數(shù)字電路與邏輯設計

前言

　　“數(shù)字電路與邏輯設計”是各高等院校多數(shù)工科專業(yè)的一門必修的專業(yè)基礎課。課程的特點可以用“經(jīng)典”、“現(xiàn)代”來概括?！敖?jīng)典”是指課程的基本概念和基本理論是非常經(jīng)典的；“現(xiàn)代”是指數(shù)字技術(shù)是現(xiàn)代發(fā)展最快的技術(shù)之一，必須以最新的數(shù)字技術(shù)成果充實到“數(shù)字電路與邏輯設計”課程和教材中來，保持課程和教材與現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的同步推進。　　本書的編寫就是遵循了經(jīng)典和現(xiàn)代相結(jié)合的原則。對于經(jīng)典的概念、原理和方法既要保證講解深入淺出、通俗易懂，同時對于有些傳統(tǒng)的說法作了一些修正，使概念能夠更加準確。對于一些以前強調(diào)不夠的內(nèi)容，如緩沖器、鎖存器等，增加了篇幅，以便為后續(xù)課程的學習打下良好的基礎。本書保持了1990年版《數(shù)字電路與邏輯設計》文字流暢、易學易懂的風格，力求使讀者看得懂，學得會?！　≡诹D使得本書符合現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)發(fā)展要求方面，做了以下幾方面的工作。首先是引入了硬件描述語言（VHDL）及相應的技術(shù)。VHDL描述是用一章的篇幅來介紹的，內(nèi)容上是3個獨立的部分：語言基礎、組合電路描述和時序電路描述。在教學使用時可以分散在其他相應章節(jié)后面來講，也可以集中來講，或者根據(jù)實驗的需要來選用。本書所使用的VHDL例子，全部在Quartus II平臺上進行了驗證，并給出了仿真波形?！　∑浯问且肓诉壿嫹抡?。邏輯仿真不僅僅是重要的設計技術(shù)，也是一種現(xiàn)代的學習方法。書中對于許多組合和時序電路都給出了輸入和輸出的仿真波形，非常有利于讀者直觀地感知理論分析的結(jié)果，并且從理論與實際結(jié)果的差別上進一步學習正確的分析方法。

內(nèi)容概要

　　《數(shù)字電路與邏輯設計》是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材?！稊?shù)字電路與邏輯設計》系統(tǒng)地介紹了數(shù)字電路與邏輯設計的基本概念及分析和設計方法?！稊?shù)字電路與邏輯設計》的編寫本著經(jīng)典和現(xiàn)代相結(jié)合的原則，對于經(jīng)典的概念、原理和方法進行準確的、深入淺出的講解；對于現(xiàn)代的數(shù)字技術(shù)和設計方法，則是有針對性地選擇了一些最新的設計理念和方法?！稊?shù)字電路與邏輯設計》普遍采用了邏輯仿真的波形圖，使得分析和設計的結(jié)果更有真實感。全書共分9章，包括數(shù)字電路中的數(shù)和編碼、邏輯代數(shù)基礎、集成門電路、組合邏輯電路的分析和設計、集成觸發(fā)器、時序邏輯電路的分析和設計、大規(guī)模數(shù)字集成電路、數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換、VHDL描述邏輯電路等內(nèi)容?！稊?shù)字電路與邏輯設計》可作為高等院校通信、信息、電子工程、計算機、自動化等相關(guān)專業(yè)的本科教材，也可供相關(guān)專業(yè)的研究生和工程技術(shù)人員閱讀參考。

書籍目錄

第1章 數(shù)字電路中的數(shù)和編碼1.1 十進制數(shù)的二進制編碼1.1.1 有權(quán)碼和無權(quán)碼1.1.2 格雷碼1.1.3 二-十進制碼的運算1.2 用補碼表示負數(shù)1.2.1 補碼1.2.2 補碼加法本章小結(jié)習題和思考題第2章 數(shù)字邏輯基礎2.1 邏輯變量和邏輯函數(shù)2.1.1 邏輯變量和邏輯系統(tǒng)2.1.2 基本邏輯運算和布爾代數(shù)公理2.1.3 其他常用邏輯運算2.2 布爾代數(shù)的定律和規(guī)則2.2.1 布爾代數(shù)的基本定律2.2.2 布爾代數(shù)的常用公式2.2.3 布爾代數(shù)的三個規(guī)則2.3 邏輯函數(shù)的標準表達式2.3.1 邏輯函數(shù)的最小項表達式2.3.2 邏輯函數(shù)的最大項表達式2.3.3 最小項表達式和最大項表達式的關(guān)系2.3.4 非標準表達式到標準表達式的轉(zhuǎn)換2.3.5 任意項及其表示2.4 代數(shù)法化簡邏輯函數(shù)2.4.1 邏輯函數(shù)化簡的標準2.4.2 代數(shù)化簡法2.5 卡諾圖法化簡邏輯函數(shù)2.5.1 卡諾圖及其構(gòu)成2.5.2 卡諾圖化簡邏輯函數(shù)的基本原理2.5.3 如何將邏輯函數(shù)填入卡諾圖2.5.4 卡諾圖化簡的步驟及舉例2.6 硬件描述語言及邏輯仿真2.6.1 硬件描述語言2.6.2 邏輯仿真本章小結(jié)習題和思考題第3章 集成邏輯門電路3.1 數(shù)字集成電路的發(fā)展3.2 二極管門電路3.2.1 二極管與門3.2.2 二極管或門電路3.2.3 正邏輯和負邏輯3.3 三極管反相器3.3.1 三極管非門電路3.3.2 三極管反相器的負載電流3.4 TTL集成邏輯門電路3.4.1 TTL集成與非門3.4.2 TTL邏輯門的特性參數(shù)3.5 其他TTL集成門電路3.5.1 74系列集成電路3.5.2 抗飽和TTL電路3.5.3 TTL或非門電路3.5.4 集電極開路門3.5.5 TTL三態(tài)門3.6 CMOS集成電路3.6.1 CMOS反相器3.6.2 其他CMOS邏輯電路3.6.3 CMOS漏極開路門和三態(tài)門3.6.4 CMOS傳輸門3.6.5 CMOS集成電路的使用3.7 ECL集成電路3.7.1 基本ECL門的組成3.7.2 ECL電路的特點本章小結(jié)習題和思考題第4章 組合邏輯電路的分析和設計4.1 組合邏輯電路的特點4.2 組合邏輯電路的分析4.2.1 組合邏輯電路的分析步驟4.2.2 組合邏輯電路分析舉例4.3 組合邏輯電路的設計4.3.1 組合邏輯電路的設計步驟4.3.2 組合邏輯電路的實現(xiàn)方式4.3.3 組合邏輯電路設計舉例4.4 中規(guī)模組合邏輯電路4.4.1 加法器和減法器4.4.2 編碼器4.4.3 譯碼器4.4.4 數(shù)據(jù)選擇器4.4.5 數(shù)值比較器4.4.6 奇偶校驗器/發(fā)生器4.4.7 中規(guī)模組合電路用于邏輯設計4.5 組合邏輯電路的競爭和冒險4.5.1 冒險的分類4.5.2 冒險的識別和消除本章小結(jié)習題和思考題第5章 集成觸發(fā)器5.1 時序邏輯電路的特點5.2 觸發(fā)器的基本特性及其記憶作用5.3 電位型觸發(fā)器5.3.1 基本RS觸發(fā)器5.3.2 可控RS觸發(fā)器5.3.3 其他可控觸發(fā)器5.3.4 電位型觸發(fā)器的局限性5.3.5 電位型觸發(fā)器的應用：鎖存器5.4 鐘控型觸發(fā)器5.4.1 主從觸發(fā)器5.4.2 邊沿觸發(fā)器5.5 觸發(fā)器的邏輯符號5.6 CMOS觸發(fā)器5.6.1 帶使能端D觸發(fā)器5.6.2 CMOS主從D觸發(fā)器5.6.3 CMOS JK觸發(fā)器5.7 觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換5.8 集成觸發(fā)器的時間參數(shù)5.8.1 建立時間和保持時間5.8.2 時鐘信號的時間參數(shù)5.9 鐘控觸發(fā)器構(gòu)成的常用時序電路5.9.1 寄存器5.9.2 移位寄存器5.9.3 計數(shù)器本章小結(jié)習題和思考題第6章 時序邏輯電路的分析和設計6.1 時序電路的分類和描述6.1.1 時序電路的一般分類6.1.2 同步時序電路的分類6.1.3 同步時序電路的描述6.2 常用同步時序電路的分析6.2.1 同步時序電路分析的步驟6.2.2 同步計數(shù)器的分析6.2.3 移位寄存器及其應用電路的分析6.3 常用時序電路的設計6.3.1 基本的設計步驟6.3.2 同步計數(shù)器的設計6.3.3 序列信號發(fā)生器6.3.4 M序列發(fā)生器6.4 異步計數(shù)器6.4.1 異步計數(shù)器的基本形式6.4.2 異步計數(shù)器的分析6.5 中規(guī)模時序集成電路6.5.1 中規(guī)模集成計數(shù)器6.5.2 中規(guī)模計數(shù)器的應用6.5.3 中規(guī)模移位寄存器6.5.4 中規(guī)模移位寄存器的應用6.6 一般時序電路的分析6.6.1 一般時序電路的特點6.6.2 一般時序電路分析舉例6.7 一般時序電路的設計6.7.1 設計步驟6.7.2 狀態(tài)表的建立6.7.3 狀態(tài)表的簡化6.7.4 狀態(tài)分配本章小結(jié)習題和思考題第7章 大規(guī)模數(shù)字集成電路7.1 大規(guī)模數(shù)字集成電路概述7.1.1 大規(guī)模集成電路的分類7.1.2 專用集成電路的分類7.1.3 可編程邏輯器件及其發(fā)展7.1.4 PLD的分類7.1.5 PLD的性能特點7.2 存儲器7.2.1 隨機存儲器7.2.2 只讀存儲器7.2.3 ROM作為邏輯器件7.2.4 存儲器容量的擴展7.3 可編程邏輯陣列7.3.1 PLA結(jié)構(gòu)的特點7.3.2 用PLA設計邏輯電路7.4 可編程陣列邏輯7.4.1 PAL的邏輯結(jié)構(gòu)7.4.2 PAL芯片示例7.5 通用陣列邏輯7.5.1 GAL和PAL的區(qū)別7.5.2 輸出邏輯宏單元7.5.3 GAL芯片示例7.6 復雜可編程邏輯器件7.6.1 CPLD器件的基本體系結(jié)構(gòu)7.6.2 CPLD器件結(jié)構(gòu)舉例7.6.3 宏單元的構(gòu)成7.6.4 PIA和I/O控制塊7.6.5 CPLD產(chǎn)品舉例7.7 現(xiàn)場可編程門陣列7.7.1 FPGA芯片的基本結(jié)構(gòu)7.7.2 Altera公司FPGA芯片基本結(jié)構(gòu)7.7.3 邏輯陣列塊7.7.4 邏輯單元7.7.5 嵌入式RAM塊7.7.6 輸入輸出單元7.7.7 FPGA芯片的編程7.7.8 FPGA產(chǎn)品舉例7.8 CPLD和FPGA的比較本章小結(jié)習題和思考題第8章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換8.1 數(shù)模轉(zhuǎn)換器8.1.1 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基本要求8.1.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)8.1.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的一般框圖8.1.4 權(quán)電阻網(wǎng)絡數(shù)模轉(zhuǎn)換器8.1.5 倒T形網(wǎng)絡數(shù)模轉(zhuǎn)換器8.1.6 權(quán)電流源網(wǎng)絡數(shù)模轉(zhuǎn)換器8.1.7 單電流源網(wǎng)絡數(shù)模轉(zhuǎn)換器8.1.8 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的選用8.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器8.2.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換的一般過程8.2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)8.2.3 逐次比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器8.2.4 雙積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器8.2.5 并聯(lián)比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器8.2.6 ∑-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器8.2.7 流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器8.2.8 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選用本章小結(jié)習題和思考題第9章 VHDL描述邏輯電路9.1 基于硬件描述語言的設計過程9.1.1 VHDL的基本特點9.1.2 設計過程9.1.3 Quartus II設計軟件9.2 VHDL描述的基本結(jié)構(gòu)9.2.1 實體描述9.2.2 結(jié)構(gòu)體描述9.2.3 VHDL的3種描述9.3 數(shù)據(jù)類型、運算符和表達式9.3.1 枚舉類型9.3.2 數(shù)組類型9.3.3 VHDL運算符9.3.4 常量的定義9.3.5 VHDL表達式9.4 VHDL的庫和包9.4.1 VHDL庫的種類和使用9.4.2 程序包9.4.3 庫和程序包的引用9.5 數(shù)據(jù)流描述9.5.1 并行賦值語句9.5.2 條件賦值語句9.5.3 選擇信號賦值語句9.6 性能描述9.6.1 PROCESS語句9.6.2 信號和變量賦值語句9.6.3 分支語句9.6.4 循環(huán)語句9.7 結(jié)構(gòu)描述9.7.1 部件聲明語句9.7.2 部件描述語句9.8 VHDL描述組合邏輯電路9.8.1 譯碼電路的描述9.8.2 編碼器的描述9.9 觸發(fā)器的VHDL描述9.9.1 電位型觸發(fā)器的VHDL描述9.9.2 鐘控型觸發(fā)器的VHDL描述9.10 時序部件的VHDL描述9.10.1 計數(shù)器的VHDL描述9.10.2 移位寄存器的VHDL描述9.10.3 時序機的VHDL描述本章小結(jié)習題和思考題參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　數(shù)字電路中的數(shù)和編碼　　數(shù)字電路中要用到不同數(shù)制中的數(shù)，女n---進制數(shù)、十進制數(shù)等。對于這些不同數(shù)制的數(shù)以及它們之間的互相轉(zhuǎn)換，應該在計算機基礎課程中有詳細介紹，這里不再重復。　　數(shù)字電路中要使用不同的二進制代碼來表示十進制數(shù)，需要掌握相應的編碼知識。此外，數(shù)字電路中還要用到負數(shù)在機器中的表示方法，以便方便地構(gòu)成加法器/減法器等最基本的運算電路。通過本章學習，應掌握：　　十進制數(shù)的二進制編碼；　　用補碼表示負數(shù)及其相應的運算?！　?.1　十進制數(shù)的二進制編碼　　數(shù)字電路和計算機中最常用的是二進制數(shù)，有時候也會使用十進制數(shù)。但是0～9這樣的：十進制數(shù)在二值的數(shù)字電路中是不能直接輸入和運算的，需要用某種二進制代碼表示以后才可以操作。　　用一組特定的二進制代碼來表示一組特定的事物，稱為二進制編碼。一組字符、一組顏色、一批貨物、一隊參賽隊員，等等，都可以是二進制編碼的對象。

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