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世界第一簡單數位電路

世界第一簡單數位電路

マンガでわかるディジタル回路

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明細
 

內容簡介

理工科秘笈!
數學不好也能學會的
數位電路入門書!
成為電晶體、晶圓廠程師!

  電機、電工、電信、資工、資科系……理工科必學!
  工程師必修科目!

  數位產品哪裡來?
  好想設計劃時代的數位產品!
  誰來教教我?!

  掌握基本概念,
  橫掃頂尖科技大學、技職學校
  與名校理工科系,
  成為專業電機與資訊工程、數位產品研發人才!

  教授教不會的數位電路,交給本書!
  擺脫艱澀布林代數與數學式,
  從基礎的電路設計出發,
  掌握原理,搞定高階設計!

  什麼是數位電路,原理是什麼?如何運作?
  數位電路為何能取代類比電路?
  如何設計「組合電路」?
  什麼是電路的「化簡」?
  數位電路設計的最新設計方法是什麼?

  從簡單的電子骰子機器出發,熟悉數位電路原理,
  總有一天,你也能創造自己的數位產品!
  理工科學生一看到數位電路教科書就想睡嗎?
  想考電機相關科系,卻讀不懂數位電路專書嗎?
  生活在數位化的時代,你應該學習數位電路!

  高階的數位電路設計牽涉各領域的知識,包含邏輯學、代數……本書帶你跳脫這些僵化框架,以圖解說明,輕鬆掌握原理,不擅長數學的人也能學會數位電路!

  數位產品如何製成、運作?類比電路與數位電路有何不同?數位電路的設計有哪些方法與規則?想考理工科系、想親手設計電路、搞不定數學式而害怕數位電路的人,快翻開本書,打好基礎,成為數位專家!
 

作者介紹

作者簡介

天野英晴


  1986年慶應義塾大學工學部電氣工學專業修畢

現任:
  慶應義塾大學理工學部情報工學科教授
  工學博士

主要著作:
  《邊做邊學電腦架構》合著(培風館)
  《可重組系統》合著(歐姆社)
  《誰都能瞭解的數位電路》(歐姆社)
  《適合數位設計人的電子電路》(日冕社)

審訂者簡介

闕志達


現職:
  國立台灣大學電機系 教授

學歷:
  國立台灣大學電機系學士
  美國加州理工學院電機系碩士、博士

經歷:
  國立台灣大學電機系副教授
  國立台灣大學電子研究所所長
  台灣積體電路設計學會理事長
  國家實驗研究院晶片系統設計中心主任

專業資格:
  國際電機電子工程師學會 (IEEE) Fellow

譯者簡介

衛宮紘


  清華大學原子科學院學士班在讀中,平常喜愛沈浸在文字堆裡打滾,對日本文化極感興趣,聽譯過一些影集字幕翻譯,也常和筆友做文章翻譯交流。

  譯作《男人懂了這些更成功》。
 

目錄

前言

第1章
Column  數位IC   21
Column  FPGA    22
第1章名詞解釋 24

第2章   25
1 數位與類比 26
‧從類比電路到數位電路  26
‧類比和數位的概念  28
2 數位電路遠勝類比電路的原因 33
‧邏輯電路是什麼?   33
‧「邏輯閘」的基本原理  35
‧數位電路以數量決勝負!   37
‧數位電路為什麼具有優勢?   39
‧數位電路的設計很簡單  44
布林代數是什麼?   49
第2章  名詞解釋  52
Column 布林代數是什麼?

第3章  53
1 真值表與MIL符號 54
‧多數決的數位電路  54
‧用L和H做真值表  58
‧MIL符號是什麼?  64
‧激活L和激活H   68
‧第摩根定律  72
‧用MIL符號統整基本邏輯閘  75
2 製作多數決電路 78
‧對應真值表的電路(加法標準式的設計步驟) 79
Column  CMOS是什麼? 85
Column  MOS-FET的運作原理  88
第3章 名詞解釋  91

第4章  93
1 使用卡諾圖 94
‧不必要的設計  94
‧卡諾圖的讀法  98
‧圈選1的群組  102
‧圈選的注意事項  106
‧加入中華料理呢?如果人數增加呢? 108
2 Don’t Care 111
‧如何判斷大月? 111
‧十進數與二進數  114
‧判斷大月的電路設計  118
‧Don’t care   120
3 多個輸出端 124
‧輸出端共通化  125
‧電子骰子顯示器的電路設計  129
Column  加法電路與減法電路  137
第4章  名詞解釋  143

第5章  145
1 順序電路是什麼? 146
‧順序電路是會記憶的電路  148
2 D正反器 153
‧正反器像蹺蹺板  153
‧D正反器與計時器  155
‧暫存器是什麼?  167
3 電子骰子 ‧171
‧電子骰子是一種順序電路  171
‧(1)首先,畫出狀態變遷圖  174
‧(2)將狀態轉換成二進數  177
‧(3)設計對應的組合電路  181
Column  正反器的結構  187
Column  各種正反器  190
第5章    名詞解釋  193

最後  用硬體描述語言,設計數位電路

索引
 

前言

  電腦、智慧型手機、平板電腦……我們身邊充滿各種數位產品,連類比訊號(電路)的最後堡壘──電視機,也已經變成數位。為什麼數位電路會變得如此發達?它利用什麼原理運作?內部設計又是如何?這些問題本書皆以輕鬆的漫畫解說,而不使用布林代數或是艱難的數學式與理論,讓讀者可以快速掌握數位電路的基本概念。

  數位電路的世界只有0 與1,而稱為「閘」的基本元件,只能做簡單的動作。本書第1章將介紹常見的數位電路;第2章則解說為什麼這樣簡單的數位電路會發展得如此迅速,進而取代傳統的類比電路;第3章介紹透過輸入數值決定輸出數值的「組合電路」簡單設計方法;而第4 章解說「化簡」的方法。「化簡」是大學數位電路課程中,極為重要的部分,教授會教導學生如何用布林代數轉換數學式,但本書將以更易懂的方式來化簡數學式,即使讀者不擅長數學,也能享受設計電路的樂趣。第5章介紹儲存元件和順序電路的設計方法,最後,本書會介紹硬體描述語言HDL、高階合成HLS等的最新設計方法。

  數位電路的世界充滿圖表,例如:真值表、電路圖、卡諾圖、狀態變遷圖等,因此以文字敘述來解說數位電路,不如用「漫畫」解說更合適。本書運用漫畫的優點,以易於理解的方式寫作,例舉多個設計實例,深入解說元件的構造,再以column補充高水準、先進的知識與設計技術。不管讀者是數位電路的初學者,還是主修其他領域、從事數位電路設計的專業人士,本書都能滿足你的求知慾。

  本書由目黑治負責作畫,Office sawa的澤田佐和子負責製作,有他們的協助,我才能完成這本不同以往的數位電路專書,運用劃時代的圖像表現,具現數位電路的本質。感謝歐姆社給我執筆的機會,並給予我許多建言,在此致上深深謝意。
天野英晴
 

詳細資料

  • ISBN:9789865779719
  • 叢書系列:科學視界
  • 規格:平裝 / 224頁 / 21 x 14.8 x 1.13 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

數位IC
 
IC(Integrated Circuit)是積體電路,亦即搭載許多電晶體的半導體。
 
本章介紹的IC位於黑色封裝(package)內部,稱為晶片。一般來說,IC多指安裝在數位電路裡面的數位IC,內部搭載許多電晶體。搭載超過數萬個電晶體的IC,又稱為LSI(Large Scale Integrated Circuit,大規模積體電路)。最近的LSI,晶片四周有非常細的接腳,置於封裝組件中,再牢牢裝於印刷電路板上。拆解手機等新型資訊科技產品,可看到LSI和其他組件一起搭載在小型的印刷電路板上。而且,令人驚訝的是,電路板上的晶片數量並不多,因為最近的LSI整合度※提高,使產品的功能只依靠少數LSI晶片。
 
五藻拆解的電子骰子所使用的數位IC,是只有數十個電晶體的小規模IC,組裝在兩側擁有多隻接腳的封裝(DIP:Dual Inline Package,雙插封裝)中。1970 年代到1980 年代,DIP可以在日本秋葉原等地方買到,將DIP插入萬用電路板(洞洞板),再焊接配線,製成數位電路,即是古老而優良的電子工程。現在除了教學,這種IC已經沒有人在使用了,取而代之的是設計者能夠自由改變內部功能的IC──PLD(Programmable Logic Device,可程式邏輯元件)。
 
PLD的同伴FPGA(Field Programmable Gate Array,場規劃邏輯閘陣列)搭載了大規模且高速的數位電路,不但價格便宜且設計簡單。FPGA的測試用電路板很容易買,晶片與晶片之間不需要焊接。現今,從事電子工程的相關人士都開始使用FPGA,可輕鬆製作功能強大的電子產品。另外,FPGA的數位電路直接封裝在晶片中,所以不管五藻怎麼拆解,也看不到裡面的結構。本書的一開始,我們會先沉浸在古老而優良的電子工程世界,學習數位電路。不論是運用小型積體電路,還是運用最新型FPGA的電子工程,都通用本書介紹的數位電路原理。掌握此原理,即可運用最新技術的CAD(Computer Aided Design)電腦輔助設計軟體和FPGA,製作自己喜歡的電路。
 
※整合度,指單一晶片所容納的元件數量。

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