数字电路与逻辑设计

第1章数字逻辑基础1

1.1引论1

1.1.1数字电路的由来及发展1

1.1.2模拟/数字信号1

1.1.3数字电路的特点2

1.1.4数字集成电路的分类2

1.2数制和编码4

1.2.1数制4

1.2.2不同数制间的转换6

1.2.3常用编码9

1.3逻辑代数13

1.3.1三种基本逻辑关系13

1.3.2复合逻辑关系15

1.3.3逻辑代数的基本公式、三个规则和常用公式18

1.3.4逻辑函数及其表示方法21

1.3.5逻辑函数的化简方法28

习题36

第2章逻辑门电路40

2.1晶体三极管反相器40

2.1.1晶体三极管反相器的工作原理40

2.1.2晶体三极管反相器输出波形的改善42

2.1.3晶体管反相器的负载能力44

2.2TTL集成逻辑门45

2.2.1TTL与非门的典型电路及工作原理46

2.2.2TTL与非门的主要外特性及参数48

2.2.3TTL集成门电路使用注意事项53

2.2.4TTL与非门的改进电路55

2.2.5其他类型的TTL门电路58

2.3发射极耦合逻辑门(ECL)60

2.3.1电路的基本结构61

2.3.2ECL门的工作特点62

2.4MOS集成门62

2.4.1MOS反相器63

2.4.2NMOS门电路64

2.4.3CMOS门电路66

2.4.4CMOS集成电路使用注意事项70

习题72

第3章组合逻辑电路75

3.1用传统方法分析和设计组合逻辑电路75

3.1.1组合逻辑电路分析76

3.1.2组合逻辑电路设计78

3.2中规模组合逻辑电路85

3.2.1编码器85

3.2.2译码器89

3.2.3数据选择器和数据分配器97

3.2.4运算电路(加法器)101

3.2.5数值比较器104

3.2.6奇偶校验器107

3.3用中规模集成器件实现组合逻辑电路109

3.3.1用数据选择器实现组合逻辑电路109

3.3.2用译码器实现组合逻辑电路115

3.3.3用全加器实现组合逻辑电路116

3.4组合逻辑电路中的竞争冒险现象117

3.4.1产生竞争冒险的原因117

3.4.2消除竞争冒险的方法118

习题119

第4章集成触发器123

4.1基本RS触发器123

4.2钟控触发器126

4.2.1钟控RS触发器126

4.2.2钟控D触发器127

4.2.3钟控JK触发器128

4.2.4钟控T和T′触发器129

4.2.5锁存器130

4.3主从JK触发器131

4.3.1主从JK触发器的工作原理131

4.3.2主从JK触发器的一次翻转132

4.4边沿触发器133

4.4.1下降沿JK触发器133

4.4.2维持-阻塞D触发器136

4.4.3CMOS触发器138

习题140

第5章时序逻辑电路145

5.1概述145

5.1.1时序逻辑电路的结构模型及特点145

5.1.2时序逻辑电路的类型146

5.2时序逻辑电路的分析147

5.2.1时序逻辑电路的分析步骤147

5.2.2常用时序逻辑电路分析149

5.3中规模时序电路155

5.3.1集成移位寄存器155

5.3.2集成计数器161

5.4时序逻辑电路的设计172

5.4.1采用中规模集成器件实现任意模值计数(分频)器172

5.4.2采用小规模器件设计时序逻辑电路的一般过程178

5.4.3采用小规模器件设计计数器184

5.4.4采用小规模器件设计序列信号发生器190

习题193

第6章硬件描述语言(VHDL)198

6.1VHDL描述数字系统的基本方法198

6.1.1VHDL描述电路的基本方法198

6.1.2常量、变量和信号所描述的对象200

6.1.3数据类型202

6.1.4运算操作符206

6.1.5属性(attribute)描述209

6.2VHDL的基本设计单元212

6.2.1VHDL的基本设计单元组成212

6.2.2构造体的子结构描述216

6.2.3库和程序包的引用及配置218

6.3VHDL构造体的描述方式221

6.3.1构造体的行为描述方式221

6.3.2构造体的寄存器传输描述方式223

6.3.3构造体的结构描述方式224

6.4VHDL的主要描述语句225

6.4.1顺序描述语句225

6.4.2并行描述语句232

6.4.3子程序237

6.5基本逻辑电路设计举例242

6.5.1常见组合逻辑电路的VHDL描述243

6.5.2常见时序逻辑电路的VHDL描述247

6.5.3状态机的设计实例253

习题257

第7章半导体存储器和可编程逻辑器件258

7.1半导体存储器258

7.1.1半导体存储器的类型、特点和技术指标258

7.1.2顺序存储器(SAM)259

7.1.3只读存储器(ROM)261

7.1.4随机存储器(RAM)266

7.2可编程逻辑器件(PLD)269

7.2.1PLD的基本结构271

7.2.2可编程逻辑阵列(PLA)273

7.2.3可编程阵列逻辑(PAL)275

7.2.4通用阵列逻辑(GAL)280

7.2.5现场可编程阵列(FPGA)285

习题290

第8章D/A和A/D转换292

8.1D/A转换器292

8.1.1R-2RT型电阻D/A转换器293

8.1.2集成D/A转换器296

8.1.3D/A转换器的主要参数299

8.2A/D转换器301

8.2.1A/D转换的基本原理301

8.2.2常见A/D转换的类型303

8.2.3集成A/D转换器305

8.2.4A/D转换器的主要参数307

习题309

第9章脉冲电路311

9.1概述311

9.1.1脉冲电路概念311

9.1.2脉冲信号311

9.1.3555定时器312

9.2施密特触发器314

9.2.1555定时器构成的施密特触发器314

9.2.2集成施密特触发器315

9.2.3施密特触发器应用317

9.3单稳态触发器318

9.3.1555定时器构成的单稳态触发器318

9.3.2集成单稳态触发器319

9.3.3单稳态触发器的应用321

9.4多谐振荡器322

9.4.1555定时器构成的多谐振荡器323

9.4.2石英晶体振荡器324

习题326

附录A常用基本逻辑单元国标符号与非国标符号对照表328

附录B半导体集成电路型号命名法331

附录C常用中、小规模集成电路产品型号索引333

参考文献340

　　“数字电路与逻辑设计”是高等学校理工科专业一门重要的专业技术基础课。为适应数字电子技术的最新发展，根据教育部制订的高等学校电子技术基础课程教学基本要求，总结多年教学实践的经验，并参考国内外优秀教材，编写了本书。全书共9章，内容包括数字逻辑基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、集成触发器、时序逻辑电路、硬件描述语言(VHDL)、半导体存储器和可编程逻辑器件、D/A和A/D转换、脉冲电路等。本书紧扣教学大纲，内容系统全面，章节编排合理，概念清晰，注重应用，语言流畅，可读性强。各章末附有适量习题，以便学生能抓住重点，消化吸收理论知识。　　“数字电路与逻辑设计”是高等学校理工科专业一门重要的专业基础课。全书共9章，系统介绍了数字电路的基本理论、逻辑分析和设计的基本方法。主要内容有数字逻辑基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、集成触发器、时序逻辑电路、硬件描述语言(VHDL)、半导体存储器和可编程逻辑器件、D/A和A/D转换、脉冲电路等。　　本书紧扣教学大纲，内容系统全面，章节编排合理，概念清晰，注重应用，语言流畅，可读性强。各章末附有适量习题，书末有附录。　　本书可作为高等学校理工科通信、电子信息、计算机、自动化等专业的教科书，也可作为研究生入学考试的辅导教材和有关工程技术人员的参考书。