数字电路逻辑设计

第1章数字逻辑基础1

1.1进位计数制1

1.1.1数制与十进制数的表示2

1.1.2二进制数的表示2

1.1.3任意进制数的表示4

1.2数制转换5

1.2.1二进制数与十进制数的转换5

1.2.2二、八、十六进制数的转换8

1.3带符号数的代码表示8

1.3.1真值与机器数8

1.3.2带符号二进制数的原码9

1.3.3带符号二进制数的反码10

1.3.4带符号二进制数的补码10

1.3.5计算机内数的加、减法运算11

1.3.6十进制数的补数14

1.4码制和字符的代码表示16

1.4.1码制16

1.4.2可靠性编码17

1.4.3字符代码18

习题120

第2章逻辑代数与逻辑函数21

2.1逻辑代数与逻辑函数的描述21

2.1.1逻辑代数与三种基本逻辑运算22

2.1.2复合逻辑运算及描述23

2.1.3逻辑函数25

2.2逻辑代数的基本公式、定理及重要规则25

2.2.1逻辑代数的基本公式25

2.2.2逻辑代数的基本定理26

2.2.3逻辑代数中的几个重要规则27

2.3逻辑函数的形式与转换28

2.3.1逻辑函数的表示方法28

2.3.2逻辑函数表达式的基本形式29

2.3.3逻辑函数的两种标准形式30

2.4逻辑函数的化简33

2.4.1逻辑函数的最简形式33

2.4.2逻辑函数的代数化简方法34

2.4.3逻辑函数的卡诺图表示36

2.4.4逻辑函数的卡诺图化简37

2.5具有无关项的逻辑函数及其化简39

2.5.1约束项、任意项和逻辑函数式中的无关项39

2.5.2无关项在化简逻辑函数中的应用40

2.6逻辑函数的实现41

2.6.1用与非门实现逻辑函数41

2.6.2用或非门实现逻辑函数42

2.6.3用与或非门实现逻辑函数43

2.6.4异或/同或门实现逻辑函数44

习题246

第3章集成逻辑门电路及工作原理49

3.1数字集成电路概述49

3.2TTL与非门电路50

3.2.1电路结构与原理50

3.2.2功能分析51

3.2.3外特性及主要参数53

3.3其他类型的TTL逻辑门电路55

3.3.1OC门(OpenCollectorgate)55

3.3.2三态门(Threestategate)57

3.4MOS集成逻辑门电路59

3.4.1NMOS反相器及逻辑门59

3.4.2CMOS反相器及逻辑门62

3.5使用集成门电路应注意的实际问题66

3.5.1使用TTL门电路时应注意的问题66

3.5.2使用CMOS门电路时应注意的问题67

3.5.3门电路接口技术68

习题369

第4章组合逻辑电路71

4.1组合逻辑电路的分析71

4.1.1组合逻辑电路的分析方法71

4.1.2组合逻辑电路实例分析72

4.2组合逻辑电路的设计74

4.2.1组合逻辑电路的设计方法74

4.2.2基本组合逻辑电路的设计举例75

4.3组合逻辑电路的竞争冒险81

4.3.1竞争与冒险的产生82

4.3.2判别冒险的方法83

4.3.3消除冒险的方法84

4.4中规模集成逻辑电路及其应用85

4.4.1编码器及其逻辑设计85

4.4.2译码器及其逻辑设计89

4.4.3数据选择器及其逻辑设计96

4.4.4数值比较器98

4.4.5奇偶检验器101

习题4103

第5章集成双稳态触发器107

5.1双稳态触发器的基本特点及分类107

5.1.1输入量和输出量的设置107

5.1.2双稳态触发器输出与约束方程的一般表达式108

5.1.3集成双稳态触发器的分类108

5.2基本RS双稳触发器及其分析109

5.2.1电路结构与工作原理109

5.2.2工作特性及波形111

5.3钟控RS触发器及其分析111

5.3.1钟控RS触发器的电路结构与工作特性111

5.3.2逻辑功能及其描述方法114

5.4钟控D触发器及其分析116

5.4.1电路结构与工作原理116

5.4.2逻辑功能及其描述方法116

5.5钟控JK触发器及其分析117

5.5.1电路结构与工作原理117

5.5.2逻辑功能及其描述方法118

5.6钟控T触发器及其分析119

5.7各类触发器的比较120

5.7.1各类触发器的逻辑符号比较120

5.7.2各类触发器描述表达式的比较121

习题5122

第6章同步时序逻辑电路124

6.1同步时序逻辑电路的模型与描述法124

6.1.1同步时序逻辑电路的结构模型124

6.1.2同步时序逻辑电路的描述方法125

6.2同步时序逻辑电路的分析128

6.2.1时序逻辑电路分析的一般步骤128

6.2.2同步时序电路分析举例128

6.3同步时序逻辑电路的设计131

6.3.1设计同步时序逻辑电路的过程131

6.3.2建立原始状态转换图和状态转换表131

6.3.3原始状态化简134

6.3.4状态编码141

6.4同步时序逻辑电路设计举例144

6.5常用集成时序逻辑电路及其应用148

6.5.1寄存器和移位寄存器148

6.5.2计数器153

6.5.3计数器的应用158

习题6162

第7章异步时序逻辑电路166

7.1脉冲异步时序逻辑电路166

7.1.1脉冲异步时序逻辑电路的分析166

7.1.2脉冲异步时序逻辑电路的设计168

7.2*电平异步时序逻辑电路171

7.2.1电平异步时序逻辑电路的特点与模型171

7.2.2电平异步时序逻辑电路的分析172

7.2.3电平异步时序逻辑电路的设计174

7.3*电平异步时序逻辑电路的竞争分析178

习题7179

第8章可编程逻辑器件183

8.1概述183

8.2只读存储器ROM185

8.2.1只读存储器的分类185

8.2.2ROM的结构与工作原理186

8.2.3ROM的应用举例187

8.3随机读写存储器RAM189

8.3.1RAM的结构189

8.3.2RAM的存储元189

8.3.3地址译码方法191

8.4可编程逻辑阵列(PLA)192

8.4.1FPLA的结构特点192

8.4.2FPLA的应用193

8.5通用阵列逻辑(GAL)195

8.5.1GAL器件的基本逻辑结构与原理196

8.5.2输出逻辑宏单元的结构197

8.5.3输出逻辑宏单元的工作模式199

习题8201

第9章D/A及A/D转换203

9.1D/A转换器203

9.1.1权电阻网络D/A转换器204

9.1.2倒T型电阻网络D/A转换器205

9.1.3权电流D/A转换器206

9.1.4D/A转换器的主要技术指标207

9.1.5D/A转换器集成芯片及选择注意点208

9.1.6集成DAC器件介绍210

9.2A/D转换器212

9.2.1A/D转换器的工作原理212

9.2.2并行比较型A/D转换器214

9.2.3逐次比较型A/D转换器215

9.2.4双积分型A/D转换器216

9.2.5A/D转换器的主要技术指标219

9.2.6A/D转换器集成芯片及选择要求220

9.2.7集成ADC器件介绍221

习题9223

第10章EDA设计226

10.1EDA概述226

10.1.1EDA技术的发展226

10.1.2EDA技术的基本特征和工具226

10.2VHDL语言与数字电路逻辑设计228

10.2.1VHDL语言的基本结构228

10.2.2基本对象、数据类型及运算符232

10.2.3顺序语句236

10.2.4并行语句239

10.2.5子程序及其引用246

10.2.6包集合与库248

10.2.7元器件配置251

10.3VHDL基本逻辑电路设计实例254

10.3.1组合逻辑电路的设计254

10.3.2时序逻辑电路描述259

10.3.3状态机的VHDL描述262

习题10262

参考文献264

　　本书以知识性、实用性和先进性为宗旨，结合综合型人才培养目标和教学特点，从教材体系结构及内容的安排上，紧紧围绕抽象理论设计三个形态，优化课程结构，精练教学内容，拓宽专业基础，特别注重综合构思素质的培养。全面而系统地阐述了数字电路逻辑设计的基本理论、分析方法和设计原理，强化基础，突出应用。增加了电子设计自动化的内容，使数字逻辑电路的设计从传统的单纯硬件设计方法变为计算机软硬件协同设计。本书作为普通高校计算机科学与技术、通信、电子信息以及自动化等专业的教材，也可作为成人教育的教材和相关专业技术人员的参考书。　　本书以知识性、实用性和先进性为宗旨，结合综合型人才培养目标和教学特点，从教材体系结构及内容的安排上，紧紧围绕抽象理论设计三个形态，优化课程结构，精练教学内容，拓宽专业基础，特别注重综合构思素质的培养。全面而系统地阐述了数字电路逻辑设计的基本理论、分析方法和设计原理，强化基础，突出应用。增加了电子设计自动化的内容，使数字逻辑电路的设计从传统的单纯硬件设计方法变为计算机软硬件协同设计。　　全书共10章，内容涉及数字逻辑基础、逻辑代数与逻辑函数、集成逻辑门电路及工作原理、组合逻辑电路、集成双稳态触发器、同步时序逻辑电路、异步时序逻辑电路、可编程逻辑器件、D/A及A/D转换和EDA技术等。　　本书结构与内容新颖，力求反映数字电路逻辑设计的最新发展技术；叙述上通俗易懂，层次上由浅入深，分析与设计方法上灵活多样，收集了应用设计的实例，使读者容易掌握并应用。　　本书作为普通高校计算机科学与技术、通信、电子信息以及自动化等专业的教材，也可作为成人教育的教材和相关专业技术人员的参考书。