數字電路與邏輯設計

前言

　　“數字電路與邏輯設計”是通信、電子信息類專業(yè)的主要基礎課程，也是當前發(fā)展最快的學科之一。本書是針對體現“面向21世紀，注重應用能力培養(yǎng)”的教學特點，結合作者多年的教學和實踐經驗進行編寫的，力求在內容、體系、理論與實踐教學方面充分體現新世紀對本課程的教學要求。　　本書具有以下特點：　?。?）內容上具有完整的理論體系。本書的理論體系符合數字技術的發(fā)展趨勢，能夠引導學生掌握扎實的理論基礎。　?。?）注重基本理論、基本分析和設計方法，重點突出。在內容編排上，遵從先易后難、由淺入深、循序漸進的原則，對重點、難點進行深入分析和討論，通過大量典型例題的學習，加深對重要的知識點和考點的理解?！　。?）注重當前數字電子技術的發(fā)展要求，增加了可編程邏輯器件PLD和硬件設計語言VHDL等內容。詳細介紹了PLA、PAL、GAL、FPGA、CPLD等器件的基本工作原理及應用，并通過實例介紹了用VHDL設計實現組合邏輯電路和時序邏輯電路?！　。?）理論教學與實踐教學相結合。針對本課程具有實踐性強的特點，為培養(yǎng)學生學以致用的能力，本書在理論分析的基礎上，給出了典型的數字電路與邏輯設計課程設計實例，以培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力?！　。?）選材典型，結構清晰，文字簡練，通俗易懂。本書適合作為高等學校電子信息、通信工程、電氣工程、計算機科學與技術、自動化等專業(yè)的本科教材，也可作為報考電子、信息、通信專業(yè)的碩士研究生考生的復習參考用書?！　∪珪彩?，由白靜任主編，張雪英任副主編。第一章到第七章、第十章及附錄由白靜編寫，第八章和九章由張雪英編寫。解放軍理工大學的王榮老師擔任本書的主審。在此書完成之際，謹向對本書提供過幫助的人們以及給與我們支持的家人表示誠摯的謝意！　　限于編者水平，書中難免存在不足之處，懇請讀者批評指正。

內容概要

　　《數字電路與邏輯設計》詳細介紹了數字電路與邏輯設計的基本理論及設計方法。對課程內容進行了優(yōu)化，力求在知識體系、理論教學與實踐教學等方面充分體現本課程的基礎性、先進性和實用性?！稊底蛛娐放c邏輯設計》在注重知識連貫性的基礎上，精簡了傳統(tǒng)分立元件、小規(guī)模集成電路等內容，增加了可編程邏輯器件PLD、硬件描述語言VHDL以及課程設計等內容，能較好地適應現代數字技術的發(fā)展要求和本課程教學的實際需要。全書共十章，主要內容包括數字邏輯基礎、集成邏輯門電路、組合邏輯電路、集成觸發(fā)器、時序邏輯電路、脈沖產生電路、半導體存儲器、可編程邏輯器件、硬件描述語言VHDL，以及典型的數字電路課程設計?！稊底蛛娐放c邏輯設計》概念清楚、選材典型、深入淺出、語言流暢、通俗易懂，并配有大量例題幫助學習和理解?？勺鳛楦叩葘W校電子信息、通信工程、電氣工程、自動化等專業(yè)的教材，也可供相關工程技術人員閱讀和參考?！　　睢稊底蛛娐放c邏輯設計》配有電子教案，需要者可與出版社聯系，免費提供。

書籍目錄

第一章　數字邏輯基礎1.1 數制及碼制1.1.1 模擬量與數字量1.1.2 數制及其轉換1.1.3 碼制1.1.4 算術運算和邏輯運算1.2 邏輯代數1.2.1 基本邏輯運算1.2.2 邏輯代數的基本定律1.2.3 邏輯代數的基本規(guī)則1.2.4 常用公式1.3 邏輯函數的表示方法1.3.1 不同的表示方法及其轉換1.3.2 邏輯函數的兩種標準形式1.3.3 邏輯函數的常見表達式1.4 邏輯函數的簡化1.4.1 公式化簡法1.4.2 卡諾圖化簡法1.4.3 有無關項邏輯函數的化簡本章小結思考題習題第二章　集成邏輯門電路2.1 半導體器件的開關特性2.1.1 晶體二極管的開關特性2.1.2 晶體三極管的開關特性2.1.3 MOS管的開關特性2.2 簡單分立元件邏輯門電路2.2.1 二極管門電路2.2.2 三極管門電路2.3 TTL集成邏輯門電路2.3.1 TTL與非門的電路結構和工作原理2.3.2 TTL與非門主要外部特性2.3.3 TTL其他類型門電路2.3.4 TTL改進系列門電路2.4 cMOs邏輯門電路2.4.1 CMOs反相器工作原理2.4.2 CMOS反相器主要特性2.4.3 CM0s其他類型門電路2.4.4 CMOs電路的正確使用本章小結思考題習題第三章　組合邏輯電路3.1 組合邏輯電路的特點3.2 SSI器件構成的組合邏輯電路的分析3.2.1 分析步驟3.2.2 分析舉例3.3 常用的MSI組合邏輯電路3，3.1 加法器3.3.2 編碼器3.3.3 譯碼器3.3.4 數據選擇器3.3.5 數值比較器3.4 組合邏輯電路的設計3.4.1 采用SSI器件設計組合邏輯電路3.4.2 采用MSI器件實現組合邏輯函數3.5 組合邏輯電路中的競爭～冒險現象3.5.1 競爭一冒險現象形成的原因3.5.2 冒險的判斷及消除方法本章小結思考題習題第四章　集成觸發(fā)器4.1 基本RS觸發(fā)器4.1.1 基本RS觸發(fā)器的電路結構與工作原理4.1.2 邏輯功能描述方法4.2 鐘控觸發(fā)器4.2.]鐘控RS觸發(fā)器4.2.2 鐘控D觸發(fā)器4.2.3 鐘控觸發(fā)方式的空翻現象4.3 主從觸發(fā)器4.3.1 主從RS觸發(fā)器4.3.2 主從JK觸發(fā)器4.3.3 主從觸發(fā)器的特點4.4 邊沿觸發(fā)器4.4.1 維持一阻塞D觸發(fā)器4.4.2 邊沿JK觸發(fā)器4.4.3 邊沿T觸發(fā)器4.4.4 CMOS邊沿觸發(fā)器本章小結思考題習題第五章　時序邏輯電路5.1 時序邏輯電路的特點與分類5.2 SSI器件構成的時序邏輯電路的分析5.2.1 分析步驟5.2.2 分析舉例5.3 常用的時序邏輯電路5.3.1 寄存器5.3.2 移位寄存器5.3.3 計數器5.3.4 移存型計數器5.4 時序邏輯電路的設計5.4.1 一般設計步驟5.4.2 采用SSI器件設計同步時序電路5.4.3 采用SSI器件設計異步時序電路5.4.4 采用MSI計數器件設計任意模值計數器5.4.5 序列信號發(fā)生器5.4.6 順序脈沖發(fā)生器本章小結思考題習題第六章　脈沖產生電路6.1 矩形脈沖基本特性6.2 脈沖電路6.3 555定時器電路結構及功能6.4 施密特觸發(fā)器6.4.1 門電路構成的施密特觸發(fā)器6.4.2 集成施密特觸發(fā)器6.4.3 555定時器構成的施密特觸發(fā)器6.4.4 施密特觸發(fā)器的應用6.5 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.5.1 門電路構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.5.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.5.3 555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.5.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用6.6 多諧振蕩器6.6.1 電容正反饋多諧振蕩器6.6.2 環(huán)形振蕩器6.6.3 石英晶體多諧振蕩器6.6.4 由施密特觸發(fā)器構成的多諧振蕩器6.6.5 555定時器構成的多諧振蕩器6.6.6 多諧振蕩器的應用本章小結思考題習題第七章　半導體存儲器7.1 半導體存儲器概述7.1.1 半導體存儲器的特點7.1.2 半導體存儲器的分類7.1.3 半導體存儲器的主要技術參數7.2 隨機存取存儲器（RAM）7.2.1 RAM的結構7.2.2 靜態(tài)RAM（SRAM）7.2.3 動態(tài)RAM（DRAM）7.3 只讀存儲器（ROM）7.3.1 固定ROM7.3.2 可編程ROM（PROM）7.3.3 可擦除可編程ROM（EPROM）7.3.4 電可擦除可編程ROM（EEPROM）7.3.5 快閃存儲器（FlashMemory）7.4 存儲器容量的擴展7.4.1 位擴展7.4.2 字擴展7.5 用ROM存儲器實現組合邏輯函數本章小結思考題習題第八章　可編程邏輯器件8.1 可編程邏輯器件（PLD）概述8.1.1 PLD的基本結構8.1.2 PLD的分類8.2 可編程邏輯陣列器件（PLA）8.2.1 PLA的基本結構8.2.2 PLA的應用8.3 可編程陣列邏輯器件（PAL）8.3.1 PAL的基本結構8.3.2 PAL的應用8.4 通用陣列邏輯器件（GAL）8.4.1 GAL的基本結構8.4.2 GAL的輸出邏輯宏單元（OLMC）8.4.3 GAL的應用8.5 復雜可編程邏輯器件（CPLD）8.5.1 CPLD的基本結構……第九章　硬件描述語言VHDL第十章　數字電路課程設計附錄A國產半導體集成電路型號命名法附錄B常用邏輯圖形符號對照表參考文獻

章節(jié)摘錄

　　數字邏輯基礎　　1.1數制及碼制　　1.1.1模擬量與數字量　　在自然界中，存在著形形色色的物理量，盡管它們的性質各異，但就其變化規(guī)律的特點而言，可分為兩大類：模擬量和數字量?！　∧M量：在時間和數值上都具有連續(xù)變化特點的物理量叫做模擬量。自然界廣泛存在著的許多物理量都是模擬量，如溫度、壓力、距離、時間等?！　∧M信號：表示模擬量的電信號叫做模擬信號。在工程應用中，為了測量、傳遞和處理這些物理量，常把它們通過傳感器轉換成與之成比例的電壓值（或電流值），這些時間連續(xù)、幅值也連續(xù)的電信號表示和模擬了實際的物理量。例如：正弦波信號、話音信號等就是典型的模擬信號?！　∧M電路：工作在模擬信號下的電子電路稱為模擬電路?！　底至浚涸跁r間和數量上的取值是不連續(xù)的、離散的，只能按有限個或可數的量化單位取值，這類物理量叫做數字量。例如：某一實際距離的值為3869.82526…km，若取量化單位為1 km，則代表此距離的數字量為3870 km，若量化單位為1 m，則數字量為3 869 825 m。量化單位的選擇取決于所要求的精度。　　數字信號：表示數字量的信號稱為數字信號。數字信號是一種脈沖信號（PulseSignal），脈沖信號具有邊沿陡峭、持續(xù)時問短的特點。廣義講，凡是非正弦波形狀的信號都可稱為脈沖信號。例如：矩形波、方波、鋸齒波等信號就是典型的數字信號?！　底蛛娐罚禾幚頂底中盘柕碾娐贩Q為數字電路?！　⊥晃锢砹靠梢杂眠B續(xù)的模擬信號表示，也可用離散的數字信號表示。同模擬信號相比，數字信號具有傳輸可靠、易于存儲、抗干擾能力強、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。因此，數字電路的應用愈來愈廣泛?！　≡跀底蛛娐分?，只采用O、1兩種數字表示數字信號，一個O或一個1通常稱為1 bit，有時也將一個O或一個1的持續(xù)時間稱為一拍。“0”在數字電路中可代表低電平、開關的閉合，也可代表無脈沖信號等；“1”可代表高電平、開關的斷開，也可代表有脈沖信號等。

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