具体描述
《ARM嵌入式应用技术基础》与《ARM嵌入式接口技术应用》、《ARM嵌入式应用实战》组成一个小系列，是以ARM7内核处理器和μC/OS-II嵌入式操作系统为主线，采用“入门篇”—“提高篇”—“实战篇”的结构体系，引导初学者一步一步地登入ARM与嵌入式的应用殿堂。《ARM嵌入式应用技术基础》为其中的“入门篇”，从基本概念和原理入手，循序渐进地讲解了嵌入式系统基础知识、ARM处理器基础、ARM的指令系统、ARM的编程技术、操作范例、ADS1.2开发工具的使用、AXD调试工具的使用、初始化代码研究和LPC2220（ARM7）处理器等各项基础知识，以帮助读者成功地掌握ARM的应用技术基础知识。《ARM嵌入式应用技术基础》通过多个范例对相关知识进行了有针对性的深入分析和详细解说，使得读者在深刻理解基础理论的同时，也锻炼了实际动手能力并掌握了相关技巧。
《ARM嵌入式应用技术基础》内容丰富、深入浅出、实用性强，适合作为高等院校嵌入式系统相关专业的培训教材和教学参考用书。另外，《ARM嵌入式应用技术基础》对ARM7相关技术基础知识作了比较全面的归纳和总结，也适合有一定嵌入式系统设计和开发工作经验的同仁使用。
《数字电路设计与实践》简介 第一章 绪论：数字世界的基石 本章旨在为读者建立对数字电子系统的全面认识。我们将从信息论的基本概念出发，阐述数字信号与模拟信号的本质区别，以及为什么在现代电子工程中，数字系统占据主导地位。重点将放在二进制数制及其运算规则，这是所有数字逻辑的基础。我们将详细讲解位（bit）、字节（byte）和字（word）的概念，并引入布尔代数作为描述和简化数字电路的数学工具。读者将学习如何将实际问题抽象为布尔表达式，并掌握德摩根定律、分配律等关键定理。此外，本章还将简要介绍数字系统设计的层次化方法，从门级到系统级的演进过程，为后续章节的学习做好理论铺垫。 第二章 组合逻辑电路：逻辑的直接映射 本章是数字系统设计的核心基础。我们将深入探讨实现基本逻辑功能的电子元件——逻辑门。从最基础的与、或、非门开始，逐步扩展到与非、或非、异或等通用门和复合门。本章的重点在于组合逻辑电路的设计与分析。 首先，我们将详细阐述真值表、逻辑图和布尔表达式之间的相互转换。随后，我们将引入设计组合逻辑电路的标准化方法，即卡诺图（Karnaugh Map, K-map）。我们将用详尽的实例，教授如何利用K-map对多变量布尔函数进行化简，实现最简“与或”或“或与”形式。对于超出五变量的复杂函数，本章会介绍使用Quine-McCluskey（QM）算法进行系统化求解的原理与步骤。 在此基础上，我们将分析并设计一系列重要的组合逻辑模块，包括：加法器（半加器、全加器）、多路选择器（MUX）、译码器（Decoder）、编码器（Encoder）以及数据分配器（Demultiplexer）。每种电路的设计都将遵循从需求分析到逻辑实现的全过程，并辅以实际的硬件描述语言（如VHDL或Verilog）的初步描述示例，以展示理论与实践的结合。 第三章 存储器元件与时序逻辑电路：时间的引入 与组合逻辑电路的“即时响应”不同，时序逻辑电路的状态依赖于过去的输入和时钟信号。本章将首先聚焦于数字电路中最基本的存储单元——锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop）。我们将详细分析SR、D、JK以及T型触发器的内部结构、工作特性、时序图（Timing Diagram）以及关键参数，如建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）。 随后，本章将引导读者理解时钟在同步电路中的关键作用，并探讨时钟信号的分配、抖动（Jitter）以及如何设计稳定的系统时钟。基于触发器，我们将构建两大类核心时序电路： 1. 寄存器（Register）： 学习如何用D触发器构建不同宽度的并行数据存储单元，并设计数据加载、并行输入/输出（PIO）功能。 2. 计数器（Counter）： 分为异步（Ripple）计数器和同步计数器，深入分析它们的优缺点及应用场景，包括模N计数器的设计方法，以及如何利用它们实现特定频率分频电路。 最后，本章将引入有限状态机（Finite State Machine, FSM）的概念，这是所有复杂控制器设计的理论框架。我们将对比介绍Moore模型和Mealy模型的区别，并提供从状态图到硬件实现的完整设计流程，为后续的控制器设计打下坚实基础。 第四章 可编程逻辑器件与硬件描述语言基础 随着集成电路技术的发展，固定功能的逻辑芯片逐渐被高度灵活的可编程器件取代。本章将全面介绍可编程逻辑器件（PLD）的家族，包括可编程只读存储器（PROM）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）以及现场可编程门阵列（FPGA）的结构和演进。我们将重点解析CPLD和FPGA内部的基本逻辑单元（Logic Element, LE）和互连资源，帮助读者理解这些器件如何将理论电路映射到实际硬件上。 为了有效利用这些器件，本章将系统介绍硬件描述语言（HDL）。我们将选择业界主流的Verilog HDL作为主要教学语言，并穿插VHDL的关键语法点。重点包括： 数据类型与结构： 模块（module）、端口定义、信号声明。 行为级建模： 使用`always`块描述组合逻辑（使用`assign`和组合敏感列表）和时序逻辑（使用时钟敏感列表）。 结构级建模： 实例化已有的逻辑门或模块，实现层级化设计。 关键设计范式： 如何使用HDL语言正确描述触发器、多路复用器和有限状态机，强调综合性（Synthesizable）代码的编写规范，避免使用高级仿真特性导致硬件不可实现。 第五章 中等规模组合/时序电路模块设计实例 本章旨在通过一系列精心挑选的、具有代表性的设计实例，巩固读者前四章所学的知识，并将设计流程标准化。我们将重点放在设计和验证那些在系统级应用中扮演关键角色的模块。 1. 数据通路单元设计： 详细设计一个功能完备的算术逻辑单元（ALU），使其能执行加法、减法、逻辑与或非以及基本的移位操作，并探讨如何使用多路选择器高效地选择ALU输出。 2. 先进时序电路： 深入设计一个标准的移位寄存器（包括左移、右移、循环移位功能），并构建一个异步FIFO（先入先出）缓冲器，重点分析其读写指针的同步与仲裁机制。 3. 状态机优化与验证： 选择一个复杂的控制器（例如，一个简单的交通灯控制器或一个串行数据接收器），应用Mealy模型进行设计，并通过仿真验证其状态转移的正确性。本节将特别关注如何消除毛刺（Glitch）和利用资源优化状态编码（如独热编码）。 第六章 系统级接口与数据表示 现代数字系统往往需要与外部世界进行交互。本章将侧重于描述和设计这些接口电路。我们将不再局限于纯粹的逻辑功能，而是关注数据如何在不同系统之间可靠传输。 首先，本章将探讨总线结构的基础，包括地址、数据和控制信号的设计。重点分析同步总线和异步总线的工作原理及其时序要求。 其次，我们将深入研究数据表示的复杂性： 定点数与浮点数： 介绍二进制定点数的表示、溢出处理机制，并详细讲解IEEE 754标准下的单精度和双精度浮点数的格式、加减运算流程。 数据转换： 介绍模数转换（ADC）和数模转换（DAC）的基本原理，以及如何在数字域中实现采样、量化和编码。 接口标准： 简要介绍RS-232串行通信协议的基本帧结构和波特率概念，以及并行接口如并行I/O（PIO）的仲裁机制。 第七章 高级FPGA设计流程与综合优化 本章将把读者的视野提升到实际的硬件实现层面。我们将详细分解从RTL代码（Verilog/VHDL）到最终的硬件比特流（Bitstream）生成的完整流程。 1. 综合（Synthesis）： 讲解综合工具的工作原理，如何将高级行为描述转换为标准的逻辑门网表。重点讨论如何阅读和理解综合报告，特别是时序约束（Timing Constraints）的设置（如时钟周期、输入延迟）。 2. 布局布线（Place and Route）： 描述FPGA内部资源（查找表LUT、触发器FF、块RAMBRAM）的映射过程，以及布线对延迟的影响。 3. 静态时序分析（STA）： 详细解释建立时间违例（Setup Violation）和保持时间违例（Hold Violation）的判断标准，并教授如何通过代码优化或约束调整来满足时序要求。 4. 资源优化： 介绍代码级别的优化技巧，例如如何利用流水线（Pipelining）提高系统吞吐量，如何通过内存映射（如BRAM的实例化）来优化存储访问速度，以及如何处理时钟域交叉（CDC）问题。 通过对这些环节的深入剖析，读者将能够设计出不仅功能正确，而且在目标FPGA上具有高性能和高可靠性的数字系统。
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