CPLD數位邏輯實習含數位乙級術科實作(附範例與MAX+plus II / Quartus II 軟體) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 邏輯設計

本書特色

1.編寫教材單元採漸進式安排，由簡入深，由易入繁，打穩基礎。

2.教材每一單元電路實作過程均有詳細說明並驗證其結果，可實際模擬，且下載至實驗器中加以執行，以求讓讀者易懂、易作。

3.應用實例可使讀者學習如何利用CPLD設計電路，並提供數位電子乙級術科最佳參考利器。

4.本書對數位電子入門及進階讀者皆適用，是本不可多得的好書。

《數位係統設計與實務操作》 專為工程實踐者與專業技師打造的硬核技術指南 本書專注於現代數位電路設計與係統實現的底層原理、核心技術以及産業界標準工具的應用，旨在提供一套係統化、重實操的知識體係，使讀者能夠從概念構建到實際芯片燒錄的全流程中遊刃有餘。 內容聚焦：理論的深度與實踐的廣度 本書的結構設計嚴格遵循從基礎理論到復雜係統集成的工程化路徑，完全脫離瞭任何特定的教科書或認證考試的特定範例，專注於建立讀者獨立解決復雜數位問題的能力。 第一部分：數位邏輯基礎與元件特性解析 本部分深入剖析瞭構成所有現代數位係統的基本邏輯單元及其背後的物理實現原理。 1. 靜態與動態邏輯傢族深入研究： CMOS 結構與能耗分析： 詳細闡述 P-MOS 和 N-MOS 管的工作機製，對比解析靜電荷存儲特性、亞閾值漏電流對低功耗設計的影響。分析 CMOS 邏輯門（NAND, NOR, XOR）的扇入（Fan-in）和扇齣（Fan-out）限製，以及負載電容對傳播延遲的決定性作用。 TTL 係列的演進與互連： 概述早期的 RTL、DTL 到三態輸齣（Tri-State）TTL 的發展曆程，重點分析其灌電流（Sinking Current）能力與源電流（Sourcing Current）的差異，並提供在混閤邏輯係統中進行電平轉換和阻抗匹配的工程方案。 先進邏輯傢族對比： 比較 HC、HCT、AHT 係列的驅動能力、輸入阻抗和噪聲容限（Noise Margin），指導工程師根據應用場景（如總綫驅動或高頻信號傳輸）選擇最閤適的邏輯標準。 2. 組閤邏輯的優化與形態轉換： 布爾代數的高級簡化技巧： 深入探討卡諾圖（Karnaugh Map）在五變量及六變量以上的應用限製，引入代數法與奎因-麥剋拉斯基（Quine-McCluskey）法進行最小項（Minterm）和素蘊含式（Prime Implicant）的精確推導。 多電平邏輯（Multi-Level Logic）設計： 分析將復雜功能分解為多級邏輯電路的必要性，重點研究關鍵路徑上的邏輯級數對時序性能的影響，並介紹使用軟件工具進行邏輯綜閤（Logic Synthesis）時的優化算法基礎。 編碼與解碼器的高效實現： 不僅限於標準譯碼器，深入探討優先編碼器（Priority Encoder）的設計技巧，以及應用於數據選擇、地址譯碼中的結構優化，如使用樹形結構（Tree Structure）以減少延遲。 第二部分：時序電路、存儲元件與狀態機設計 本部分聚焦於引入時間維度後的數位係統行為，這是實現運算、控製和存儲功能的核心。 1. 觸發器與鎖存器的精細控製： 邊沿觸發與電平敏感機製： 詳細區分鎖存器（Latch）和觸發器（Flip-Flop）在時序控製上的本質差異，重點解析主從結構（Master-Slave）的工作原理，以及如何利用時鍾延遲（Clock Skew）進行時序分析。 同步與異步控製信號處理： 闡述建立時間（Setup Time）和保持時間（Hold Time）的物理根源，並介紹如何利用同步器（Synchronizer）和去抖電路（Debouncing Circuit）可靠地處理異步輸入信號，避免亞穩態（Metastability）。 移位寄存器與暫存器： 分析串入並齣（SISO）、並入並齣（PIPO）等結構的應用場景，特彆是在數據序列化與反序列化（SERDES）中的基礎作用。 2. 有限狀態機（FSM）的結構化設計： 米利（Mealy）與摩爾（Moore）模型的對比分析： 深入探討輸齣依賴於當前狀態和輸入（Mealy）與僅依賴於當前狀態（Moore）在速度、電路復雜度和抗毛刺能力上的權衡。 狀態編碼策略： 探討獨熱編碼（One-Hot Encoding）、二進製編碼（Binary Encoding）和格雷碼編碼（Gray Code Encoding）對 FSM 功耗、速度和所需觸發器數量的影響。介紹如何利用狀態圖（State Diagram）和狀態錶進行規範化設計。 故障容錯狀態機： 引入安全狀態（Safe State）和異常處理機製的設計思路，以增強係統在意外輸入或啓動瞬間的魯棒性。 第三部分：計數器、數據路徑與算術邏輯單元（ALU） 本部分深入研究數據處理的核心模塊及其在係統中的集成。 1. 高速計數器與分頻器的實現： 異步與同步計數器： 比較行波計數器（Ripple Counter）和本地時鍾計數器的延遲特性，並分析如何設計級聯計數器以實現大模數分頻。 可編程分頻器（Modulus Counter）： 介紹通過反饋邏輯實現任意分頻比 $N$ 的設計方法，並探討在高頻應用中如何處理計數器的復位毛刺問題。 2. 算術邏輯單元（ALU）的構建： 加法器與減法器的深入剖析： 詳細推導全加器（Full Adder）的邏輯，重點分析超前進位加法器（Carry Lookahead Adder）的結構，以剋服串行進位帶來的延遲瓶頸。解釋使用二補數（Two's Complement）進行減法的硬件實現優勢。 乘法與除法的硬件加速： 介紹串行乘法器的基本結構，以及並行陣列乘法器（Array Multiplier）的設計原理，為理解高性能處理器中的乘法單元奠定基礎。 數據路徑的控製邏輯： 如何使用多路選擇器（MUX）和譯碼器來控製 ALU 的功能選擇（如加、減、邏輯運算），實現靈活的數據流控製。 第四部分：硬件描述語言（HDL）的高級應用與綜閤流程 本部分側重於現代數位設計流程，使用行業標準語言錶達設計意圖，並理解綜閤工具的內部工作機製。 1. HDL 語言的高效編程範式： 過程賦值與連續賦值的區彆： 深入解析 `always @()` 塊（組閤邏輯）和 `always @(posedge clk)` 塊（時序邏輯）在硬件映射上的本質差異，並明確指齣在描述組閤邏輯時避免鎖存器推斷的最佳實踐。 數據類型與對象建模： 區分 `wire`、`reg`（或其等效類型）在綜閤後的物理意義，避免使用不適閤硬件實現的數據結構（如動態數組、字符串）。 模塊化與層次化設計： 強調如何通過接口（Ports）、生成語句（Generate Block）和結構化實例化，構建可重用、易於維護的大型設計IP核。 2. 綜閤、布局布綫與時序收斂： 設計約束（Constraints）的重要性： 詳細解釋如何通過定義時鍾周期、輸入/輸齣延遲、例外路徑等約束，指導綜閤工具進行優化，確保設計滿足係統時序要求。 靜態時序分析（STA）基礎： 介紹最壞情況（Worst-Case）和最佳情況（Best-Case）下的時序路徑延遲計算，理解建立時間和保持時間違例（Violations）的查找與修正策略。 資源映射與映射後分析： 理解綜閤工具如何將 HDL 代碼映射到目標器件（如查找錶 LUT、觸發器 FF）的過程，以及布局布綫（Place & Route）對最終信號延遲和綫負載的實際影響。 第五部分：係統級集成與接口基礎 本部分將理論與實踐結閤，探討數位電路與其他子係統交互的通用方法。 1. 存儲器接口與訪問控製： SRAM/DRAM 的基本時序要求： 分析同步靜態隨機存取存儲器（SRAM）的讀寫控製信號序列，並概述動態隨機存取存儲器（DRAM）的刷新（Refresh）和行激活（RAS/CAS）機製。 簡單的總綫結構： 設計一個基本的讀寫控製邏輯，用於將處理器/控製器與外部存儲器連接起來，涉及地址解碼和數據仲裁的基本概念。 2. 基礎異步通信協議： UART 串行通信的硬件實現： 詳細設計一個完整的 UART 模塊，包括波特率發生器、發送移位寄存器和接收狀態機，重點解決采樣點同步問題。 SPI/I2C 協議的硬件控製器設計： 比較這些片上（On-Chip）通信協議的特性，指導讀者實現一個簡單的總綫主設備（Master）控製器，用於驅動傳感器或外部EEPROM。 本書的價值主張： 本書不依賴於特定商業工具的界麵操作，而是深入挖掘其背後的數位邏輯原理和設計方法論。它為有誌於從事 ASIC/FPGA 設計、嵌入式係統底層開發以及專業數位電路維護的工程師，提供瞭一套堅實的、可遷移的技術基石。學習者將掌握的不僅僅是如何使用軟件生成代碼，更是如何獨立設計和驗證高性能、高可靠性的數位係統。

Chapter1 數位邏輯CPLD 實習實驗設備
1-1 實驗設備外觀及配件
1-2 四閤一CPLD 多功能闆介紹
1-3 四閤一I/O 闆介紹
1-4 四大實習單元
1-5 電源供應器
1-6 下載傳輸綫

Chapter2 EDA 軟體介紹一
（MAX+plus II 軟體下載安裝與圖形設計）
2-1 下載MAX+plus II（ BASELINE 10.2）軟體
2-2 MAX+plus II（ BASELINE 10.2）軟體安裝
2-3 取得MAX+plus II（ BASELINE 10.2）軟體使用授權
2-4 ByteBlaster 驅動程式安裝（Win XP）
2-5 圖形編輯設計快速入門

Chapter3 EDA 軟體介紹二
（Quartus II 軟體下載安裝與圖形編輯設計）
3-1 下載Quartus II Web Edition v7.2 Service Pack 2 軟體
3-2 取得網路卡號碼NIC
3-3 取得Quartus II Web Edition v7.2 Service Pack 2 軟體使用授權
3-4 Quartus II 軟體安裝
3-5 第一次執行Quartus II 軟體
3-6 USB-Blaster 下載綫驅動程式安裝
3-7 圖形編輯設計快速入門
3-8 MAX+plus II 設計好專案檔案轉換到Quartus II 專案

Chapter4 數位邏輯實習
4-1 基本邏輯閘
4-2 組閤邏輯
4-3 加、減法器
4-4 組閤邏輯應用
1 編碼與解碼器相關知識
2 多工器∕解多工器相關知識
3 比較器相關知識
4-5 正反器
4-6 循序邏輯閘應用
1 除頻器電路
2 上數非同步計數器電路之設計
3 下數非同步計數器電路之設計
4 上 / 下數（2n 型）非同步計數器電路之設計
5 上 / 下數同步計數器電路之設計
6 可預置計數器電路之設計
7 環形計數器電路
8 強森計數器
9 移位暫存器

Chapter5 數位邏輯進階應用
應用 1　電力用電監視器設計與實作
應用 2　5 段水位液麵控製顯示器設計與實作
應用 3　交通號誌（含行人倒數計時顯示器）控製器設計與實作
應用 4　LED 車尾燈控製器設計與實作
應用 5　16 種變化廣告燈控製器設計與實作

Chapter6 數位電子乙級術科檢定篇
6-1 試題一（四位數多工顯示器）
1 試題說明
2 應檢人員自行完成檢定闆（包含子闆與母闆兩部分）
硬體設計裝配與焊接
3 四位數多工顯示器工作原理與電路分析
專題 1　四位數多工顯示器設計與實作
6-2 試題二（鍵盤掃瞄裝置）
1 試題說明
2 應檢人員自行完成檢定闆（包含子闆與母闆兩部分）
硬體設計裝配與焊接
3 鍵盤掃瞄裝置工作原理與電路分析
專題 2　鍵盤掃瞄裝置設計與實作
6-3 試題三（數位電子鍾）
1 試題說明
2 應檢人員自行完成檢定闆（包含子闆與母闆兩部分）
硬體設計裝配與焊接
3 數位電子鍾工作原理與電路分析
專題 3　數位電子鍾設計與實作

Appendix
A 附錄
1 附錄（一）應檢人自備工具規格及使用說明
2 附錄（二）檢定考場提供電路裝配常見零件材料圖示

评分☆☆☆☆☆

這本書給我的第一印象是它在理論講解上的深度和廣度都做得相當不錯，遠超齣瞭我之前接觸過的同類書籍。雖然書名強調瞭“實習”和“術科實作”，但它並沒有因此犧牲掉理論基礎的嚴謹性。作者從數位邏輯最核心的概念開始，比如布爾代數、卡諾圖化簡、邏輯門的功能原理，都進行瞭細緻入微的闡述，並配以大量的圖示和錶格，讓抽象的邏輯概念變得直觀易懂。在講解過程中，作者還會穿插一些實際的應用場景，比如在簡單的數碼管顯示驅動、多路選擇器設計等例子中，將理論知識與實際應用緊密結閤。這對於我這種需要夯實基礎的學習者來說，是非常寶貴的。我之前常常覺得理論學得不錯，但到瞭實際設計時就抓不住重點，或者不知道如何將理論轉化為可執行的電路。這本書的講解方式，尤其是它對每個概念都進行瞭多角度的分析，並提供瞭不同層麵的理解途徑，讓我感覺自己對數位邏輯的掌握又上瞭一個颱階，更自信於應對未來的挑戰。

评分☆☆☆☆☆

總的來說，這本書不僅僅是一本教材，更像是一位經驗豐富的導師，它以非常係統和貼近實際需求的方式，帶領我一步步走進瞭CPLD數位邏輯的世界。我特彆喜歡它在內容編排上的邏輯性，理論與實務的銜接非常自然流暢，並且每一部分的內容都環環相扣，不會讓人感到突兀或斷層。例如，在講解完某個基本邏輯單元後，緊接著就會齣現一個基於該單元的簡單實作範例，然後再將這個單元應用到更復雜的係統中。這種循序漸進的學習方式，讓我能夠更好地消化和吸收知識。而且，書中的範例設計都非常經典，涵蓋瞭數位乙級考試中常見的各種類型，這讓我覺得這本書的實用性和針對性都非常強。我不再需要大海撈針般地去尋找各種零散的資料，這本書就像一本“寶典”，將我所需的一切都整閤在瞭一起，極大地減輕瞭我的學習壓力，讓我能夠更專注於理解和掌握核心知識。

评分☆☆☆☆☆

這本書在實作範例的編排和指導上，確實做到瞭“手把手”的教學，讓我受益匪淺。作為一名CPLD新手，我最擔心的就是軟件操作的復雜性和代碼編寫的規範性。這本書在這方麵做得非常齣色。它不僅僅是提供一個最終的VHDL或Verilog代碼，而是將整個設計流程，從原理圖繪製、HDL代碼編寫，到仿真驗證、硬件下載，都進行瞭詳細的圖文並茂的講解。每一個步驟都清晰明瞭，甚至連軟件界麵的各個選項和參數的含義都做瞭注釋。我尤其欣賞書中針對數位乙級術科考試的每一個必考項目，都提供瞭完整的實作指導，並且給齣瞭多種可能的解法。這意味著我可以根據自己的理解和掌握程度，選擇最適閤自己的方式去學習和實踐。當我遇到問題時，翻閱書中的相關章節，總能找到針對性的解決方案，這極大地提高瞭我的學習效率，也增強瞭我獨立解決問題的信心，不再像以前那樣，一點小問題就束手無策。

评分☆☆☆☆☆

這本《CPLD數位邏輯實習含數位乙級術科實作(附範例與MAX+plus II / Quartus II 軟體)》對我來說，真是一本及時雨。我是一名即將畢業的電子工程係學生，目前正在積極準備數位乙級的技術士檢定，數位邏輯的實作部分一直是我的弱項。在市麵上找瞭很多相關書籍，但很多都過於理論化，或者實作的範例不夠貼近考試要求。當我拿到這本書時，我立刻被它“含數位乙級術科實作”的字樣吸引瞭。翻開目錄，看到裏麵有詳細列齣數位乙級考試可能涉及的各個模塊，從基礎的門電路、組閤邏輯，到時序邏輯、狀態機設計，甚至還有一些較復雜的應用，都一一包含在內。最重要的是，它還明確指齣這些範例是針對MAX+plus II和Quartus II這兩個主流的CPLD開發軟件來講解的。我對這兩個軟件的熟悉程度還有待提高，所以有這樣一個結閤理論與實務，並且直接對接考試需求的教材，對我來說是極大的幫助。我尤其期待書中關於如何使用這兩個軟件進行邏輯電路的綜閤、布局布綫以及時序仿真的詳細步驟，這部分常常是我感到睏惑的地方。

评分☆☆☆☆☆

讓我感到驚喜的是，這本書不僅僅停留在對數位邏輯的基礎講解和實操指導，它還巧妙地融入瞭MAX+plus II 和 Quartus II 這兩款常用EDA軟件的進階使用技巧。我之前一直覺得這些軟件的功能很多，但隻停留在最基礎的層次，很多強大的功能我都沒有去深入瞭解。這本書的作者似乎非常瞭解學習者的痛點，在講解每一個實作案例時，都會順帶介紹相關的軟件功能，比如如何利用波形編輯器進行精確的時序仿真，如何查看綜閤報告和時序分析報告來優化設計，以及如何進行FPGA/CPLD的編程下載。這些內容對於我來說，是真正能提升設計能力和解決實際問題的關鍵。它讓我明白，理論知識和軟件工具的熟練運用是相輔相成的，隻有將兩者結閤起來，纔能真正地進行高效和可靠的數位邏輯設計，也為我今後在實際工程項目中的應用打下瞭堅實的基礎。