《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。《數字電路與邏輯設計》在注重知識連貫性的基礎上,精簡了傳統分立元件、小規模集成電路等內容,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。《數字電路與邏輯設計》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。可作為高等學校電子信息、通信工程、電氣工程、自動化等專業的教材,也可供相關工程技術人員閱讀和參考。
☆《數字電路與邏輯設計》配有電子教案,需要者可與出版社聯系,免費提供。
“數字電路與邏輯設計”是通信、電子信息類專業的主要基礎課程,也是當前發展最快的學科之一。本書是針對體現“面向21世紀,注重應用能力培養”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:
(1)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展趨勢,能夠引導學生掌握扎實的理論基礎。
(2)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。
(3)注重當前數字電子技術的發展要求,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。
(4)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,以培養學生分析問題和解決問題的能力。
(5)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、自動化等專業的本科教材,也可作為報考電子、信息、通信專業的碩士研究生考生的復習參考用書。
全書共十章,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。
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 集成觸發器
4.1 基本RS觸發器
4.1.1 基本RS觸發器的電路結構與工作原理
4.1.2 邏輯功能描述方法
4.2 鐘控觸發器
4.2.]鐘控RS觸發器
4.2.2 鐘控D觸發器
4.2.3 鐘控觸發方式的空翻現象
4.3 主從觸發器
4.3.1 主從RS觸發器
4.3.2 主從JK觸發器
4.3.3 主從觸發器的特點
4.4 邊沿觸發器
4.4.1 維持一阻塞D觸發器
4.4.2 邊沿JK觸發器
4.4.3 邊沿T觸發器
4.4.4 CMOS邊沿觸發器
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 序列信號發生器
5.4.6 順序脈沖發生器
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 施密特觸發器
6.4.1 門電路構成的施密特觸發器
6.4.2 集成施密特觸發器
6.4.3 555定時器構成的施密特觸發器
6.4.4 施密特觸發器的應用
6.5 單穩態觸發器
6.5.1 門電路構成的單穩態觸發器
6.5.2 集成單穩態觸發器
6.5.3 555定時器構成的單穩態觸發器
6.5.4 單穩態觸發器的應用
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RAM(SRAM)
7.2.3 動態RAM(DRAM)
7.3 只讀存儲器(ROM)
7.3.1 固定ROM
7.3.2 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
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,但就其變化規律的特點而言,可分為兩大類:模擬量和數字量。
模擬量:在時間和數值上都具有連續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。
模擬信號: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、幅值也連續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。
模擬電路:工作在模擬信號下的電子電路稱為模擬電路。
數字量:在時間和數量上的取值是不連續的、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。
數字電路:處理數字信號的電路稱為數字電路。
同一物理量可以用連續的模擬信號表示,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、穩定性好等優點。因此,數字電路的應用愈來愈廣泛。
在數字電路中,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。