速迭代而迅速过时，反而能持续地为学习者提供长期的价值。

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**评价三** 这本书的排版和视觉设计给我留下了深刻的印象，它成功地在学术性和易读性之间找到了一个微妙的平衡点。通常的教材，要么是密密麻麻的文字，让人望而生畏；要么就是插图过于卡通化，显得不够严肃。但这本教材在这方面做得相当出色。页面的留白处理得恰到好处，使得重点概念和关键图示能够被有效地突出出来。我特别欣赏它在图文结合上的处理技巧。那些剖视图、结构示意图，线条的粗细、标注的清晰度都达到了极高的专业水准，它们不是简单地重复文字内容，而是作为一种独立的语言来解释复杂的机械结构。当我遇到某个概念理解不透彻时，往往只需看一眼旁边的图例，那种豁然开朗的感觉是文字描述难以替代的。而且，章节末尾的“自检与思考”部分，设计得非常精妙。它们不是那种简单的选择题或填空题，而是更侧重于开放性的、需要综合运用知识点来解决实际问题的提问，这极大地锻炼了我的分析和解决问题的能力，让我觉得这不仅仅是一本学习工具，更像是一个持续互动的学习伙伴。

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**评价四** 作为一本职业教育的教材，它在“应用导向”这一点上做得尤为扎实。我注意到书中穿插了大量源自工厂一线的案例分析，这些案例不仅仅是理论知识的应用示范，更是对现代制造业实践流程的真实反映。例如，在讲解公差与配合时，书中并没有停留在理想化的几何模型上，而是结合了数控加工和检测标准，讨论了实际生产中可能出现的各种误差源以及如何通过合理的配合选择来规避风险。这对于我未来进入实际工作岗位来说，是至关重要的“软知识”。它教会我的，是如何将书本上的“标准件”转化为车间里的“可制造零件”。而且，教材的语言风格非常务实，没有过多地渲染高深的理论体系，而是聚焦于如何高效、可靠地解决机械工程中的实际问题。这种直击痛点的编写方式，使得学习的效率得到了极大的提升，让人感觉每学一页，都离实际操作更近了一步，完全符合中职教育培养一线技能人才的目标定位。

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