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| 內容簡介： |
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本书将“数字电子技术”与“微型计算机原理”“单片机原理”和“DSP技术及应用”等多门课程内容有机融合，增强了基于FPGA的现代数字电子技术设计方法，涵盖了微控制器结构框架、硬件*小系统、存储器配置、中断和程序引导、集成开发环境、编程语言等微处理器的普遍和共性概念。本书介绍了8051、TMS320F28335、MSP430和MSP432等微控制器，以共性概念引导读者去使用这些微控制器，边学边做，培养软、硬件设计能力和调试能力。本书结合了数字化出版技术，通过大量二维码提供了辅助教学和实验的资源。本书可以作为电气类、仪器类、自动化类、电子信息类、计算机类等电类专业中“数字电路”“单片机原理”“DSP技术及应用”的课程教材，也可作为非电类专业和其他工程技术人员自学数字电路和微处理器系统的教材和参考书。
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前言第1章数字电子技术基本概念11.1数字世界是0和1的世界11.2模拟信号和数字信号21.3时钟脉冲信号及技术指标41.4并行通信和串行通信51.5数字电路分类及基本单元61.6数字电子技术和微控制器的重要性7思考题8第2章数字逻辑基础92.1数制92.1.1几种常用的数制92.1.2数制之间的转换112.2码制132.2.1二十进制码142.2.2格雷码152.2.3奇偶校验码162.2.4字符码162.2.5汉字编码182.3算术运算与逻辑运算192.3.1算术运算192.3.2基本逻辑运算及逻辑符号222.3.3复合逻辑运算242.3.4逻辑代数的基本定理和规则252.4逻辑函数及其表示方法262.4.1逻辑函数的概念262.4.2逻辑函数的表示方法272.4.3逻辑函数各种表示方法之间的转换312.5逻辑函数的化简与变换332.5.1化简与变换的意义332.5.2代数化简法342.5.3卡诺图化简法352.5.4具有无关项逻辑函数的化简362.5.5现代数字系统设计中的化简37本章小结38思考题和习题39第3章集成逻辑门电路423.1集成电路的基本概念423.1.1集成电路的分类和封装423.1.2集成逻辑门的主要技术指标453.1.3常用集成逻辑门型号473.2半导体器件的开关特性483.2.1双极型晶体管的开关特性483.2.2场效应晶体管的开关特性503.3TTL系列集成逻辑门内部电路及电气特性523.3.1TTL与非门的内部结构及工作原理523.3.2电压传输特性和噪声容限543.3.3输入和输出特性及扇出数553.3.4TTL与非门输入端负载特性583.3.5TTL集电极开路门和三态逻辑门583.4CMOS集成逻辑门电路613.4.1CMOS逻辑电路的基本原理及其特点623.4.2CMOS 缓冲器、漏极开路门和三态门653.4.3CMOS传输门及数据选择器663.5集成逻辑器件接口的三要素673.5.1TTL与CMOS系列之间的接口问题683.5.2逻辑门电路使用中的几个实际问题70本章小结71思考题和习题72第4章锁存器和触发器774.1基本概念774.2锁存器784.2.1基本RS锁存器784.2.2时钟控制RS锁存器804.2.3时钟控制D锁存器824.2.4锁存器在MCS51系列单片机硬件小系统中的应用834.3触发器844.3.1维持阻塞D触发器854.3.2边沿JK触发器89本章小结92思考题和习题92第5章可编程逻辑器件965.1可编程逻辑器件的发展历程及趋势965.1.1可编程逻辑器件的发展历史965.1.2可编程逻辑器件的发展趋势985.1.3我国FPGA发展现状995.2可编程逻辑器件的分类1005.2.1按集成度分类1005.2.2按结构分类1015.2.3按编程工艺分类1015.3低密度PLD简介1025.3.1PLD的逻辑符号及连线表示方法1025.3.2PLD的基本结构框架1035.3.3低密度PLD结构1035.4复杂可编程逻辑器件1085.4.1CPLD的结构框架及特点1085.4.2CPLD硬件小系统1095.5现场可编程门阵列1105.5.1FPGA的结构框架1105.5.2FPGA的设计流程1125.5.3CPLD与FPGA的对比总结113本章小结114思考题和习题114第6章Verilog硬件描述语言1166.1硬件描述语言概述1166.1.1Verilog HDL和VHDL简介1166.1.2Verilog HDL与C语言1176.1.3Verilog HDL的可综合性1186.2Verilog HDL基本结构1186.3Verilog HDL语法简介1206.3.1基本词法1206.3.2数据类型1216.3.3操作符1236.3.4赋值语句1256.3.5三种描述方式1276.4层次化设计与模块实例化1326.4.1自顶向下的设计方法1326.4.2模块的实例化1326.5有限状态机设计1346.5.1有限状态机的概念简介1346.5.2有限状态机设计的一般原则和步骤1356.6仿真验证1356.6.1测试平台搭建1366.6.2时钟和复位信号的产生方法136本章小结138思考题和习题139第7章组合逻辑电路与器件1407.1 组合逻辑电路的基本概念和器件符号1407.1.1组合逻辑电路的基本概念1407.1.2中规模集成逻辑器件的符号1417.2译码器和编码器1427.2.1地址译码器1427.2.2地址译码器的应用1447.2.3数码管和BCD七段显示译码器1467.2.4编码器1507.2.5基于Verilog HDL的译码器和编码器设计1527.3多路选择器和多路分配器1567.3.1多路选择器的功能描述1577.3.2多路选择器的扩展和应用1577.3.3多路分配器1597.3.4基于Verilog HDL的多路选择器设计1607.4加法器和比较器1617.4.1两个1位二进制加法器1617.4.2先行进位的多位二进制加法器1627.4.3数值比较器1657.4.4基于Verilog HDL的加法器和比较器设计1677.5算术/逻辑运算单元1697.5.1芯片级ALU1697.5.2基于Verilog HDL的ALU设计169本章小结170思考题和习题171第8章时序逻辑电路与器件1738.1时序逻辑电路的结构、分类和描述方式1738.2基于触发器时序逻辑电路的分析和设计1758.2.1触发器构成的时序逻辑电路分析1758.2.2触发器构成的时序逻辑电路设计1788.2.3基于有限状态机的时序逻辑电路设计1818.3集成计数器1838.3.1异步集成计数器1848.3.2同步集成计数器1858.3.3集成计数器的扩展与应用1878.3.4微控制器片内的计数器1928.3.5基于Verilog HDL的计数器设计1928.4寄存器1938.4.1寄存器及应用1948
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在课堂教学和实验教学过程中，要不断根据学生的掌握情况进行教学内容和进度的调整。教师在引导学生设计第一个实验的过程中，要根据学生课堂的反馈、翻转课堂的准备情况，适当调整教师引导的深入程度。通过第一次实验的验收情况，了解学生存在的问题并在课堂上讨论，要随时根据学生的状态调整教学的节奏、翻转课堂的内容和次数以及教学进度等，以便使所有学生都能尽快入门，以学生为中心、以成果为导向。为了掌握学生的学习效果和持续改进完善课程，一方面，要求学生在最后一次综合实验报告中写出对课程的意见和建议，遇到的问题和解决方法等。有些学生会给出很详细的教学建议。从报告中不仅可以看到学生的学习成果，也有利于不断改进课程，提高教学质量。另一方面，在每次课程结束提交完学生成绩之后，教师应该查看学生们对课程及教师的网评，其中有个别建设性的建议和意见，有助于教师在下一届教学中进行改进和完善。学生对课程试点的一个共同评价就是：累和花费时间多。但是，少壮不努力，老大徒伤悲，虽然有时努力了不一定有回报，但是不努力一定没有收获。学生在经过刻苦学习后提高了能力，成就感明显增强。部分学生对课程教改的高度评价给予了我们极大的鼓舞，觉得一切的付出都是值得的，这些评价会成为教师们继续努力建设好课程的动力，也是教改希望达到的效果。本书通过在一门课程中讲授多门课程内容，为电气类、仪器类等专业教学改革做出了有益和成功的尝试。书中加强了数字电路各功能模块基于Verilog HDL的实现例程和仿真，不使用Verilog HDL和FPGA开发的读者可以跳过这部分内容，不影响基础知识体系的连续性。本书总结了微控制器软、硬件的共性概念和开发方法，给出了8051、TMS320F28335、MSP430和基于ARM核的MSP432微控制器应用实例，为读者节省出更多的时间去学习新理论、新技术、新方法。本书可以作为电气类、仪器类、电子信息类、自动化类、计算机类等电类专业中“数字电路”“单片机原理”“DSP技术及应用”的课程教材，也可作为非电类专业和其他工程技术人员自学数字电路和微处理器系统的教材和参考书。我们乐意接受本书的编撰工作，将本书推荐给广大读者，相信本书一定会起到积极作用。本书中针对实际技能培养的有关内容，一定会受到电子工程技术人员的欢迎。教材中介绍的实验平台都是国内甚至全球共享的硬件平台。例如，Xilinx口袋实验平台EGO1，TI公司提供的F28335 PGF controlCARD、MSPEXP430G2 LaunchPad、LaunchPad G2口袋实验平台、MSPEXP432P401R、TIRSLK等。这些平台的使用可以利用开源教程、开源代码和项目范例等，有利于学习、讨论和交流经验。为了便于学生学习和了解国内外的逻辑门电路和逻辑符号，本书在介绍引用的具体逻辑器件电路、框图等时，保留了图中的国外流行符号，并在附录中给出了本书用到的逻辑器件名称、国标符号、国外流行符号和曾用符号，便于学习和查询。同时，书中以二维码形式给出了大量的辅助学习资料，用手机微信“扫一扫”功能，扫描书中相应的二维码，即可在线观看。本书编者都是长期从事“数字电子技术”和微处理器课程教学和实验指导的教师，教材内容也是编者一直从事的“数字电子技术”和微处理器课程教学经验的总结。宁改娣负责教材内容的策划、统稿和审稿工作，编写第1～3、7、8、10、12～18章和附录。张虹编写第4、9和11章，宁改娣参与了第9章门电路构成的施密特触发器和门电路构成的单稳态触发器的主编工作，孙敏完成了相关实验。刘宁艳编写第5章。孙敏编写第6章和教材中所有基于Verilog HDL的实验例程和仿真。本书的编撰出版是集体智慧的结晶，在此，对所有为本书的出版提供帮助的人们表示衷心的感谢！自2003年与德州仪器公司（TI）合作以来，得到了TI各类型微控制器实验平台、软件、应用资料以及产学合作协同育人项目的支持，促进了我校相关课程的教学改革工作，感谢TI公司和TI大学计划部！由于编者水平有限，加之时间仓促，文中难免有不妥之处，敬请读者不吝指正。编者2021年4月于西安交通大学
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