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出版者:McGraw-Hill College

作者:Tokheim, Roger L.

出品人:

頁數:399

译者:

出版時間:2007-3

價格:$ 103.40

裝幀:Pap

isbn號碼:9780073319957

叢書系列:

圖書標籤:

• Digital Electronics
• Experiments
• Electronics
• Manual
• Lab
• Circuit
• Testing
• DIY
• Education
• Beginner

電路設計的啓濛之旅：從原理到實踐的嚴謹探索 踏入數字電子技術的奇妙世界，往往伴隨著一份對未知的好奇與對創造的渴望。從最初的邏輯門電路到復雜的微處理器架構，每一個進步都建立在前人對基本原理的深刻理解之上。一本優秀的實驗手冊，不僅是理論知識的載體，更是連接抽象概念與具體實現的橋梁。它引導我們親手搭建電路，觀察現象，驗證理論，從而在實踐中加深理解，培養解決實際問題的能力。 本書旨在為那些渴望深入瞭解數字電子世界、並希望通過動手實踐來鞏固知識的學習者提供一份全麵而係統的指導。我們摒棄瞭純粹的理論堆砌，而是將理論與實驗緊密結閤，力求在每一次操作中，都能讓讀者體會到數字信號的脈搏，感受到邏輯判斷的魅力。這是一次從“為什麼”到“怎麼做”的轉變，一次從“看到”到“做到”的飛躍。 核心概念的紮實奠基 在數字電子學的廣闊領域中，一些基礎概念如同基石，支撐著整個大廈的穩固。本書將首先聚焦於這些最核心的元素，確保讀者在開始更復雜的探索之前，擁有一個堅實的基礎。 數字信號與模擬信號的本質區彆：我們將深入探討數字信號的離散性和二進製特性，以及它與連續變化的模擬信號在錶示信息的方式上的根本差異。理解這一點，是理解後續所有數字電路工作原理的前提。我們會通過簡單的示意圖和類比，幫助讀者建立直觀的認識。 邏輯門電路——數字世界的語言：AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR、XNOR，這些邏輯門是構建一切數字電路的基本單元。我們將詳細介紹每種邏輯門的邏輯功能、真值錶、以及它們在電子符號上的錶示。實驗部分將引導讀者使用基本的晶體管或集成電路芯片搭建這些邏輯門，並利用LED等指示元件來直觀地觀察其輸齣結果，驗證其邏輯功能。例如，在AND門實驗中，我們將連接兩個開關作為輸入，LED作為輸齣，通過操作開關來觀察LED的亮滅狀態，與AND門的真值錶進行比對。 布爾代數與邏輯簡化：布爾代數是描述和分析數字邏輯電路的數學工具。我們將介紹布爾代數的基本定律和定理，如交換律、結閤律、分配律、德摩根定律等，並演示如何利用它們對復雜的邏輯錶達式進行化簡，從而優化電路設計，減少元件數量，提高效率。我們會通過一係列的例題，引導讀者一步步進行布爾錶達式的化簡，並設計齣對應的簡化的邏輯電路，與原復雜電路的輸齣進行比對，驗證化簡的有效性。 組閤邏輯電路的構建與分析 在掌握瞭基本邏輯門的概念後，我們將進一步探索如何將這些邏輯門組閤起來，構建齣執行更復雜功能的組閤邏輯電路。 編碼器與解碼器：編碼器負責將多路輸入信號轉換為少數幾路輸齣信號，通常用於將用戶的按鍵輸入轉換為數字代碼。解碼器則執行相反的功能，將二進製代碼轉換為特定的一路輸齣信號，常用於地址選擇或數據分發。我們將設計實驗來搭建基本的4-to-2編碼器和3-to-8解碼器，理解它們的工作原理和實際應用，例如，用按鍵矩陣和解碼器來模擬一個簡單的鍵盤輸入係統。 多路選擇器（Multiplexer）與分路選擇器（Demultiplexer）：多路選擇器如同一個“數據開關”，根據選擇信號選擇其中一路數據輸入並將其輸齣。分路選擇器則相反，將一路輸入數據分發到多路輸齣中的一路。我們將演示如何使用邏輯門搭建這兩種電路，並設計實驗來展示它們在數據路由和信號選擇中的作用，例如，用多路選擇器實現不同音頻源的切換。 加法器與減法器：實現算術運算是數字電路的關鍵應用之一。我們將從最基本的半加器和全加器開始，逐步構建齣能夠執行二進製加法和減法的電路，如行波進位加法器。實驗將涉及搭建這些算術電路，並輸入不同的二進製數進行加減運算，觀察計算結果的正確性，體會二進製運算的內在邏輯。 觸發器（Flip-Flop）——時序邏輯的基石：與組閤邏輯不同，時序邏輯電路的輸齣不僅取決於當前的輸入，還取決於其過去的輸入（即電路的狀態）。觸發器是實現時序邏輯的最基本存儲單元，能夠存儲一位二進製信息。我們將詳細介紹SR觸發器、D觸發器、JK觸發器和T觸發器的工作原理，包括它們的邏輯圖、狀態轉換錶以及時鍾信號的作用。實驗將引導讀者搭建不同類型的觸發器，並通過示波器或邏輯分析儀觀察其在時鍾脈衝作用下的狀態變化，理解其存儲功能。 時序邏輯電路的設計與應用 在觸發器構建的基礎上，我們可以進一步構建更復雜的時序邏輯電路，實現數據的存儲、計數、移位等功能。 寄存器（Register）：寄存器是由多個觸發器組成的電路，用於存儲一組二進製數據。我們將介紹移位寄存器（用於數據的串行/並行轉換）和並行寄存器（用於數據的存儲和並行讀寫）。實驗將包括搭建不同類型的寄存器，並設計程序來嚮寄存器加載數據，然後進行移位或並行讀齣，觀察數據的流動和存儲過程。 計數器（Counter）：計數器是一種能夠按照特定序列對輸入時鍾脈衝進行計數的電路。我們將介紹異步計數器（如行波計數器）和同步計數器（如二進製計數器、十進製計數器）。實驗將著重於搭建不同類型的計數器，並觀察它們在接收時鍾信號時計數狀態的變化，例如，搭建一個4位二進製計數器，觀察其從0000到1111的計數過程。 狀態機（State Machine）：狀態機是描述和設計復雜時序邏輯電路的一種強大工具，它能夠錶示係統在不同輸入和時鍾信號作用下如何從一個狀態轉移到另一個狀態。我們將介紹有限狀態機（FSM）的概念，包括狀態圖、狀態錶和狀態編碼，並演示如何基於狀態機設計實際的電路，例如，設計一個簡單的交通信號燈控製器。 更高級的概念與實踐 在掌握瞭基礎的組閤邏輯和時序邏輯後，我們將觸及一些更高級的主題，以拓寬讀者的視野。 存儲器（Memory）：理解數字係統的核心在於數據存儲。我們將介紹各種類型的存儲器，如隨機存取存儲器（RAM）和隻讀存儲器（ROM），並解釋它們的工作原理和在數字係統中的作用。雖然直接搭建大規模存儲器芯片超齣瞭實驗手冊的範疇，但我們會通過模擬實驗或介紹其內部結構，讓讀者瞭解其基本構成。 數字係統集成與微控製器基礎：我們將簡要介紹數字邏輯集成電路（IC）傢族，如TTL和CMOS係列，以及它們在現代電子産品中的應用。最後，我們會觸及微控製器的概念，理解它們如何將大量的數字邏輯功能集成在一個芯片上，成為實現復雜功能的強大平颱。雖然本書不是關於微控製器的編程指南，但我們會通過一些簡單的實驗，展示微控製器如何控製外部的數字電路，為讀者開啓通往更廣闊的嵌入式係統世界的大門。 實驗的嚴謹性與安全性 在進行任何電子實驗時，嚴謹的操作規程和安全意識至關重要。本書的每一個實驗都將詳細列齣所需的元件清單、電路連接圖、實驗步驟以及預期結果。我們將強調以下幾點： 元器件的正確識彆與使用：確保讀者能夠準確識彆各種電子元器件，並瞭解它們的額定參數，避免因誤用而損壞元器件或發生危險。 電路連接的準確性：錯誤的連接是導緻電路不工作或損壞元器件的常見原因。我們將提供清晰的接綫圖，並建議讀者在連接前仔細核對。 電源的使用與安全：掌握直流電源和交流電源的安全使用方法，瞭解限流、過壓保護等基本概念。 實驗現象的觀察與分析：引導讀者不僅要關注實驗結果，更要理解結果背後的原因，學會通過現象來驗證理論，找齣問題所在。 學習的樂趣與成就感 數字電子學的學習，是一場充滿挑戰但也無比 rewarding 的旅程。每一次成功的搭建，每一次對電路工作的理解，都將帶來巨大的成就感。本書不僅提供知識，更希望激發讀者的探索精神和創新能力。通過親手實踐，您將不再僅僅是理論的被動接受者，而是數字世界的主動創造者。 我們相信，通過本書的引導，您將能夠： 建立對數字電子電路的深刻理解：從最基本的邏輯門到復雜的時序係統，都能瞭然於胸。 掌握電路設計與調試的基本技能：能夠獨立設計簡單的數字電路，並具備解決電路問題的能力。 培養嚴謹的科學思維和實踐能力：在一次次的實驗中，鍛煉邏輯分析能力和動手能力。 為進一步深入學習數字技術打下堅實的基礎：無論是微處理器、FPGA還是嵌入式係統，都將是您順理成章的下一步。 準備好迎接這場精彩的電路設計冒險吧！讓我們一起，用雙手點亮數字世界的每一個邏輯節點。

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