前言
“数字电路与逻辑设计”是电子信息类、计算机类、自动化类等专业的重要基础课。近几十年来，数字技术和集成电路飞速发展，数字电路和系统的设计方法、设计手段和设计工具都发生巨大的变化，数字系统的复杂度和规模也在不断增大，这些都对这门课程的教学提出了很大的挑战。

本书的主要目的是帮助读者实现从数字逻辑电路零基础到掌握复杂数字电路模块和系统设计的跨越。因此，本书内容涵盖了数字设计必需的基础知识、基本技能、设计工具和基本方法等，希望帮助读者奠定现代数字设计基础。

本书第1~6章主要介绍了数字逻辑电路基础，是传统数字电路课程的主要内容，主要采用手工方法和基本门电路与基本存储单元进行设计。虽然现代数字系统更多地采用EDA工具和硬件描述语言进行设计，但掌握数字逻辑电路基本的设计和优化方法、掌握数字电路基本模块的设计和电路结构对读者更进一步学习数字系统设计依然非常重要，可以使读者在后续学习复杂系统设计时对基本模块的使用更加顺畅，在使用EDA工具进行设计时能够更准确地描述电路模块。本书第7~12章介绍了现代数字设计必需的设计载体、设计工具、设计手段和设计方法等先进的内容。各章的主要内容如下。

第1章的主要内容是数制和码制，介绍了数字信号的表示方法。

第2章的主要内容是逻辑代数，是数字逻辑电路的数学基础，介绍了数字逻辑电路的基础知识、如何用逻辑函数表示和优化数字逻辑电路。

第3章介绍了CMOS门电路的基础知识，是数字逻辑的电路基础。

第4章的主要内容是组合逻辑电路，介绍了组合逻辑电路的基本分析和设计方法、组合逻辑电路基本模块的设计和电路结构。

第5章的主要内容是数字电路中的存储单元，介绍了锁存器、触发器和寄存器的电路结构、工作特性和基本应用。

第6章的主要内容是同步时序电路，介绍了同步时序电路的基本分析和设计方法，讨论了规则时序电路模块的设计和电路结构； 介绍了随机时序电路（状态机）在行为级的设计方法； 讨论了同步时序电路的时序参数和影响时序电路性能的因素。

第7章介绍了半导体存储器的基本概念、结构和特点以及可编程逻辑器件的结构和特点。

第8章介绍了可编程逻辑器件开发工具Quartus Prime的设计流程，展示了如何使用EDA工具完成设计输入、综合、仿真和在FPGA上实现的过程。

第9章的主要内容是硬件描述语言Verilog的基本元素和基本语法，本章把用于综合和用于仿真的语言结构分开来介绍，先介绍了Verilog可综合的语言结构，后介绍了用于仿真的语言结构和如何写测试平台。本书没有介绍Verilog HDL的全部内容，只是介绍了最常用的可综合的和用于仿真的语言结构，目的是使读者能够快速掌握使用Verilog HDL来描述电路和进行仿真的方法。

第10章介绍了如何用Verilog HDL准确描述各种组合逻辑电路和时序逻辑电路模块。

第11章的主要内容是如何在寄存器传输级设计数字系统，包括寄存器传输级设计的电路结构、数据通路和控制通路的构建以及寄存器传输级设计的步骤。通过一个较复杂的数字系统设计例子，展示了从算法到电路结构的设计和优化过程，并给出了完整的Verilog HDL代码。

第12章的主要内容是一个简单RISC处理器核的设计，介绍了RISC处理器的主要特点和工作原理，展示了如何利用寄存器传输级设计方法实现一个简单的固定周期的RISC处理器的设计，并讨论了处理器进一步扩展的方法。

第13章的主要内容是模数和数模转换，介绍了模数和数模转换的基本原理以及常见的ADC和DAC的结构。

对于不涉及硬件描述语言的数字电路类课程，可使用本书第1~7、13章，30~36学时即可完成这部分内容的学习； 也可以使用全部内容，48~56学时即可以完成学习。

本书每章后都提供了习题，供读者进行练习； 本书的配套资源中包含约100个Verilog HDL代码，习题答案和代码。

配套资源

 程序代码等资源： 扫描目录上方的“配套资源”二维码下载。

 教学课件、教学大纲、习题答案等资源： 扫描封底的“书圈”二维码在公众号下载，或者到清华大学出版社官方网站本书页面下载。

 微课视频(728分钟，86集)： 扫描书中相应章节中的二维码在线学习。

注： 请先扫描封底刮刮卡中的文泉云盘防盗码进行绑定后再获取配套资源。

本书第1~7、9~13章由何晶撰写，第8章由杨霏撰写； 第1、3、5、6、11~13章的教学视频由何晶制作，第2、4、7~10章的教学视频由杨霏制作。

由于编者水平有限，加上时间仓促，书中错误和疏漏之处在所难免，敬请读者批评指正。


编者
2025年1月