數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)

前言

　　“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”是通信、電子信息類專業(yè)的主要基礎(chǔ)課程，也是當(dāng)前發(fā)展最快的學(xué)科之一。本書是針對(duì)體現(xiàn)“面向21世紀(jì)，注重應(yīng)用能力培養(yǎng)”的教學(xué)特點(diǎn)，結(jié)合作者多年的教學(xué)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行編寫的，力求在內(nèi)容、體系、理論與實(shí)踐教學(xué)方面充分體現(xiàn)新世紀(jì)對(duì)本課程的教學(xué)要求?！　”緯哂幸韵绿攸c(diǎn)：　?。?）內(nèi)容上具有完整的理論體系。本書的理論體系符合數(shù)字技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，能夠引導(dǎo)學(xué)生掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。　?。?）注重基本理論、基本分析和設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)突出。在內(nèi)容編排上，遵從先易后難、由淺入深、循序漸進(jìn)的原則，對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行深入分析和討論，通過(guò)大量典型例題的學(xué)習(xí)，加深對(duì)重要的知識(shí)點(diǎn)和考點(diǎn)的理解?！　。?）注重當(dāng)前數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展要求，增加了可編程邏輯器件PLD和硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言VHDL等內(nèi)容。詳細(xì)介紹了PLA、PAL、GAL、FPGA、CPLD等器件的基本工作原理及應(yīng)用，并通過(guò)實(shí)例介紹了用VHDL設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路?！　。?）理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合。針對(duì)本課程具有實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，為培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力，本書在理論分析的基礎(chǔ)上，給出了典型的數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)實(shí)例，以培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力?！　。?）選材典型，結(jié)構(gòu)清晰，文字簡(jiǎn)練，通俗易懂。本書適合作為高等學(xué)校電子信息、通信工程、電氣工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化等專業(yè)的本科教材，也可作為報(bào)考電子、信息、通信專業(yè)的碩士研究生考生的復(fù)習(xí)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(xué)的王榮老師擔(dān)任本書的主審。在此書完成之際，謹(jǐn)向?qū)Ρ緯峁┻^(guò)幫助的人們以及給與我們支持的家人表示誠(chéng)摯的謝意！　　限于編者水平，書中難免存在不足之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》詳細(xì)介紹了數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)的基本理論及設(shè)計(jì)方法。對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化，力求在知識(shí)體系、理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)等方面充分體現(xiàn)本課程的基礎(chǔ)性、先進(jìn)性和實(shí)用性?！稊?shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》在注重知識(shí)連貫性的基礎(chǔ)上，精簡(jiǎn)了傳統(tǒng)分立元件、小規(guī)模集成電路等內(nèi)容，增加了可編程邏輯器件PLD、硬件描述語(yǔ)言VHDL以及課程設(shè)計(jì)等內(nèi)容，能較好地適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的發(fā)展要求和本課程教學(xué)的實(shí)際需要。全書共十章，主要內(nèi)容包括數(shù)字邏輯基礎(chǔ)、集成邏輯門電路、組合邏輯電路、集成觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路、脈沖產(chǎn)生電路、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、可編程邏輯器件、硬件描述語(yǔ)言VHDL，以及典型的數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)?！稊?shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》概念清楚、選材典型、深入淺出、語(yǔ)言流暢、通俗易懂，并配有大量例題幫助學(xué)習(xí)和理解?？勺鳛楦叩葘W(xué)校電子信息、通信工程、電氣工程、自動(dòng)化等專業(yè)的教材，也可供相關(guān)工程技術(shù)人員閱讀和參考。　　☆《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》配有電子教案，需要者可與出版社聯(lián)系，免費(fèi)提供。

書籍目錄

第一章　數(shù)字邏輯基礎(chǔ)1.1 數(shù)制及碼制1.1.1 模擬量與數(shù)字量1.1.2 數(shù)制及其轉(zhuǎn)換1.1.3 碼制1.1.4 算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算1.2 邏輯代數(shù)1.2.1 基本邏輯運(yùn)算1.2.2 邏輯代數(shù)的基本定律1.2.3 邏輯代數(shù)的基本規(guī)則1.2.4 常用公式1.3 邏輯函數(shù)的表示方法1.3.1 不同的表示方法及其轉(zhuǎn)換1.3.2 邏輯函數(shù)的兩種標(biāo)準(zhǔn)形式1.3.3 邏輯函數(shù)的常見(jiàn)表達(dá)式1.4 邏輯函數(shù)的簡(jiǎn)化1.4.1 公式化簡(jiǎn)法1.4.2 卡諾圖化簡(jiǎn)法1.4.3 有無(wú)關(guān)項(xiàng)邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)本章小結(jié)思考題習(xí)題第二章　集成邏輯門電路2.1 半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)特性2.1.1 晶體二極管的開(kāi)關(guān)特性2.1.2 晶體三極管的開(kāi)關(guān)特性2.1.3 MOS管的開(kāi)關(guān)特性2.2 簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)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(jìn)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(jié)思考題習(xí)題第三章　組合邏輯電路3.1 組合邏輯電路的特點(diǎn)3.2 SSI器件構(gòu)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(shù)據(jù)選擇器3.3.5 數(shù)值比較器3.4 組合邏輯電路的設(shè)計(jì)3.4.1 采用SSI器件設(shè)計(jì)組合邏輯電路3.4.2 采用MSI器件實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)3.5 組合邏輯電路中的競(jìng)爭(zhēng)～冒險(xiǎn)現(xiàn)象3.5.1 競(jìng)爭(zhēng)一冒險(xiǎn)現(xiàn)象形成的原因3.5.2 冒險(xiǎn)的判斷及消除方法本章小結(jié)思考題習(xí)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(jié)構(gòu)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(xiàn)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(diǎn)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(jié)思考題習(xí)題第五章　時(shí)序邏輯電路5.1 時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)與分類5.2 SSI器件構(gòu)成的時(shí)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(shí)序邏輯電路5.3.1 寄存器5.3.2 移位寄存器5.3.3 計(jì)數(shù)器5.3.4 移存型計(jì)數(shù)器5.4 時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)5.4.1 一般設(shè)計(jì)步驟5.4.2 采用SSI器件設(shè)計(jì)同步時(shí)序電路5.4.3 采用SSI器件設(shè)計(jì)異步時(shí)序電路5.4.4 采用MSI計(jì)數(shù)器件設(shè)計(jì)任意模值計(jì)數(shù)器5.4.5 序列信號(hào)發(fā)生器5.4.6 順序脈沖發(fā)生器本章小結(jié)思考題習(xí)題第六章　脈沖產(chǎn)生電路6.1 矩形脈沖基本特性6.2 脈沖電路6.3 555定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)及功能6.4 施密特觸發(fā)器6.4.1 門電路構(gòu)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(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器6.4.4 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用6.5 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.5.1 門電路構(gòu)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(shí)器構(gòu)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(yīng)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(gòu)成的多諧振蕩器6.6.5 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器6.6.6 多諧振蕩器的應(yīng)用本章小結(jié)思考題習(xí)題第七章　半導(dǎo)體存儲(chǔ)器7.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器概述7.1.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的特點(diǎn)7.1.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類7.1.3 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的主要技術(shù)參數(shù)7.2 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）7.2.1 RAM的結(jié)構(gòu)7.2.2 靜態(tài)RAM（SRAM）7.2.3 動(dòng)態(tài)RAM（DRAM）7.3 只讀存儲(chǔ)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(chǔ)器（FlashMemory）7.4 存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展7.4.1 位擴(kuò)展7.4.2 字?jǐn)U展7.5 用ROM存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)本章小結(jié)思考題習(xí)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)8.2.2 PLA的應(yīng)用8.3 可編程陣列邏輯器件（PAL）8.3.1 PAL的基本結(jié)構(gòu)8.3.2 PAL的應(yīng)用8.4 通用陣列邏輯器件（GAL）8.4.1 GAL的基本結(jié)構(gòu)8.4.2 GAL的輸出邏輯宏單元（OLMC）8.4.3 GAL的應(yīng)用8.5 復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）8.5.1 CPLD的基本結(jié)構(gòu)……第九章　硬件描述語(yǔ)言VHDL第十章　數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)附錄A國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體集成電路型號(hào)命名法附錄B常用邏輯圖形符號(hào)對(duì)照表參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　數(shù)字邏輯基礎(chǔ)　　1.1數(shù)制及碼制　　1.1.1模擬量與數(shù)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(zhì)各異，但就其變化規(guī)律的特點(diǎn)而言，可分為兩大類：模擬量和數(shù)字量?！　∧M量：在時(shí)間和數(shù)值上都具有連續(xù)變化特點(diǎn)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(shí)間等。　　模擬信號(hào)：表示模擬量的電信號(hào)叫做模擬信號(hào)。在工程應(yīng)用中，為了測(cè)量、傳遞和處理這些物理量，常把它們通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成與之成比例的電壓值（或電流值），這些時(shí)間連續(xù)、幅值也連續(xù)的電信號(hào)表示和模擬了實(shí)際的物理量。例如：正弦波信號(hào)、話音信號(hào)等就是典型的模擬信號(hào)?！　∧M電路：工作在模擬信號(hào)下的電子電路稱為模擬電路。　　數(shù)字量：在時(shí)間和數(shù)量上的取值是不連續(xù)的、離散的，只能按有限個(gè)或可數(shù)的量化單位取值，這類物理量叫做數(shù)字量。例如：某一實(shí)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(shù)字量為3870 km，若量化單位為1 m，則數(shù)字量為3 869 825 m。量化單位的選擇取決于所要求的精度。　　數(shù)字信號(hào)：表示數(shù)字量的信號(hào)稱為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)是一種脈沖信號(hào)（PulseSignal），脈沖信號(hào)具有邊沿陡峭、持續(xù)時(shí)問(wèn)短的特點(diǎn)。廣義講，凡是非正弦波形狀的信號(hào)都可稱為脈沖信號(hào)。例如：矩形波、方波、鋸齒波等信號(hào)就是典型的數(shù)字信號(hào)。　　數(shù)字電路：處理數(shù)字信號(hào)的電路稱為數(shù)字電路?！　⊥晃锢砹靠梢杂眠B續(xù)的模擬信號(hào)表示，也可用離散的數(shù)字信號(hào)表示。同模擬信號(hào)相比，數(shù)字信號(hào)具有傳輸可靠、易于存儲(chǔ)、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，數(shù)字電路的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛?！　≡跀?shù)字電路中，只采用O、1兩種數(shù)字表示數(shù)字信號(hào)，一個(gè)O或一個(gè)1通常稱為1 bit，有時(shí)也將一個(gè)O或一個(gè)1的持續(xù)時(shí)間稱為一拍?！?”在數(shù)字電路中可代表低電平、開(kāi)關(guān)的閉合，也可代表無(wú)脈沖信號(hào)等；“1”可代表高電平、開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)，也可代表有脈沖信號(hào)等。

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