數(shù)字邏輯

內(nèi)容概要

　　《數(shù)字邏輯（第5版·立體化教材）》為普通高等教育計(jì)算機(jī)類特色專業(yè)系列規(guī)劃教材·北京市精品課程主講教材。全書內(nèi)容共分8章：第1章開關(guān)理論基礎(chǔ)，第2章組合邏輯，第3章時(shí)序邏輯，第4章存儲(chǔ)邏輯，第5章可編程邏輯，第6章數(shù)字系統(tǒng)，第7章教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，第8章課程綜合設(shè)計(jì)。教學(xué)內(nèi)容具有基礎(chǔ)性和時(shí)代性。從理論與實(shí)踐兩方面解決了與后續(xù)課程的銜接?！　　稊?shù)字邏輯（第5版·立體化教材）》是作者對(duì)“數(shù)字邏輯”課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行綜合改革的具體成果?！稊?shù)字邏輯（第5版·立體化教材）》內(nèi)容全面，取材新穎，概念清楚，系統(tǒng)性強(qiáng)，注重實(shí)踐教學(xué)和能力培養(yǎng)，形成了文字教材、多媒體cai課件、試題庫、實(shí)驗(yàn)儀器、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等綜合配套的立體化教學(xué)體系?！　∪珪淖至鲿?，通俗易懂，有廣泛的適應(yīng)面，可作為大專院校計(jì)算機(jī)、電子、通信、自動(dòng)控制等信息類學(xué)科的技術(shù)基礎(chǔ)課教材，也可作為成人自學(xué)考試用書。

作者簡介

白中英，男，甘肅省永靖縣人。 1965年西北工業(yè)大學(xué)五年制計(jì)算機(jī)本科專業(yè)畢業(yè)，先后擔(dān)任講師、副教授、教授。曾任航空航天工業(yè)部教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)專業(yè)委員會(huì)主任委員，享受政府特殊津貼?，F(xiàn)任北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院責(zé)任教授。在科學(xué)技術(shù)研究中，“622小型通用計(jì)算機(jī)”獲1978年全國科學(xué)大會(huì)重大成果獎(jiǎng)，1項(xiàng)成果獲國家級(jí)科技進(jìn)步三等漿，1項(xiàng)成果獲全國發(fā)明展銀質(zhì)獎(jiǎng)，5項(xiàng)成果獲部級(jí)科技進(jìn)步一、二等獎(jiǎng)。目前承擔(dān)國家“863”項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目各1項(xiàng)。

書籍目錄

前言第1章 開關(guān)理論基礎(chǔ)1.1 二進(jìn)制系統(tǒng)1.1.1 連續(xù)量和離散量1.1.2 開關(guān)量1.1.3 數(shù)字波形1.2 數(shù)制與碼制1.2.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制1.2.2 進(jìn)位計(jì)數(shù)制的相互轉(zhuǎn)換1.2.3 二進(jìn)制編碼1.3 邏輯函數(shù)及其描述工具1.3.1 邏輯函數(shù)的基本概念1.3.2 邏輯函數(shù)的描述工具1.3.3 基本邏輯運(yùn)算1.3.4 正邏輯、負(fù)邏輯、三態(tài)門1.4 布爾代數(shù)1.4.1 布爾代數(shù)的基本定律1.4.2 布爾代數(shù)運(yùn)算的基本規(guī)則1.4.3 用布爾代數(shù)簡化邏輯函數(shù)1.5 卡諾圖.1.5.1 卡諾圖的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1.5.2 用卡諾圖簡化邏輯函數(shù)1.6 數(shù)字集成電路1.6.1 集成電路的制造技術(shù)類型1.6.2 集成電路的封裝類型1.6.3 集成電路的規(guī)模類型1.6.4 集成電路的使用特性小結(jié)習(xí)題第2章 組合邏輯2.1 組合邏輯分析2.1.1 逐級(jí)電平推導(dǎo)法2.1.2 列寫布爾表達(dá)式法2.1.3 數(shù)字波形圖分析法2.1.4 列寫邏輯電路真值表法2.1.5 組合邏輯中的競爭冒險(xiǎn)2.2 組合邏輯設(shè)計(jì)2.2.1 組合邏輯設(shè)計(jì)步驟2.2.2 邏輯問題的描述2.2.3 利用任意項(xiàng)的邏輯設(shè)計(jì)2.3 組合邏輯電路的等價(jià)變換2.3.1 狄摩根定理的應(yīng)用2.3.2 與非門、或非門作為通用元件2.3.3 利用與非門/非或門進(jìn)行等價(jià)變換2.3.4 邏輯函數(shù)的“與或非”門實(shí)現(xiàn)2.4 數(shù)據(jù)選擇器與分配器2.4.1 數(shù)據(jù)選擇器2.4.2 數(shù)據(jù)分配器2.5 譯碼器和編碼器2.5.1 譯碼器2.5.2 編碼器2.6 數(shù)據(jù)比較器和加法器2.6.1 數(shù)據(jù)比較器2.6.2 加法器2.7 奇偶校驗(yàn)器2.7.1 奇偶校驗(yàn)的基本原理2.7.2 具有奇偶校驗(yàn)的數(shù)據(jù)傳輸小結(jié)習(xí)題第3章 時(shí)序邏輯3.1 鎖存器3.1.1 鎖存器的基本特性3.1.2 基本SR鎖存器3.1.3 門控SR鎖存器3.1.4 門控D鎖存器3.2 觸發(fā)器3.2.1 SR觸發(fā)器3.2.2 D觸發(fā)器3.2.3 JK觸發(fā)器3.2.4 觸發(fā)器的應(yīng)用和時(shí)間參數(shù)3.3 寄存器和移位寄存器3.3.1 寄存器3.3.2 移位寄存器3.4 計(jì)數(shù)器3.4.1 同步計(jì)數(shù)器3.4.2 異步計(jì)數(shù)器3.4.3 中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器及應(yīng)用3.5 定時(shí)脈沖產(chǎn)生器3.5.1 時(shí)鐘脈沖源電路3.5.2 節(jié)拍脈沖產(chǎn)生器3.5.3 數(shù)字鐘3.6 同步時(shí)序邏輯分析3.6.1 同步時(shí)序邏輯電路的描述工具3.6.2 同步時(shí)序邏輯電路分析的一般方法3.7 同步時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)3.7.1 同步時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)方法和步驟3.7.2 建立原始狀態(tài)表的方法3.7.3 狀態(tài)編碼小結(jié)習(xí)題第4章 存儲(chǔ)邏輯4.1 特殊存儲(chǔ)部件4.1.1 寄存器堆4.1.2 寄存器隊(duì)列4.1.3 寄存器堆棧4.2 隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM4.2.1 RAM的邏輯結(jié)構(gòu)4.2.2 地址譯碼方法4.2.3 SRAM存儲(chǔ)器4.2.4 DRAM存儲(chǔ)器4.3 只讀存儲(chǔ)器ROM4.3.1 掩模ROM4.3.2 可編程ROM4.4 flash存儲(chǔ)器4.4.1 flash存儲(chǔ)元4.4.2 flash存儲(chǔ)器的基本操作4.4.3 flash存儲(chǔ)器的陣列結(jié)構(gòu)4.5 存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)充4.5.1 字長位數(shù)擴(kuò)展4.5.2 字存儲(chǔ)容量擴(kuò)展4.5.3 存儲(chǔ)器模塊條小結(jié)習(xí)題第5章 可編程邏輯5.1 pld的基本概念5.1.1 可編程陣列5.1.2 pld的類型5.2 現(xiàn)場可編程門陣列fpga5.2.1 fpga的基本結(jié)構(gòu)5.2.2 可組態(tài)邏輯塊clb5.2.3 sram為基礎(chǔ)的fpga5.3 在系統(tǒng)可編程isp5.3.1 isplsi器件的體系結(jié)構(gòu)5.3.2 在系統(tǒng)編程原理5.4 可編程邏輯的原理圖方式設(shè)計(jì)5.4.1 編程環(huán)境和設(shè)計(jì)流程圖5.4.2 設(shè)計(jì)輸入5.4.3 功能模擬5.4.4 綜合和實(shí)現(xiàn)(軟件)5.4.5 時(shí)序模擬5.4.6 器件下載5.5 可編程邏輯的vhdl文本方式設(shè)計(jì)5.5.1 vhdl的基本概念5.5.2 vhdl的組合邏輯設(shè)計(jì)5.5.3 vhdl的時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)小結(jié)習(xí)題第6章 數(shù)字系統(tǒng)6.1 數(shù)字系統(tǒng)的基本概念6.1.1 一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)實(shí)例6.1.2 數(shù)字系統(tǒng)的基本模型6.1.3 數(shù)字系統(tǒng)與邏輯功能部件的區(qū)別6.2 數(shù)據(jù)通路6.2.1 總線結(jié)構(gòu)6.2.2 數(shù)據(jù)通路實(shí)例6.3 由頂向下的設(shè)計(jì)方法6.3.1 數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)6.3.2 算法狀態(tài)機(jī)和算法流程圖6.4 小型控制器的設(shè)計(jì)6.4.1 控制器的基本概念6.4.2 計(jì)數(shù)器型控制器6.4.3 多路選擇器型控制器6.4.4 定序型控制器6.5 微程序控制器的設(shè)計(jì)6.5.1 微程序控制的基本原理6.5.2 微程序控制器的一般結(jié)構(gòu)6.5.3 微程序控制器的設(shè)計(jì)6.6 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例6.6.1 由頂向下——子系統(tǒng)的劃分6.6.2 小型控制器的實(shí)現(xiàn)方案小結(jié)習(xí)題第7章 教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)7.1 教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器與測(cè)試工具7.1.1 tec-5a／5b數(shù)字邏輯與計(jì)算機(jī)組成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)7.1.2 示波器7.1.3 數(shù)字萬用表7.1.4 邏輯測(cè)試筆7.2 基本邏輯門和三態(tài)門實(shí)驗(yàn)7.3 數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器、全加器實(shí)驗(yàn)7.4 觸發(fā)器、移位寄存器實(shí)驗(yàn)7.5 計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)7.6 四相時(shí)鐘分配器實(shí)驗(yàn)7.7 e2prom實(shí)驗(yàn)7.8 可編程器件的原理圖方式設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)7.9 可編程器件的vhdl文本方式設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)第8章 課程綜合設(shè)計(jì)8.1 簡易頻率計(jì)設(shè)計(jì)8.2 交通燈控制器設(shè)計(jì)8.3 電子鐘沒計(jì)8.4 藥片裝瓶系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)附錄a《數(shù)字邏輯》(第五版)配套教材與教學(xué)設(shè)備附錄b教學(xué)心得交流73

章節(jié)摘錄

插圖：第1章　開關(guān)理論基礎(chǔ)開關(guān)理論是以二進(jìn)制數(shù)為基礎(chǔ)的理論，包括二進(jìn)制數(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)制和碼制，描述邏輯電路的數(shù)學(xué)工具、圖形和符號(hào)語言。開關(guān)理論奠基了計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的硬件構(gòu)造基礎(chǔ)。本章先討論二進(jìn)制系統(tǒng)、數(shù)制與碼制，然后討論邏輯函數(shù)及其描述工具、布爾代數(shù)和卡諾圖，最后介紹數(shù)字集成電路。1.1　二進(jìn)制系統(tǒng)1.1.1　連續(xù)量和離散量電子電路分為模擬電子電路和數(shù)字電子電路兩大類。模擬電子電路中，數(shù)值的度量采用直流電壓或電流的連續(xù)值，通常稱為模擬量。模擬量的特點(diǎn)是數(shù)值由連續(xù)量來表示，其運(yùn)算過程也是連續(xù)的。例如我們熟悉的溫度計(jì)是用水銀長度來表示溫度高低；鐘表是用指針在表盤上的轉(zhuǎn)動(dòng)位置來表示時(shí)間；老式電表是用角度來反映電量大小。自然界中的大多數(shù)事物本質(zhì)上都可以用模擬形式作為量的衡量，如時(shí)間、溫度、壓力、距離、聲音，等等。比如空氣溫度是一個(gè)模擬量，它在一個(gè)連續(xù)的范圍內(nèi)變化。對(duì)于某地某一天，溫度不是瞬間從20℃變化到30℃，而是經(jīng)歷了其間無數(shù)的值。圖1.1是北京7月某天24小時(shí)的溫度變化圖，它是一條平滑連續(xù)的曲線。圖1.1　溫度變化的連續(xù)量曲線圖數(shù)字電子電路中，數(shù)值的度量采用數(shù)字量，它通常由0或1組成的一串二進(jìn)制數(shù)組成。數(shù)字量的特點(diǎn)是數(shù)值為離散量，運(yùn)算結(jié)果也是離散量。圖1.1中假設(shè)我們不是在時(shí)間連續(xù)的基礎(chǔ)上測(cè)量氣溫變化的曲線圖，而改為每小時(shí)測(cè)量一次，那么我們就可以采樣到24小時(shí)內(nèi)離散的時(shí)間點(diǎn)上的溫度值，如圖1.2所示。從圖中看出，可以把連續(xù)量曲線轉(zhuǎn)化為一種用離散量曲線表示的每個(gè)采樣值的形式。此時(shí)時(shí)間和溫度兩個(gè)參數(shù)都用數(shù)字量表示，它們由一串二進(jìn)制數(shù)碼組成。圖1.2　溫度變化的離散量曲線圖數(shù)字量在數(shù)據(jù)精度、傳輸效率、可靠性指標(biāo)等方面均比模擬量高得多，而且在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面比模擬量具有更大的優(yōu)勢(shì)，因此現(xiàn)代電子技術(shù)中數(shù)字式系統(tǒng)得到了最廣泛的應(yīng)用。本書研究的內(nèi)容是數(shù)字式系統(tǒng)，它們是在二進(jìn)制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建的。1.1.2　開關(guān)量自然界中存在有二狀態(tài)的物理元件，例如晶體管的導(dǎo)通或截止，機(jī)械開關(guān)的開啟或閉合，磁性材料的兩種不同剩磁狀態(tài)。這兩種不同狀態(tài)可用兩種不同的電平即高電平（H）或低電平（L）來表示。這種二狀態(tài)系統(tǒng)稱為二進(jìn)制系統(tǒng)，通常高電平H代表“1”，低電平L代表“0”。二進(jìn)制系統(tǒng)的兩個(gè)數(shù)字1和0是一個(gè)開關(guān)量，常稱為比特。在數(shù)字系統(tǒng)中，這兩種狀態(tài)的組合稱之為碼，可用來表示數(shù)字、字母、符號(hào)以及其他類型的信息。用來表示數(shù)字1和0的電平稱為邏輯電平，用來描述開關(guān)量。理想情況下，一個(gè)電壓表示高（H），另一個(gè)電壓表示低（L）。但是在實(shí)際的數(shù)字電路中，可指定最小值和最大值之間的任何一個(gè)電壓值來表示H（邏輯1）。同樣，可指定最小值和最大值之間的任何一個(gè)電壓值來表示L（邏輯0）。圖1.3　數(shù)字電路的邏輯電平范圍圖1.3說明了數(shù)字電路中開關(guān)量通常的范圍。VH（max）表示H的最大電壓值，VH（min）表示H的最小電壓值；VL（max）表示L的最大電壓值，VL（min）表示L的最小電壓值。例如TTL型數(shù)字電路，H值范圍2~5V代表邏輯1，L值范圍0~0.8V代表邏輯0。0.8V到2V之間是不被使用的。CMOS型數(shù)字電路的H值范圍為2~3.3V。1.1.3　數(shù)字波形數(shù)字系統(tǒng)所處理的二進(jìn)制信息可用波形的形式表示，波形代表了比特序列。當(dāng)波形處于高電平時(shí)代表比特1，而波形處于低電平時(shí)則代表比特0，因此，數(shù)字波形由邏輯高電平（H）或低電平（L）及其維持時(shí)間形成的脈沖序列所組成，它反映了數(shù)字電路工作中開關(guān)量的動(dòng)態(tài)變化。圖1.4（a）表示理想的正脈沖，前沿為上升沿；圖1.4（b）表示理想的負(fù)脈沖，前沿為下降沿。3.邏輯圖法邏輯圖是用標(biāo)準(zhǔn)化的圖形符號(hào)來表示邏輯函數(shù)運(yùn)算關(guān)系的組合型網(wǎng)絡(luò)圖形，用以表示邏輯函數(shù)所實(shí)現(xiàn)的功能。邏輯圖是一種強(qiáng)有力的圖形語言描述工具，在工程設(shè)計(jì)和分析中得到了廣泛的應(yīng)用。4.卡諾圖法卡諾圖是一種方格式幾何圖形，用來表示邏輯函數(shù)輸入變量與輸出變量對(duì)應(yīng)值之間的關(guān)系?？ㄖZ圖主要用來簡化邏輯函數(shù)表達(dá)式，并將邏輯表達(dá)式化為最簡化形式的有用工具?？ㄖZ圖的缺點(diǎn)是輸入邏輯變量數(shù)受到限制，5變量以上的卡諾圖變得很復(fù)雜，很少使用。5.波形圖法波形圖是用邏輯電平的高、低變化來動(dòng)態(tài)地表示邏輯變量值輸入／輸出變化的圖形。它是一種動(dòng)態(tài)圖形語言，非常直觀，是描述邏輯函數(shù)的強(qiáng)有力工具，在數(shù)字系統(tǒng)分析和測(cè)試中經(jīng)常使用。

編輯推薦

《普通高等教育計(jì)算機(jī)類特色專業(yè)系列規(guī)劃教材?北京市精品課程主講教材與教學(xué)設(shè)備?數(shù)字邏輯:立華化教材(第5版)》編輯推薦：北京市精品課程主講教材與教學(xué)設(shè)備；第二版2001年北京市教育教學(xué)成果二等獎(jiǎng)；第三版2005年北京市高等教育精品教材獎(jiǎng)；第四版2008年北京市教育教學(xué)成果二等獎(jiǎng)；2008年國家級(jí)高等教育精品教材獎(jiǎng)。

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