CPLD與數位邏輯設計應用:入門篇

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圖書描述

電子係統設計與嵌入式實踐:基礎篇 本書概述 本書旨在為電子工程、計算機科學及相關領域的初學者和實踐者提供一個全麵、深入的嵌入式係統基礎知識框架。內容側重於從最基本的電子元器件理解到係統級設計的核心原理,重點剖析瞭現代電子設備中不可或缺的數字信號處理和基本控製器的工作機製。全書結構清晰,理論與實踐緊密結閤,旨在幫助讀者建立紮實的理論基礎,並能快速應用於實際項目開發。 第一部分:模擬電子學基礎迴顧與提升 雖然本書的核心聚焦於數字係統,但理解模擬信號的基礎處理是構建任何完整電子係統的先決條件。本部分將對模擬電子學的關鍵概念進行係統性的迴顧與深化,特彆強調與數字接口相關的內容。 第1章:半導體器件物理與基本模型 本章將深入探討半導體材料的特性,從能帶理論齣發,詳細解析PN結的形成、特性麯綫(I-V特性)以及二極管的各種應用(整流、鉗位、穩壓)。隨後,重點介紹雙極性結型晶體管(BJT)和場效應晶體管(FET,包括MOSFET)的工作原理、不同工作模式(截止、放大、飽和)下的等效電路模型。理解這些模型對於分析電路的非綫性行為和進行基本的放大電路設計至關重要。特彆會討論MOSFET在數字電路開關應用中的速度和功耗特性。 第2章:綫性放大電路與運算放大器 本章聚焦於綫性放大器的設計與分析。從單級BJT和MOSFET放大器的偏置、增益計算入手,過渡到多級放大器的設計策略,包括耦閤方式的選擇。核心部分將詳細講解運算放大器(Op-Amp)的理想模型、非理想特性(輸入阻抗、輸齣阻抗、失調電壓、共模抑製比等)以及其在各種基本電路(反相放大器、同相放大器、加法器、減法器、積分器、微分器)中的應用。還會涉及濾波器設計的基礎概念,如一階和二階RC濾波器的設計與性能分析。 第3章:電源管理與綫性穩壓 一個穩定可靠的電子係統依賴於高質量的電源。本章係統介紹電源轉換的基礎知識,包括綫性穩壓器(LDO)的設計原理,重點分析串聯調整管、誤差放大器和基準源的相互作用。此外,還將簡要介紹開關型穩壓器(Buck、Boost)的基本拓撲結構,及其相比綫性穩壓器的優缺點,為後續討論低功耗設計打下基礎。 第二部分:離散時間信號處理與轉換 本部分是連接模擬世界和數字世界的橋梁,詳細闡述瞭如何將連續的物理信號轉化為可供處理器處理的離散數字數據。 第4章:采樣、量化與模數/數模轉換器 本章核心講解信號采樣的基本定理——奈奎斯特-香農采樣定理,並探討采樣過程中的關鍵問題,如混疊現象及其抑製方法(抗混疊濾波器)。隨後,深入剖析模數轉換器(ADC)和數模轉換器(DAC)的結構、性能指標(分辨率、轉換時間、綫性度、單調性)。重點對比分析不同類型的ADC架構,如逐次逼近式(SAR)、雙積分式以及流水綫式ADC的工作原理和適用場景。 第5章:時鍾生成、分配與時序分析基礎 時鍾是數字係統的“心髒”。本章講解晶振電路的設計與原理,以及如何利用鎖相環(PLL)和延遲鎖定環(DLL)生成高精度、低抖動的係統時鍾。在係統集成層麵,本章引入時序分析的基本概念,包括建立時間(Setup Time)、保持時間(Hold Time),解釋時鍾抖動(Jitter)對係統穩定性的影響,為後續復雜的同步設計做鋪墊。 第三部分:組閤邏輯電路與可編程邏輯器件導論 本部分是數字電路設計的基石,專注於邏輯門、組閤邏輯電路的設計與實現技術,並引入可編程邏輯器件的概念。 第6章:布爾代數與組閤邏輯電路設計 本章從布爾代數的基本公理和定理開始,係統講解邏輯門的實現(TTL和CMOS邏輯族特性對比)。隨後,著重介紹組閤邏輯電路的設計方法論:卡諾圖(K-map)化簡、Quine-McCluskey算法的基本思想,以及使用標準邏輯門實現加法器(半加器、全加器)、多路選擇器(MUX)、譯碼器、編碼器等基本功能模塊。 第7章:半導體存儲器基礎 存儲器是數字係統的關鍵組成部分。本章講解SRAM和DRAM的基本結構和讀寫時序。重點介紹靜態隨機存取存儲器(SRAM)的六晶體管單元結構,以及動態隨機存取存儲器(DRAM)的電容存儲原理和刷新機製。同時,簡要介紹隻讀存儲器(ROM)的分類及其在係統引導中的作用。 第8章:可編程邏輯器件(PLD)概述 本章將PLD作為實現復雜邏輯的有效工具引入。詳細介紹PAL(可編程陣列邏輯)和GAL(通用陣列邏輯)的基本結構,闡述其“與陣列可編程,或陣列固定”或“均可編程”的特性。本章旨在讓讀者理解如何使用硬件描述語言(HDL)的概念,將之前學習到的組閤邏輯映射到這些可重構的硬件結構上。 第四部分:時序邏輯電路與有限狀態機 時序邏輯電路引入瞭“記憶”的概念,是實現控製邏輯和數據存儲的基礎。 第9章:基本鎖存器與觸發器 本章深入分析時序元件的構建。從最基礎的鎖存器(Latch)——如SR鎖存器——的毛刺和競爭冒險問題入手,逐步過渡到邊沿敏感的觸發器(Flip-Flop),如D觸發器、JK觸發器和T觸發器。詳細分析它們在時鍾控製下的狀態轉移特性,並解釋如何使用這些基本單元構建寄存器組。 第10章:同步時序電路的設計與分析 本章將組閤邏輯和時序邏輯相結閤,構建復雜的同步係統。重點講解有限狀態機(FSM)的設計流程,包括狀態定義、狀態轉移圖的繪製、狀態編碼(如獨熱碼、二進製編碼)的選擇,以及如何利用D觸發器和組閤邏輯實現Mealy型和Moore型FSM。通過實例(如序列檢測器、計數器)展示完整的時序電路設計與仿真流程。 第11章:寄存器傳輸級(RTL)設計思維 本章作為嚮更高級彆係統設計過渡的橋梁,引入RTL的概念。解釋如何將一個係統功能分解為數據通路和控製單元,並使用寄存器和組閤邏輯塊之間的信號傳輸來描述係統行為。討論如何通過簡單的時序控製信號來驅動數據在寄存器組之間的流動,這是理解微處理器和專用ASIC架構的基礎思維方式。 總結 本書的宗旨在於提供一個紮實、全麵的電子係統底層邏輯基礎。讀者在完成本書的學習後,將能夠深入理解從模擬信號的采集、數字化,到復雜的數字邏輯電路設計與實現的全過程,為後續學習微控製器、FPGA應用和嵌入式操作係統打下堅實且不可動搖的理論與實踐基礎。

著者信息

圖書目錄

圖書序言

圖書試讀

用户评价

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我一直對電子產品的內部運作原理感到好奇,尤其是在看到一些智慧傢電或遊戲機時,總會想知道它們是如何實現這麼多功能的。所以,《CPLD與數極邏輯設計應用:入門篇》這本書對我來說,簡直是一扇通往奇妙世界的大門。它的優點在於,它不是那種隻講理論、死記硬背的書。作者非常聰明地運用瞭大量生動的圖示和貼近生活的例子,將原本可能令人望而生畏的數極邏輯概念,變得清晰易懂。例如,他用紅綠燈的轉換邏輯來解釋狀態機,用各種開關的組閤來闡述邏輯閘的功能,這些都讓我這個對電子完全門外漢的人,也能瞬間領悟。更重要的是,這本書非常注重實作。它不僅詳細介紹瞭CPLD的基本架構和工作原理,還提供瞭非常豐富的程式設計範例,並且指導讀者如何在實際的硬體上進行測試。我按照書中的步驟,嘗試製作瞭一個簡單的音樂播放器,當按下按鈕,聽到預設的鏇律響起時,我內心真的充滿瞭無比的喜悅和成就感。這本書的講解風格也很流暢,不會讓人感到枯燥乏味,而且在遇到難點時,作者總能提供清晰的解釋和有效的解決方案。總之,這本書讓我知道,原來CPLD和數極邏輯並非遙不可及,而是可以透過有趣的學習過程,輕鬆掌握並應用於實際創作中的。

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坦白說,在翻開《CPLD與數極邏輯設計應用:入門篇》之前,我對CPLD和數極邏輯的印象就是「高深莫測」和「非常枯燥」。我總覺得這類技術離我這個一般人太遙遠瞭,可能隻有工程師纔需要接觸。但這本書完全刷新瞭我的認知!作者的講解方式非常接地氣,他用非常生活化的例子來解釋數極邏輯的核心概念,像是利用簡單的開關來比喻邏輯閘,讓我這個對電子學一點基礎都沒有的人,也能輕鬆理解。最讓我驚豔的是,書中並非止步於理論,而是非常注重實踐。他循序漸進地介紹瞭CPLD的基本架構,然後帶領讀者進入程式設計的世界,使用瞭非常貼近初學者的編程語言,並且提供瞭大量的範例程式碼。我按照書中的指示,實際操作瞭一個簡單的電子時鐘設計,看到螢幕上準確地顯示時間,那種感動和成就感真是無與倫比!這本書的優點還體現在它的結構安排上,從最基礎的邏輯元件,到後續的複雜電路設計,都安排得有條不紊,讓學習過程不會感到突兀或吃力。而且,書中對於錯誤排除和除錯的指導也非常實用,這對於初學者來說是極其寶貴的。總而言之,這本書就像一位耐心的老師,引導我一步步走進瞭CPLD和數極邏輯的世界,讓我看到瞭原來這麼有趣且實用的技術,是可以如此容易被理解和掌握的。

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哇,這本《CPLD與數極邏輯設計應用:入門篇》真的是我近期讀過最驚豔的書瞭!身為一個對電子工程一直有濃厚興趣,但又覺得數極邏輯聽起來有點遙不可及的初學者,我一直很想找一本能讓我從零開始、又不會被密密麻麻的公式嚇倒的入門書。這本書完全滿足瞭我的需求!作者的講解非常生動,把原本抽象的數極邏輯概念,透過貼近生活化的比喻和圖解,變得淺顯易懂。像是講解邏輯閘時,作者竟然聯想到電燈開關的原理,讓我瞬間豁然開朗,原來這些高深的原理離我們這麼近。而且,書中大量的實例,從簡單的LED閃爍到稍微複雜一點的電子琴按鍵邏輯,都循序漸進地帶領我們進入CPLD的世界。最棒的是,書中還附帶瞭許多範例程式碼,並且有詳細的說明,讓我在學習理論的同時,也能親手操作,驗證所學。我以前總覺得CPLD聽起來像是專業人士在玩的東西,但讀完這本書,我發現自己也能動手做齣一些有趣的小玩意兒瞭!這本書的排版也很舒服,不會讓人覺得眼花撩亂,文字和圖錶搭配得恰到好處,閱讀起來非常愉快。總之,如果你也跟我一樣,對CPLD和數極邏輯充滿好奇,但又不知道從何開始,我強烈推薦你入手這本《CPLD與數極邏輯設計應用:入門篇》!它絕對是你踏入這個領域的絕佳起點。

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我對於《CPLD與數極邏輯設計應用:入門篇》這本書的評價,可以說是充滿瞭意外的驚喜。我本身並非電機科班齣身,對數極邏輯隻有一些零星的瞭解,但因為工作上偶爾會接觸到相關的產品,所以想找一本入門書來惡補一下。這本書的切入點非常獨特,它沒有直接拋齣複雜的公式,而是從最基本的生活化情境齣發,例如電梯的運行邏輯、交通號誌的控製等等,讓我立刻感受到數極邏輯與我們生活的緊密關聯。書中對於CPLD的介紹也非常到位,它不像其他入門書那樣隻講理論,而是真正地將CPLD的架構、功能以及如何進行程式設計都做瞭非常詳盡的說明。我特別欣賞作者在講解Verilog HDL或VHDL語言時,提供瞭非常多實用的語法和範例,而且這些範例都不是紙上談兵,而是可以直接應用在實際的CPLD開發闆上進行測試。我按照書中的引導,一步步搭建起自己的開發環境,並成功燒錄瞭幾個簡單的程式,看到預期中的結果,那種成就感真的難以言喻。而且,書中的問題解析和除錯技巧,也給瞭我很大的幫助,讓我在遇到問題時,不再感到無助。總之,這本書不僅讓我學到瞭CPLD和數極邏輯的知識,更重要的是,它培養瞭我對這個領域的興趣,讓我對未來的學習充滿瞭信心。

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說實話,一開始看到《CPLD與數極邏輯設計應用:入門篇》這書名,我還擔心會不會太過學術,枯燥乏味。畢竟大學時期接觸過一點數極邏輯,印象中就是一堆符號和演算,看得我頭昏腦漲。但這本書的齣現,完全顛覆瞭我之前的想法!它不是那種死闆闆的教科書,而是像一位經驗豐富的老師,循循善誘地引導你進入CPLD的奇妙世界。作者在解釋基本概念時,非常注重與實際應用的連結,讓我知道為什麼我們要學習這些,它們在現實世界中是如何被運用的。我特別喜歡書中對於不同邏輯元件的介紹,不僅清晰地闡述瞭它們的功能,還透過錶格和流程圖,將複雜的電路行為變得一目瞭然。更讓我驚喜的是,書中並沒有止步於理論,而是提供瞭許多實際的設計範例,從最基礎的組閤邏輯到時序邏輯,都給齣瞭清晰的步驟和思路。我甚至按照書中的指示,嘗試在自己的開發闆上實現瞭一些簡單的電路,看到LED隨著程式碼的運行而變化,那種成就感真是無與倫比!這本書的語言風格也很親切,沒有過多艱澀的術語,即使是初學者也能輕鬆理解。它就像一扇為我打開的窗,讓我窺見瞭數極邏輯和CPLD的無限可能。如果你對這方麵有興趣,但又害怕難度,這本書絕對是你的最佳選擇,它會讓你愛上數極邏輯設計!

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