現(xiàn)代數(shù)字電路基礎(chǔ)

前言

　　微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)是當(dāng)今發(fā)展最快的技術(shù)領(lǐng)域，它們的應(yīng)用已經(jīng)無所不在。本書根據(jù)“教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)（2006-2010）” 所提出的專業(yè)方向意見，定位于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科。本書特點(diǎn)之一是試圖在數(shù)字電路教程中淡化一些傳統(tǒng)的電路組成和分析，強(qiáng)調(diào)CMOS電路應(yīng)用。CMOS數(shù)字集成電路由于具有低功耗、較強(qiáng)的抗干擾能力及電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，使它們成為21世紀(jì)數(shù)字集成電路的主角?！　”緯牧硪粋€(gè)特點(diǎn)是充分利用計(jì)算機(jī)輔助學(xué)習(xí)軟件，各章的學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)均通過計(jì)算機(jī)仿真，幫助讀者較快理解典型電路的邏輯功能，引導(dǎo)讀者建立起邏輯變量間動(dòng)態(tài)時(shí)序關(guān)系的概念，對(duì)于學(xué)習(xí)后續(xù)課程（例如，計(jì)算機(jī)組成原理、微機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等）是十分必要的。本書各章均附有思考-實(shí)踐題和習(xí)題，鼓勵(lì)讀者在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)字電路邏輯功能仿真或驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性?！　”緯谝徊糠郑ǖ?～5章）介紹數(shù)制與編碼、邏輯代數(shù)基礎(chǔ)、CMOS電路基礎(chǔ)、組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)。這些知識(shí)是理解數(shù)字電路（系統(tǒng)）的基礎(chǔ)，也是進(jìn)一步學(xué)習(xí)大規(guī)模集成電路的基礎(chǔ)。書中典型電路和邏輯功能模塊的構(gòu)成，大多以CMOS反相器和傳輸門為底層器件，與傳統(tǒng)的TTL電路相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于理解，具有更好的外特性，適合于大規(guī)模集成?！　”緯诙糠郑ǖ?～8章）介紹半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和可編程邏輯器件、硬件描述語言VHDL、數(shù)字電路應(yīng)用。將前面介紹的數(shù)字電路傳統(tǒng)分析方法（真值表、狀態(tài)表、狀態(tài)表圖等），過渡到應(yīng)用高級(jí)語言的建模和仿真分析方法。幫助具有數(shù)字電路和計(jì)算機(jī)語言基礎(chǔ)的讀者通過學(xué)習(xí)VHDL描述模型，了解大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)軟件化的發(fā)展趨勢(shì)。第8章以一個(gè)十分簡(jiǎn)單的4位微處理器模型的分析和部分功能仿真，作為學(xué)習(xí)數(shù)字電路的總結(jié)，也是學(xué)習(xí)后續(xù)計(jì)算機(jī)課程的基礎(chǔ)。　　本書附錄所介紹的DSCH及MICROWIND軟件，是在PC機(jī)平臺(tái)上運(yùn)行的CMOS電路設(shè)計(jì)和仿真軟件，其教育版可以從有關(guān)網(wǎng)站免費(fèi)下載。本書的配套光盤提供了例題庫及中外學(xué)生的習(xí)作供讀者學(xué)習(xí)參考。　　本書適合軟件工程或信息技術(shù)方向的本科生使用，是學(xué)習(xí)數(shù)字電路基礎(chǔ)的教材或教學(xué)參考書，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。　　在本書的編寫過程中，非常感謝法國(guó)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院一E.SICARD教授提供的教學(xué)軟件支持及CMOS集成電路設(shè)計(jì)文檔示例，并熱情地給本書寫了序言。同時(shí)，上海交通大學(xué)軟件學(xué)院和上海杉達(dá)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院在本書的編寫過程中給予了大力支持，在此一并表示感謝！由于作者水平有限，書中難免存在錯(cuò)誤與疏漏之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)、指正。

內(nèi)容概要

　　本教材系統(tǒng)地介紹了數(shù)字邏輯電路的基本概念、基本理論、基本分析方法；講述常用數(shù)字邏輯部件的功能和應(yīng)用?！　≈饕獌?nèi)容包括：數(shù)制和數(shù)碼的概念、邏輯代數(shù)和邏輯門電路、組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和可編程邏輯器件、集成電路建模語言、計(jì)算機(jī)部件邏輯功能軟件仿真。本教材以CMOS電路為基本單元,應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助學(xué)習(xí)軟件,幫助讀者理解和掌握典型電路的邏輯功能計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)?！　「髡碌睦}、習(xí)題豐富，還配有結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真軟件的思考-實(shí)踐題?！　”緯接蠧D，內(nèi)含計(jì)算機(jī)輔助學(xué)習(xí)軟件DSCH/MICROWIND基本版，并提供與教材內(nèi)容有關(guān)的示例文檔?！　”緯饕榻B以CMOS為基礎(chǔ)的數(shù)字電路，讀者無需具有專業(yè)的電子學(xué)預(yù)備知識(shí)。本書系統(tǒng)地介紹了數(shù)字邏輯電路的基本概念、基本理論、基本分析方法；講述常用的數(shù)字邏輯部件的功能和應(yīng)用。書中借助邏輯設(shè)計(jì)和仿真軟件DSCH，幫助讀者理解組合電路、時(shí)序電路及微處理器電路基礎(chǔ)模塊。通過應(yīng)用DSCH，學(xué)生們可以在自己的計(jì)算機(jī)上修改電路實(shí)例，探索新的設(shè)計(jì)技術(shù)，或進(jìn)行仿真，從而簡(jiǎn)化理解和掌握典型電路邏輯功能的過程?！　”緯鴮?duì)于可編程邏輯器件（PLD）的基本概念也有所介紹。作者強(qiáng)調(diào)基于硬件描述語言（VHDL）的設(shè)計(jì)技術(shù)，這些內(nèi)容對(duì)學(xué)習(xí)復(fù)雜邏輯電路的設(shè)計(jì)是十分有效的?！　”緯m合作為計(jì)算機(jī)科學(xué)、軟件工程及信息技術(shù)等專業(yè)學(xué)生數(shù)字電路課程的入門教材?！　”緯劫?zèng)的CD中包含輔助學(xué)習(xí)軟件DSCH和MICROWIND基本版，并提供與教材內(nèi)容配套的實(shí)驗(yàn)和示例文件。讀者在學(xué)習(xí)本書之前，若認(rèn)真閱讀光盤文件的使用方法，將達(dá)到事半功倍的效果。

書籍目錄

序言 前言 第一部分　數(shù)字電路（系統(tǒng)） 基礎(chǔ)及計(jì)算機(jī)功能仿真 　第1章　數(shù)制與編碼 　　1.1　二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù) 　　　1.1.1　二進(jìn)制數(shù) 　　　1.1.2　十六進(jìn)制數(shù) 　　　1.1.3　八進(jìn)制數(shù) 　　1.2　不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 　　　1.2.1　二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)及十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù) 　　　1.2.2　十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 　　　1.2.3　二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)及十六進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換 　　1.3　有符號(hào)二進(jìn)制數(shù) 　　　1.3.1　原碼、反碼、補(bǔ)碼 　　　1.3.2　帶符號(hào)位二進(jìn)制數(shù)補(bǔ)碼運(yùn)算 　　1.4　二進(jìn)制編碼 　　　1.4.1　二—十進(jìn)制編碼 　　　1.4.2　字符編碼 　　1.5　校驗(yàn)碼 　　習(xí)題 　第2章　邏輯代數(shù)基礎(chǔ) 　　2.1　邏輯變量和基本邏輯運(yùn)算 　　2.2　常見的復(fù)合門電路 　　2.3　正負(fù)邏輯的概念 　　2.4　邏輯代數(shù)的基本定律和運(yùn)算法則 　　　2.4.1　邏輯代數(shù)的基本定律 　　　2.4.2　邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算法則 　　2.5　邏輯函數(shù)表達(dá)式 　　　2.5.1　最小項(xiàng)的概念 　　　2.5.2　最大項(xiàng)的概念 　　　2.5.3　最大項(xiàng)與最小項(xiàng)的關(guān)系 　　2.6　邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn) 　　　2.6.1　公式化簡(jiǎn)法 　　　2.6.2　卡諾圖法化簡(jiǎn) 　　　2.6.3　無關(guān)項(xiàng)的應(yīng)用 　　習(xí)題 　第3章　CMOS電路基礎(chǔ) 　　3.1　MOS器件入門 　　　3.1.1　NMOS和 PMOS開關(guān) 　　　3.1.2　半導(dǎo)體物理知識(shí) 　　　3.1.3　MOS管外特性 　　3.2　CMOS反相器 　　　3.2.1　CMOS反相器的工作原理 　　　3.2.2　CMOS電路進(jìn)一步分析 　　3.3　CMOS傳輸門 　　3.4　其他基本邏輯門電路 　　　3.4.1　與非門 　　　3.4.2　或非門 　　　3.4.3　異或門及同或門 　　習(xí)題 　第4章　組合邏輯電路 　　4.1　組合邏輯電路分析 　　4.2　組合邏輯電路設(shè)計(jì) 　　4.3　組合邏輯電路應(yīng)用 　　　4.3.1　編碼器和譯碼器 　　　4.3.2　數(shù)據(jù)選擇器 　　習(xí)題 　第5章　時(shí)序邏輯電路 　　5.1　鎖存器和觸發(fā)器 　　　5.1.1　SR鎖存器 　　　5.1.2　D鎖存器和D邊沿觸發(fā)器 　　5.2　特性表和特征方程 　　　5.2.1　D觸發(fā)器特性表和特征方程 　　　5.2.2　JK觸發(fā)器構(gòu)成及邏輯特性 　　　5.2.3　T觸發(fā)器構(gòu)成及邏輯特性 　　5.3　同步時(shí)序電路分析與設(shè)計(jì) 　　　5.3.1　同步時(shí)序電路分析舉例 　　　5.3.2　時(shí)序電路設(shè)計(jì)舉例 　　5.4　典型電路介紹 　　　5.4.1　寄存器 　　　5.4.2　計(jì)數(shù)器 　　習(xí)題 第二部分　中大規(guī)模集成電路應(yīng)用 　第6章　半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和可編程邏輯器件 　第7章　硬件描述語言VHDL 　第8章　數(shù)字電路應(yīng)用—簡(jiǎn)單微處理器模型附錄A　邏輯功能仿真軟件DSCH應(yīng)用 附錄B　MICROWIND初步應(yīng)用 附錄C　Quartus Ⅱ6.0軟件使用說明 附錄D　常用邏輯符號(hào)對(duì)照表 附錄E　硬件描述語言VHDL的語言要素和常用語句 參考文獻(xiàn)

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