数字电路与系统设计

第1章 数制与编码 1

1．1 数制 1

1．2 数制转换 2

1．2．1 二、八、十六进制到十进制的转换 2

1．2．2 二、八、十六进制之间的转换 2

1．2．3 十进制到二、八、十六进制的转换 3

1．3 二进制符号数的表示方法 4

1．3．1 原码表示法 5

1．3．2 反码表示法 5

1．3．3 补码表示法 5

1．3．4 符号数小结 8

1．4 二-十进制编码 8

1．5 格雷码 9

1．6 ASCII符 11

1．7 检错码和纠错码 11

1．7．1 检错码 11

1．7．2 纠错码 12

小结 12

习题 12

第2章 逻辑代数基础 14

2．1 概述 14

2．1．1 事物的二值性 14

2．1．2 布尔代数 14

2．2 逻辑变量和逻辑函数 15

2．2．1 基本的逻辑运算和逻辑变量 15

2．2．2 逻辑函数 18

2．2．3 逻辑函数与逻辑电路的关系 19

2．3 逻辑代数的基本运算规律 20

2．3．1 逻辑代数的基本定律 20

2．3．2 三个重要规则 21

2．3．3 逻辑代数基本定理 23

2．3．4 复合逻辑运算和复合逻辑门 24

2．4 逻辑函数的两种标准形式 30

2．4．1 最小项和最大项 30

2．4．2 标准表达式和真值表 34

2．5 逻辑函数的代数化简法 38

2．5．1 化简逻辑函数的意义及化简方法 38

2．5．2 代数化简法 41

2．6 逻辑函数的卡诺图化简法 46

2．6．1 卡诺图 46

2．6．2 最小项的合并规律 54

2．6．3 用卡诺图化简逻辑函数 56

2．6．4 多输出逻辑函数的卡诺图化简法 60

2．7 非完全描述逻辑函数 61

2．7．1 非完全描述逻辑函数 61

2．7．2 利用无关项化简非完全描述逻辑函数 62

2．8 逻辑函数的描述 64

2．8．1 逻辑函数的描述方法 64

2．8．2 逻辑函数描述方法之间的转换 66

*2．9 逻辑函数的Q-M化简法 68

2．9．1 蕴涵项，主蕴涵项，本质蕴涵项 69

2．9．2 Q-M化简法推演过程 70

2．9．3 覆盖过程 72

2．9．4 非完全描述逻辑函数的Q-M化简法 74

小结 76

习题 77

第3章 逻辑门电路 84

3．1 概述 84

3．2 晶体管的开关作用 84

3．2．1 二极管的开关作用 84

3．2．2 三极管的开关特性 85

3．3 基本逻辑门电路 89

3．3．1 分立元件门电路 89

3．3．2 复合门电路 91

3．4 TTL集成门电路 91

3．4．1 TTL“与非”门的基本原理 91

3．4．2 TTL“与非”门的特性及参数 92

3．5 其他类型的TTL门电路 99

3．5．1 集电极开路“与非”门 99

3．5．2 三态输出门 102

3．6 MOS门电路 103

3．6．1 CMOS反相器 103

3．6．2 其他逻辑功能的CMOS门电路 104

3．6．3 CMOS门电路的特点及使用 105

3．7 CMOS数字集成电路的各种系列 106

3．8 TTL与CMOS电路的级联 107

3．8．1 由TTL驱动CMOS 107

3．8．2 由CMOS驱动TTL 108

小结 108

习题 109

第4章 组合逻辑电路 112

4．1 概述 112

4．2 常用数字集成组合逻辑电路 113

4．2．1 编码器 113

4．2．2 译码器 118

4．2．3 加法器 123

4．2．4 数值比较器 127

4．2．5 数据选择器和数据分配器 129

4．3 组合电路逻辑分析 132

4．3．1 组合电路逻辑分析步骤 132

4．3．2 组合电路逻辑分析实例 133

4．4 组合电路逻辑设计 138

4．4．1 用小规模集成电路实现逻辑函数 138

4．4．2 用中规模集成电路实现逻辑函数 140

4．4．3 一般设计步骤和设计举例 151

4．5 组合逻辑电路中的竞争与冒险现象 159

4．5．1 竞争与冒险现象及其成因 159

4．5．2 冒险现象的类型及识别 161

4．5．3 冒险现象的排除 161

小结 163

习题 164

第5章 锁存器与触发器 169

5．1 基本RS锁存器 169

5．1．1 电路结构 169

5．1．2 功能分析 169

5．1．3 功能描述 170

5．1．4 集成基本RS锁存器 172

*5．1．5 防抖动开关 172

5．1．6 基本RS锁存器存在的问题 172

5．2 门控RS锁存器 173

5．2．1 电路结构 173

5．2．2 功能分析 173

5．2．3 功能描述 173

5．2．4 门控RS锁存器的特点 174

5．3 D锁存器 175

5．3．1 电路结构 175

5．3．2 功能分析 175

5．3．3 D锁存器功能描述 175

5．3．4 集成D锁存器 176

5．4 主从式RS触发器 176

5．4．1 电路结构 177

5．4．2 功能分析 177

5．4．3 功能描述 178

5．5 TTL主从式JK触发器 178

5．5．1 电路结构 178

5．5．2 功能分析 178

5．5．3 功能描述 179

5．6 TTL维持阻塞式D触发器 180

5．6．1 电路结构 180

5．6．2 功能分析 181

5．6．3 功能描述 181

5．6．4 集成维持阻塞式D触发器 182

5．7 CMOS锁存器与触发器 182

5．7．1 CMOS锁存器 182

5．7．2 CMOS触发器 183

5．8 T触发器和T＇触发器 184

5．8．1 T触发器 184

5．8．2 T＇触发器 185

5．9 触发器的功能转换 185

5．9．1 状态方程法 185

5．9．2 驱动表法 186

5．10 触发器的动态参数 187

小结 187

习题 187

第6章 常用时序电路组件 189

6．1 寄存器 189

6．1．1 锁存器组成的寄存器 189

6．1．2 触发器组成的寄存器 189

6．2 异步计数器 190

6．2．1 异步二进制加法计数器 190

6．2．2 脉冲反馈复位（置位）式任意模M

异步加法计数器 191

6．2．3 异步二进制减法计数器 193

6．2．4 可逆异步二进制计数器 193

6．2．5 n位异步二进制计数器小结 193

6．3 同步二进制计数器 194

6．4 集成计数器 194

6．4．1 异步二五十计数器74LS290 195

6．4．2 同步二进制计数器74LS161/74LS163 198

6．4．3 其他集成计数器 203

6．5 移位寄存器 203

6．5．1 移位寄存器 203

6．5．2 移位寄存器的应用 205

6．5．3 多功能移位寄存器74LS194 206

6．5．4 其他集成移存器 207

小结 208

习题 208

第7章 时序逻辑电路 211

7．1 概述 211

7．1．1 同步时序电路的特点与结构 211

7．1．2 同步状态机 214

7．1．3 同步时序电路的描述方法 219

7．2 同步时序逻辑电路――状态机的分析 226

7．2．1 同步时序电路的分析步骤 226

7．2．2 同步时序电路分析实例 227

7．3 同步时序逻辑电路――状态机的设计 235

7．3．1 逻辑抽象 235

7．3．2 状态化简 239

7．3．3 状态分配（状态编码） 246

7．3．4 触发器类型的选择 249

7．3．5 逻辑方程组的获取 250

7．4 实用时序逻辑电路的分析与设计 262

7．4．1 同步计数器和同步分频器 263

7．4．2 移存型计数器 274

7．4．3 同步序列信号发生器 282

7．4．4 阻塞反馈式异步计数/分频器 297

小结 310

习题 311

第8章 脉冲信号的产生和整形 323

8．1 概述 323

8．2 连续矩形脉冲波的产生 323

8．2．1 环形振荡器 323

8．2．2 对称式多谐振荡器 324

8．2．3 石英晶体多谐振荡器 325

8．3 单稳态触发器 326

8．3．1 由门电路组成的单稳态触发器 326

8．3．2 集成单稳态触发器 329

8．3．3 单稳态触发器的应用 331

8．4 施密特触发器 332

8．4．1 由门电路组成的施密特触发器 332

8．4．2 集成施密特触发器 334

8．4．3 施密特触发器的应用 336

8．5 555定时器及其应用 337

8．5．1 555定时器的电路结构及功能 337

8．5．2 555定时器的应用 338

小结 343

习题 343

第9章 数模、模数变换器 346

9．1 数模转换器 346

9．1．1 权电阻型DAC 346

9．1．2 R2R T形电阻网络DAC 348

9．1．3 倒T形电阻网络DAC 349

9．1．4 DAC中的电子开关 350

9．1．5 单片集成DAC AD7520及其用法 350

9．1．6 DAC的主要参数 351

9．1．7 DAC的应用 352

9．2 模数转换器 354

9．2．1 采样保持 354

9．2．2 量化与编码 355

9．2．3 并行比较式ADC 355

9．2．4 计数式ADC 356

9．2．5 逐次比较式ADC 357

9．2．6 双积分式ADC 359

9．2．7 集成ADC举例 361

9．2．8 ADC的参数 363

小结 364

习题 364

第10章 存储器及可编程器件概述 366

10．1 只读存储器 366

10．1．1 ROM的结构与原理 366

10．1．2 现代ROM的行列译码结构 368

10．1．3 PROM、EPROM、EEPROM 369

10．1．4 ROM的内部结构及ROM的扩展 369

10．2 随机存取存储器RAM 370

10．2．1 概述 370

10．2．2 静态随机存储器SRAM 370

10．2．3 动态随机存储器DRAM 372

10．3 可编程逻辑器件PLD简介 372

10．3．1 可编程逻辑阵列PLA 372

10．3．2 可编程逻辑器件PAL、GAL 374

小结 379

习题 379

第11章 ASM图与系统设计 381

11．1 寄存器传输级RTL 381

11．2 算法状态机ASM 382

11．2．1 ASM图 382

11．2．2 ASM图举例 383

11．3 交通灯控制器的设计 384

11．3．1 系统分析 384

11．3．2 系统构成 385

11．3．3 交通灯控制系统的ASM图 385

11．3．4 主状态机的设计 386

11．3．5 寄存器及组合模块的设计 388

11．3．6 交通灯控制器系统的实现 389

11．4 数字乘法器的设计 389

11．4．1 系统分析 389

11．4．2 总体方案 390

11．4．3 ASM图 391

11．4．4 主状态机的设计 391

11．4．5 寄存器及组合模块的设计 392

11．4．6 数字乘法器的实现 395

小结 395

习题 395

参考文献 397

本书是工业和信息化部“十二五”规划教材。本着加强基础的原则，本书着重数字电路的基础知识，涵盖电子信息类专业本科生所应该掌握的相关专业基础知识，重点突出逻辑分析与逻辑设计部分。本书对所涉及的器件做全面、详细的介绍，采用业界习惯使用的ANSI/IEEE Std 91a-1991符号系统中的第二套，即特定符号系统，以与数据手册相适应。全书共分11章，主要内容包括：数制与编码、逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、锁存器与触发器、常用时序电路组件、时序逻辑电路、脉冲信号的产生和整形、数模与模数变换器、存储器及可编程器件概述、ASM图与系统设计等。本书配套电子课件、习题参考答案等。