数字系统与逻辑设计

第1章绪论1.1数字电路基本概念1

1.1.1数字信号1

1.1.2数字电路1

1.2数制和编码2

1.2.1常用进位计数制3

1.2.2各种计数制之间的转换4

1.2.3常用编码方案6

1.2.4二进制数的算术运算9

本章小结11

习题11

第2章逻辑代数基础2.1基本逻辑运算12

2.1.1逻辑与运算12

2.1.2逻辑或运算13

2.1.3逻辑非运算14

2.2逻辑代数的基本定律和规则15

2.2.1逻辑代数的基本定律15

2.2.2逻辑代数的3条规则16

2.2.3若干常用公式18

2.2.4几种导出逻辑19

2.3逻辑函数的标准表达式22

2.3.1最小项与逻辑函数的最小项表达式22

2.3.2最大项与逻辑函数的最大项表达式24

2.3.3最小项与最大项之间的关系25

2.4逻辑函数的化简26

2.4.1代数化简法26

2.4.2卡诺图化简法27

2.4.3QM列表化简法36

2.4.4Petrick算法42

本章小结44

习题45

第3章逻辑门电路3.1晶体管的开关特性48

3.1.1二极管的开关特性49

3.1.2三极管的开关特性50

3.1.3MOS管的开关特性51

3.2简易逻辑门电路55

3.2.1二极管与门电路55

3.2.2二极管或门电路55

3.2.3三极管非门电路56

3.2.4三极管非门的负载能力58

3.3TTL逻辑门电路59

3.3.1TTL逻辑门的工作原理59

3.3.2TTL逻辑门的外部特性65

3.3.3TTL电路的各种改进类型71

3.4其他类型的双极型逻辑门电路74

3.4.1ECL电路75

3.4.2I2L电路76

3.5CMOS逻辑门电路78

3.5.1基本的CMOS门电路78

3.5.2其他类型的CMOS门电路80

3.5.3CMOS电路的防护843.5.4CMOS电路的特性与参数85

3.6数字电路使用的一般性问题91

3.6.1数字电路的接口原则91

3.6.2TTL电路与CMOS电路的接口方法92

3.6.3正逻辑与负逻辑94

本章小结95

习题96

第4章组合逻辑电路的分析与设计

4.1组合逻辑电路的分析102

4.1.1逻辑代数法103

4.1.2符号置换法105

4.2小规模组合逻辑电路的设计107

4.2.1由文字描述作出真值表108

4.2.2逻辑函数的实现109

4.2.3组合逻辑电路设计中的一些实际问题112

4.3组合逻辑电路的冒险124

4.3.1静态逻辑冒险及其消除方法125

4.3.2动态逻辑冒险及其判断方法129

4.3.3功能冒险及其判断方法132

4.3.4消除冒险的常用措施134

本章小结136

习题137

第5章记忆单元电路

5.1记忆单元电路的基本特性142

5.2锁存器143

5.2.1基本RS锁存器143

5.2.2门控锁存器145

5.3TTL主从触发器149

5.3.1主从RS触发器150

5.3.2主从D触发器151

5.3.3主从JK触发器152

5.4边沿触发器153

5.4.1负边沿JK触发器153

5.4.2维持阻塞D触发器155

5.4.3边沿T触发器156

5.5CMOS触发器157

5.5.1CMOS边沿D触发器157

5.5.2CMOS边沿JK触发器159

5.6触发器类型转换160

本章小结161

习题162

第6章同步时序电路

6.1同步时序电路的分析166

6.1.1同步时序电路的特点166

6.1.2同步时序电路分析方法167

6.1.3典型同步时序电路的分析171

6.2常用同步时序电路的设计179

6.2.1设计步骤概述179

6.2.2常用同步时序电路的设计方法180

6.3一般同步时序电路的设计1896.3.1设计步骤概述189

6.3.2状态转移图（表）的建立190

6.3.3状态简化193

6.3.4状态编码200

6.3.5设计举例204

本章小结208

习题209

第7章异步时序电路

7.1脉冲异步时序电路213

7.1.1脉冲异步时序电路的分析214

7.1.2脉冲异步时序电路的设计219

7.2电位异步时序电路225

7.2.1电位异步时序电路的分析227

7.2.2电位异步时序电路的设计230

7.2.3电位异步时序电路设计举例237

7.3异步时序电路的冒险及处理241

7.3.1本质冒险241

7.3.2本质冒险的判断及其消除242

本章小结244

习题244

第8章常用的中规模集成电路及其应用

8.1数码比较器249

8.1.1集成数码比较器249

8.1.2比较器的级联251

8.1.3比较器的应用252

8.2编码器和译码器253

8.2.1编码器及其原理253

8.2.2译码器及其原理257

8.3数据选择器和数据分配器263

8.3.1集成数据选择器263

8.3.2数据选择器的应用265

8.3.3数据分配器及其应用269

8.4奇偶校验与可靠性编码270

8.4.1奇偶校验码270

8.4.2汉明码271

8.5运算电路273

8.5.1加法器273

8.5.2减法器275

8.6中规模集成计数器276

8.6.1异步中规模计数器276

8.6.2同步中规模计数器278

8.6.3中规模计数器的应用282

8.6.4中规模计数器的级联285

8.7中规模移位寄存器及其应用288

8.7.1集成中规模移位寄存器288

8.7.2中规模移位寄存器的应用290

本章小结294

习题295

第9章半导体存储器和可编程逻辑器件

9.1只读存储器（ROM）3019.1.1ROM的结构及其工作原理301

9.1.2ROM的设计和应用304

9.1.3PROM和EPROM307

9.1.4E2PROM和FlashMemory310

9.2随机存取存储器（RAM）312

9.2.1RAM的结构和工作原理313

9.2.2多端口RAM简介318

9.2.3FRAM简介320

9.3存储器容量的扩展321

9.3.1位扩展321

9.3.2字扩展322

9.3.3字位同时扩展325

9.4顺序存取存储器（SAM）326

9.4.1SAM的结构和工作原理326

9.4.2SAM的动态存储单元329

9.5内容寻址存储器（CAM）332

9.5.1CAM的结构和工作原理333

9.5.2CAM的搜索方法334

9.6典型可编程器件介绍335

9.6.1通用阵列逻辑（GAL）器件335

9.6.2复杂可编程逻辑器件（CPLD）339

9.6.3现场可编程门阵列（FPGA）342

本章小结351

习题352

第10章脉冲波形的产生与整形

10.1施密特触发器354

10.1.1用门电路构成的施密特触发器354

10.1.2集成施密特触发器357

10.1.3施密特触发器的应用359

10.2单稳态触发器360

10.2.1用门电路构成的单稳态触发器361

10.2.2集成单稳态触发器364

10.2.3单稳态触发器的应用367

10.3多谐振荡器原理及其应用368

10.3.1对称式多谐振荡器368

10.3.2非对称式多谐振荡器371

10.3.3环形多谐振荡器373

10.3.4施密特多谐振荡器375

10.3.5石英晶体多谐振荡器376

10.4集成定时器555378

10.4.1555定时器的电路结构和原理378

10.4.2555定时器电路的应用379

本章小结384

习题385

第11章数-模与模-数转换电路

11.1数模转换电路（DAC）389

11.1.1二进制权电阻DAC389

11.1.2T形电阻网络DAC390

11.1.3倒T形电阻网络DAC391

11.1.4电子开关39211.1.5电流型DAC393

11.1.6DAC的主要技术指标393

11.1.7集成DAC举例394

11.2模数转换电路（ADC）396

11.2.1模数转换的一般过程396

11.2.2并行比较ADC399

11.2.3逐次逼近型ADC401

11.2.4双积分型ADC402

11.2.5电压频率变换器（VFC）404

11.2.6DeltaSigma型ADC406

11.2.7ADC的主要技术指标407

11.2.8集成ADC举例407

本章小结410

习题410

第12章数字系统设计方法

12.1算法流程图与ASM图415

12.1.1算法流程图415

12.1.2算法设计417

12.1.3电路划分与逻辑框图设计419

12.1.4数据处理单元的设计422

12.1.5ASM图符号及其应用424

12.1.6控制单元的设计427

12.2EDA技术简介429

12.2.1传统的硬件电路设计方法429

12.2.2现代的硬件电路设计方法430

12.2.3VerilogHDL语法简介432

12.2.4综合工具功能简介442

12.2.5布局布线工具功能简介445

12.2.6仿真工具功能简介446

本章小结449

习题450

附录1《电气图用图形符号　　二进制逻辑单元》（GB4728.12　96）简介

A1.1符号的构成452

A1.2逻辑约定453

A1.3各种限定性符号454

A1.4关联标注法456

附录2常用逻辑符号对照表参考文献460

　　本书全面系统地介绍数字电路的基础知识、基本理论和分析、设计方法。提高独立使用各种全定制集成电路芯片和可编程逻辑器件以及EDA工具，进行数字电路和数字系统设计的能力。本书在论述基本原理时突出重点，精简内容，给新技术和新知识留出较多的空间，使读者在掌握基础知识的同时，对新技术有较为全面的认识和了解。本教材强调教学内容的系统性和连贯性，突出基础理论和基本分析、设计方法的学习，介绍了较多的设计实例和实际应用方面的知识，有助于读者养成系统、规范的思维习惯，提高独立分析和解决实际问题的能力。
　　本书全面系统地介绍数字电路的基础知识、基本理论和分析、设计方法。内容主要包括数字电路和逻辑代数基础知识，基本单元电路的结构及工作原理，组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析、设计方法，常用中、大规模集成电路的原理和使用方法，典型可编程器件的结构和功能特点，常用波形产生和整形电路的结构和工作原理，数字系统设计的基本流程和电子设计自动化（EDA）技术的特点和应用，以及数模、模数转换电路的原理和性能指标等方面。　　通过对上述内容的介绍，本书力求使读者在较好地掌握数字电路和数字系统理论知识的基础上，提高独立使用各种全定制集成电路芯片和可编程逻辑器件以及EDA工具，进行数字电路和数字系统设计的能力，并为后续的计算机原理和接口技术、数字通信等课程的学习打好基础。　　本书可作为高等学校工科电子信息类专业数字系统与逻辑设计课程的教材，也可供从事电子技术工作的工程技术人员参考。