數(shù)字邏輯電路與系統(tǒng)設計

前言

　　2004年秋天在“教育部電子信息科學與電氣信息類基礎課程教學指導分委會”的主持下，重新修訂了“數(shù)字電子技術基礎課程基本教學要求”?；疽笤俅螐娬{了本課程的性質是“電子技術方面入門性質的技術基礎課”。其任務在于“使學生獲得數(shù)字電子技術方面的基本知識、基本理論和基本技能，為深入學習數(shù)字電子技術及其在專業(yè)中的應用打下基礎”。本書正是為適應該基本教學要求而編寫的?！　‘斍?，隨著數(shù)字技術的高速發(fā)展，開發(fā)數(shù)字系統(tǒng)的方法和用來實現(xiàn)這些方法的工具已經發(fā)生了很大變化，但作為理論基礎的基本原理沒有改變。對于學生來說理解這些原理以便進行應用，其要求并未降低。就數(shù)字系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)而言，標準中小規(guī)模數(shù)字集成電路已不再廣泛使用，然而，這些器件經常還會以不同形式出現(xiàn)，這些電路對于研究數(shù)字系統(tǒng)基本構成模塊的工作原理還具有重要意義。中小規(guī)模標準元件的接線及實驗，在許多入門性的教學及基礎實驗課程中仍占有重要位置。為此本書較為完整地保留了傳統(tǒng)數(shù)字邏輯電路教材的基礎內容?！　W習數(shù)字邏輯電路課程，常使學生感覺到的一個難點是：除了利用以邏輯代數(shù)為基礎的規(guī)范方法(對組合邏輯電路按真值表—表達式—電路圖步驟進行設計，對時序邏輯電路按狀態(tài)定義—狀態(tài)表—輸出和驅動方程—電路圖步驟進行設計)來進行電路設計外，如何能利用現(xiàn)有的中規(guī)模器件來實現(xiàn)一些較為復雜的數(shù)字電路與系統(tǒng)。為增強學生的系統(tǒng)設計能力，本書的一個特點是：除一些常規(guī)的例題外，增加了一些實用性強、應用廣泛、有一定難度的實例。例如，簡易鍵盤編碼電路、多位數(shù)字譯碼顯示、計算機輸入／輸出接口譯碼電路、數(shù)碼管動態(tài)顯示電路、BCD碼加法器、求兩數(shù)之差絕對值電路、BCD—二進制代碼轉換電路、鍵盤掃描電路、串行加法器、串行累加器等。通過對這些實例的學習，除增強系統(tǒng)設計能力外，也有利于培養(yǎng)學生的邏輯思維能力。

內容概要

　　本教材為江蘇省高等學校精品教材立項研究項目?！　”緯歉鶕?jù)原國家教育委員會批準的電子技術基礎課程的基本要求編寫的。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、基本方法以及常用數(shù)字邏輯部件的功能和應用。主要內容包括：數(shù)字邏輯基礎、邏輯門電路、組合邏輯電路、常用組合邏輯功能器件、時序邏輯電路、常用時序邏輯功能器件、半導體存儲器和可編程邏輯器件、脈沖信號的產生與整形、數(shù)模和模數(shù)轉換。本教材將硬件描述語言的介紹滲透于各個章節(jié)?！　”窘滩睦碚撀?lián)系實際、循序漸進、便于教學。全書敘述簡明，概念清楚；知識結構合理，重點突出；深入淺出，通俗易懂，圖文并茂；例題、習題豐富，各章還配有復習思考題?！　”窘滩目晒└叩葘W校電氣信息類專業(yè)的本科生和研究生使用，也可供有關專業(yè)技術人員參考。

作者簡介

　　蔣立平，1955年生。江蘇省常州市人。1982年畢業(yè)于南京工學院無線電工程系，南京理工大學電子技術中心主任、教授。主持建設的南京理工大學“電子學”課程群。2004年被評為江蘇省優(yōu)秀課程群，主持建設的南京理工大學“數(shù)字邏輯電路”課程，2006年被評為江蘇省“一類精品課程”，主持建設的南京理工大學電工電子實驗教學中心2007年被評為“江蘇省實驗教學示范中心”。主編《數(shù)字電路》、《模擬電路和數(shù)字電路》等教材，其中《模擬電路與數(shù)字電路》為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材。

書籍目錄

緒論第1章　數(shù)字邏輯基礎1.1　數(shù)制與數(shù)制轉換1.1.1　十進制1.1.2　二進制1.1.3　十六進制和八進制1.1.4　二進制數(shù)與十進制數(shù)之間的轉換1.1.5　二進制數(shù)與十六進制數(shù)及八進制數(shù)之間的轉換1.2　幾種簡單的編碼1.2.1　二-十進制（BCD碼）1.2.2　格雷碼1.2.3　奇偶校驗碼1.2.4　字符數(shù)字碼1.3　算術運算1.4　邏輯代數(shù)中的邏輯運算1.4.1　基本邏輯運算1.4.2　復合邏輯運算1.4.3　正邏輯與負邏輯1.5　邏輯代數(shù)的基本定律和規(guī)則1.6　邏輯函數(shù)的標準形式1.6.1　常用的邏輯函數(shù)式1.6.2　函數(shù)的與或式和或與式1.6.3　最小項和最大項1.6.4　邏輯函數(shù)的標準與或式和標準或與式1.7　邏輯函數(shù)式與真值表1.8　邏輯函數(shù)的化簡1.8.1　公式化簡法1.8.2　卡諾圖化簡法1.8.3　不完全確定的邏輯函數(shù)及其化簡1.8.4　邏輯函數(shù)式化簡為其他形式1.8.5　奎恩—麥克拉斯基化簡法1.8.6　多輸出邏輯函數(shù)的化簡復習思考題習題第2章　邏輯門電路2.1　晶體管的開關特性2.2　分立元件門電路2.3　TTL門電路2.3.1　TTL與非門的電路結構2.3.2　TTL與非門的電壓傳輸特性2.3.3　TTL與非門靜態(tài)輸入特性與輸出特性2.3.4　TTL與非門的動態(tài)特性2.3.5　其他類型的TTL門電路2.3.6　TTL數(shù)字集成電路2.4　其他類型雙極型數(shù)字集成電路2.4.1　ECL門電路2.4.2　I2L電路2.5　CMOS門電路2.5.1　CMOS反相器的電路結構2.5.2　CMOS反相器的電壓傳輸特性和電流傳輸特性2.5.3　CMOS反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性2.5.4　CMOS反相器的動態(tài)特性2.5.5　其他類型的CMOS門電路2.5.6　CMOS數(shù)字集成電路2.5.7　CMOS集成電路的主要特點和使用注意事項2.6　其他類型的MOS數(shù)字集成電路2.6.1　PMOS門電路2.6.2　NMOS門電路2.6.3　E2CMOS電路2.7　Bi-CMOS電路2.8　TTL與CMOS電路的接口復習思考題習題第3章　組合邏輯電路3.1　概述3.2　組合邏輯電路的分析3.3　組合邏輯電路的設計3.4　組合邏輯電路中的冒險3.4.1　功能冒險與消除方法3.4.2　邏輯冒險與消除方法3.5　可編程邏輯器件和VHDL概述3.5.1　VHDL基本結構3.5.2　VHDL中的中間信號3.5.3　VHDL描述邏輯電路的進程形式復習思考題習題VHDL編程設計題第4章　常用組合邏輯功能器件4.1　自頂向下的模塊化設計方法4.2　編碼器4.2.1　二進制編碼器4.2.2　二-十進制編碼器4.2.3　通用編碼器集成電路4.2.4　編碼器應用舉例4.2.5　編碼器的VHDL描述4.3　譯碼器/數(shù)據(jù)分配器4.3.1　二進制譯碼器4.3.2　二-十進制譯碼器4.3.3　通用譯碼器集成電路4.3.4　數(shù)據(jù)分配器4.3.5　顯示譯碼器4.3.6　譯碼器應用舉例4.3.7　譯碼器的VHDL描述4.4　數(shù)據(jù)選擇器4.4.1　數(shù)據(jù)選擇器的電路結構4.4.2　通用數(shù)據(jù)選擇器集成電路4.4.3　數(shù)據(jù)選擇器應用舉例4.4.4　數(shù)據(jù)選擇器的VHDL描述4.5　算術運算電路4.5.1　基本加法器4.5.2　高速加法器4.5.3　通用加法器集成電路4.5.4　加法器應用舉例4.5.5　加法器電路的VHDL描述4.6　數(shù)值比較器4.7　代碼轉換器4.7.1　BCD-二進制碼轉換器4.7.2　通用BCD-二進制和二進制-BCD碼轉換器集成電路4.7.3　代碼轉換電路的VHDL描述4.8　數(shù)字系統(tǒng)設計舉例——算術邏輯單元復習思考題習題VHDL編程設計題第5章　時序邏輯電路5.1　概述5.2　鎖存器5.2.1　普通鎖存器5.2.2　門控鎖存器5.3　觸發(fā)器5.3.1　主從觸發(fā)器5.3.2　邊沿觸發(fā)器5.4　觸發(fā)器使用中的幾個問題5.4.1　觸發(fā)器邏輯功能的轉換5.4.2　觸發(fā)器的脈沖工作特性5.4.3　觸發(fā)器的合理選用及使用注意事項5.5　觸發(fā)器應用舉例5.6　時序邏輯電路的分析與設計5.6.1　同步時序邏輯電路的分析5.6.2　異步時序邏輯電路的分析5.6.3　同步時序邏輯電路的設計5.6.4　有限狀態(tài)機的VHDL描述5.7　時序邏輯電路中的冒險5.7.1　異步時序邏輯電路中的冒險5.7.2　同步時序邏輯電路中的冒險5.7.3　消除時序邏輯電路冒險的方法復習思考題習題VHDL編程設計題第6章　常用時序邏輯功能器件6.1　計數(shù)器6.1.1　異步計數(shù)器6.1.2　同步計數(shù)器6.1.3　計數(shù)器應用6.1.4　計數(shù)器的VHDL描述6.2　寄存器和移位寄存器6.2.1　寄存器6.2.2　移位寄存器6.2.3　移位寄存器應用舉例6.2.4　移位寄存器型計數(shù)器6.2.5　移位寄存器的VHDL描述復習思考題習題VHDL編程設計題第7章　半導體存儲器和可編程邏輯器件7.1　概述7.2　半導體存儲器7.2.1　半導體存儲器概述7.2.2　只讀存儲器（ROM）7.2.3　隨機存取存儲器（RAM）7.3　可編程邏輯器件（PLD）7.3.1　PLD概述7.3.2　可編程陣列邏輯（PAL）7.3.3　通用陣列邏輯（GAL）7.3.4　復雜的可編程邏輯器件（CPLD）7.3.5　現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）7.3.6　PLD的開發(fā)過程復習思考題習題第8章　脈沖信號的產生與整形8.1　555集成定時器8.2　施密特觸發(fā)電路8.3　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路8.3.1　用555定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路8.3.2　用施密特觸發(fā)電路構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路8.3.3　集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路8.3.4　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的應用8.3.5　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的VHIDL描述8.4　多諧振蕩器8.4.1　用555定時器構成多諧振蕩器8.4.2　用施密特觸發(fā)電路構成多諧振蕩器8.4.3　石英晶體多諧振蕩器復習思考題習題第9章　數(shù)模和模數(shù)轉換9.1　D/A轉換器9.1.1　D/A轉換器的基本原理9.1.2　權電阻網(wǎng)絡D/A轉換器9.1.3　倒T形電阻網(wǎng)絡D/A轉換器9.1.4　集成D/A轉換器及主要技術參數(shù)9.2　A/D轉換器9.2.1　A/D轉換器的基本原理9.2.2　逐次逼近型A/D轉換器9.2.3　雙積分型A/D轉換器9.2.4　集成A/D轉換器及主要技術參數(shù)復習思考題習題參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第2章　邏輯門電路　　邏輯門電路是指能完成一些基本邏輯功能的電子電路，簡稱門電路，它是構成數(shù)字電路的基本單元電路。從生產工藝上看，門電路可分為分立元件門電路和集成門電路兩大類。分立元件門電路目前已很少采用，本章將主要介紹集成門電路。本章首先介紹晶體管的開關特性，然后著重討論目前廣泛使用的TTL和CMOS門電路的邏輯功能和電氣特性（主要是外部特性），并簡要地介紹其他類型的雙極型電路和MOS門電路，最后討論TTL和CMOS電路的接口。　　2.1　晶體管的開關特性　　數(shù)字集成電路按所用半導體器件的不同，可分為兩大類：一類是以雙極型晶體管為基本元件組成的集成電路，稱為雙極型數(shù)字集成電路，屬于這一類的有DTL（Diode Transistor Logic）、TTL（Transistor-Transistor Logic）和ECL（Emitter Coupled Logic）等電路；另一類是以MOS晶體管為基本元件組成的集成電路，稱為MOS型（或單極型）數(shù)字集成電路，屬于這一類的有NMOS（N—Channel Metal-Oxide-Semiconductor）和CMOS（Complement Metal-Oxide—Semiconductor）等電路。　　在數(shù)字電路中，經常將半導體二極管、三極管和場效應管作為開關元件使用，它們在電路中的工作狀態(tài)有時導通，有時截止，并能在信號的控制下進行兩種狀態(tài)的轉換。這是一種非線性的大信號運用。一個理想的開關，接通時阻抗應為零，斷開時阻抗應為無窮大，而這兩個狀態(tài)之間的轉換應該是瞬間完成的。但實際上晶體管在導通時具有一定的內阻，而截止時仍有一定的反向電流，又由于它本身具有惰性（如雙極型晶體管中存在著勢壘電容和擴散電容，場效應管中存在著極間電容），因此兩個狀態(tài)之間的轉換需要時間，轉換時間的長短反映了該器件開關速度的快慢。下面討論半導體二極管、三極管和MOS管的開關特性?！　?.半導體二極管的開關特性　　由于二極管具有單向導電性，所以在數(shù)字電路中經常把它當做開關使用。正向運用時，電阻很小，接近短路；反向運用時，電阻很大，接近斷路。所以用它做開關是合適的。圖2.1是硅二極管的伏安特性曲線。

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