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电子图书
| 电子图书名: |
数字电路与逻辑设计 |
| 编者: |
林 红 周鑫霞 |
| 内容简介: |
本书以简洁、通俗、先进和实用的原则精心编写,重点是方法和能力的培养。本书主要内容有数字逻辑电路基础知识、逻辑门、逻辑代数与逻辑函数、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器和可编程逻辑器件、脉冲波形的产生与变换、数模和模数转换器。
本书每章有小结、习题(或思考题),并附有部分习题答案,便于教学和自学。
本书可作为高等学校和成人高等教育有关专业数字电路课程的教材。教学学时为40~60。本书也可供工程技术人员自学和参考。 |
| 所属专业方向: |
电子 |
| 出版社: |
清 华 大 学 出 版 社 |
| 来源: |
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第1章 数字逻辑电路基础知识…………………………………………………………………1 Z8 t3 @+ _/ Z
1.1 数字电路的特点…………………………………………………………………………12 ]4 B$ e! S# |
1.2 数制………………………………………………………………………………………2
7 s! D# j( I; S 1.2.1 十进制……………………………………………………………………………2
+ \ j( }* c8 |8 }) s 1.2.2 二进制……………………………………………………………………………26 X4 }8 d' m" _: v- ?3 F
1.2.3 十六进制…………………………………………………………………………3
j* [( A: e7 I3 @ 1.2.4 不同进制数的表示符号…………………………………………………………3& @3 \% g1 P' `; ]
1.3 不同进制数之间的转换…………………………………………………………………4' B( g3 C6 C% m) T
1.3.1 二、十六进制数转换成十进制数…………………………………………………4
, _& M i% Q- C+ m% X& Q6 I4 K; Q 1.3.2 二进制与十六进制数之间的转换………………………………………………4
. Z' Q$ h5 B, @5 G6 x' I 1.3.3 十进制数转换成二、十六进制数………………………………………………5. B3 T" u- F" H* ^5 `& F
1.4 二进制代码………………………………………………………………………………6
! j, X* [7 n6 H7 U$ } 1.4.1 自然二进制代码…………………………………………………………………69 l. u4 G8 t, B) _, ~4 Y
1.4.2 二-十进制代码(BCD码)…………………………………………………………6
3 c$ F! O/ k9 X/ r) p! b$ E 1.4.3 ASCII码…………………………………………………………………………7, @0 z2 v) k, ?% L, v' p8 W1 M
1.5 基本逻辑运算……………………………………………………………………………8; b* p* f; r7 ]. z7 [8 Z0 b+ ?/ i
1.5.1 与逻辑运算………………………………………………………………………8
9 X/ B1 g/ T$ l% X1 o 1.5.2 或逻辑运算………………………………………………………………………95 F9 K F( N- g! S
1.5.3 非逻辑运算………………………………………………………………………10; L, e# k# F" n! j% n* O
1.6 小结……………………………………………………………………………………10 习题……………………………………………………………………………………………11
: g1 O/ u2 \0 g5 ^, H
7 ?/ H7 g: S8 u* S1 m5 N第2章 逻辑门电路………………………………………………………………………………12. V2 D M; A! M) R) Z! @ {2 H
2.1 基本逻辑门电路………………………………………………………………………12/ ^5 c% v4 \: [: V" P" w
2.1.1 与门电路…………………………………………………………………………12' P3 ~3 Y( y9 i- b4 u
2.1.2 或门电路…………………………………………………………………………13- |: o7 N6 G, H% {! ~
2.1.3 非门电路…………………………………………………………………………14
2 J% F' r, O. M- N0 ?+ k 2.1.4 复合逻辑门………………………………………………………………………154 s3 ~3 W+ x6 h! J
2.1.5 正逻辑和负逻辑…………………………………………………………………15
, v. M4 ?6 a' F( y 2.2 TTL数字集成逻辑门电路……………………………………………………………168 Z7 n4 ~/ S* B) y
2.2.1 基本TTL与非门工作原理……………………………………………………16- B4 q0 ]# } V! ^/ y# ] ^* o
2.2.2 TTL与非门的技术参数…………………………………………………………17: s- u" C2 ^( e
2.2.3 TTL集电极开路门………………………………………………………………21- \3 {! e+ l$ E. C! |5 E. @! X
2.2.4 三态门……………………………………………………………………………23
4 a- G! H, I$ F3 ^ 2.3 ECL逻辑门电路………………………………………………………………………241 |" W$ y+ S% p" W% V! S
2.3.1 电路的基本结构…………………………………………………………………24
% ]# [1 Q# x& [1 i3 l+ m6 G 2.3.2 ECL门的工作特点……………………………………………………………26 $ ?* s& n: N7 i* I, C
2.4 其他双极型逻辑门……………………………………………………………………266 v! w8 |; t: F6 j
2.4.1 高阈值逻辑电路…………………………………………………………………26
3 V/ X1 K& b$ x% U2 ~ 2.4.2 集成注入逻辑电路………………………………………………………………26
- T, S0 }7 L* D9 Z) G8 n 2.5 MOS逻辑门电路………………………………………………………………………27. k8 @! ^. t6 K! s. m# a' u$ E
2.5.1 MOS场效应管及其开关特性…………………………………………………27
# L' y7 S$ |: }; O1 f 2.5.2 NMOS逻辑电路………………………………………………………………28$ P- a l- T, D( |2 G4 \
2.5.3 CMOS逻辑电路………………………………………………………………29
I& D) p& o* o 2.6 数字集成电路使用中应注意的问题…………………………………………………31
( W F! D/ l; ]/ [8 G8 N4 d 2.6.1 电源………………………………………………………………………………31
6 s. I y7 g" a6 |) G" }- o/ S 2.6.2 输出端的连接……………………………………………………………………31& ?3 V+ n1 R# u0 G9 L4 E* l7 m
2.6.3 不用输入端的处理………………………………………………………………311 ~, J' ^ C! `
2.6.4 负载使用…………………………………………………………………………31
; h6 }8 @% i! H0 T 2.6.5 CMOS电路的储电防护…………………………………………………………310 [9 ~) t5 n0 o' x* {! ]
2.6.6 CMOS电路与TTL电路的连接………………………………………………32
9 Q0 u& {& E' w8 y; k% e$ ~ 2.7 小结……………………………………………………………………………………32& Q$ S/ ]5 }& {" B* e; a7 T; N
习题……………………………………………………………………………………………33+ s1 t$ U9 F/ P2 p. r
" H, H1 c8 L' P, }, U m
第3章 逻辑代数与逻辑函数……………………………………………………………………36
4 t9 e! p. c+ s6 N2 N+ ~ 3.1 基本逻辑运算…………………………………………………………………………36: N( y& B2 W7 Y
3.1.1 基本运算公式……………………………………………………………………36; D5 w$ V! x* o; T9 g3 R! P2 y
3.1.2 基本运算定律……………………………………………………………………363 I) C3 ]* ]% \; d; K& g
3.1.3 基本运算规则……………………………………………………………………37
2 \6 h. } r) l6 p; X. K- W 3.2 逻辑函数的变换和化简………………………………………………………………38/ c' |) }4 L+ a) ?7 K
3.2.1 逻辑函数变换和化简的意义……………………………………………………38
" ^% p u a1 ~0 u7 b) m N# A: o 3.2.2 逻辑函数代数法化简……………………………………………………………39% b! L9 F2 j* q' S& ~0 |7 I
3.3 逻辑函数的卡诺图化简法……………………………………………………………40
e3 Z! n {2 U% I" Q 3.3.1 最小项…………………………………………………………………………40+ V; ~$ b3 }% x; `, v0 {" |1 j
3.3.2 逻辑函数的最小项表达式………………………………………………………41; C2 k8 `% n% f n7 W! N& M; B5 o
3.3.3 卡诺图……………………………………………………………………………42) ^- i+ J H- x8 s
3.3.4 逻辑函数的卡诺图表示…………………………………………………………438 [( t! _& V6 ]+ M3 h1 x
3.3.5 逻辑函数的卡诺图化简…………………………………………………………44. ]" ^0 J( j2 m p
3.4 逻辑函数门电路的实现………………………………………………………………47
! `" q4 @! p3 a+ ?# T 3.5 小结……………………………………………………………………………………484 B5 P4 e4 n( l$ i1 F% g& Y
习题…………………………………………………………………………………………48) O# b1 I2 p! _5 b9 S
4 k! s; [$ u9 \
第4章 组合逻辑电路……………………………………………………………………………51
1 s6 W. S7 s: V/ L" A 4.1 组合逻辑电路的分析与设计…………………………………………………………51) u, p, s0 w" b% }
4.1.1 组合逻辑电路的分析……………………………………………………………51
% V) s8 V: H8 D6 o! @ 4.1.2 组合逻辑电路的设计……………………………………………………………53
. D/ y8 s3 V) p& o2 b1 U 4.2 组合逻辑电路的竞争冒险……………………………………………………………55
8 X6 S c/ @; @$ D& M7 a& }+ d0 W2 d 4.2.1 产生竞争冒险的原因……………………………………………………………55/ n7 [; h; V; T( X
4.2.2 竞争冒险的消除…………………………………………………………………568 ] h, Q, d H0 E$ y0 g4 a
4.3 编码器…………………………………………………………………………………578 h% ]+ I: d1 x$ n+ E2 Y ^
4.3.1 编码器的工作原理………………………………………………………………57) {. p" R/ U/ j* C
4.3.2 集成电路编码器…………………………………………………………………599 A4 D! i1 Y& k( H7 C* y
4.4 译码器…………………………………………………………………………………63
! M" g' G k( e2 i- _! I9 {. E 4.4.1 惟一地址译码器…………………………………………………………………63$ k! {5 i9 \+ I' [3 U
4.4.2 数字显示器………………………………………………………………………67' Y6 G' ~" \$ x0 S; L T
4.5 数据分配器与数据选择器……………………………………………………………69" H7 {3 l% o5 ~, |/ `& U. q
4.5.1 数据分配器………………………………………………………………………69
; h, B2 Y \) }1 i: R5 f 4.5.2 数据选择器………………………………………………………………………71
7 l7 P6 i4 @' D* y! _- i 4.6 加法器与算术逻辑单元………………………………………………………………738 f K7 {/ r1 I: Z3 ^
4.6.1 半加器……………………………………………………………………………74( I) y+ n/ E% u$ p/ b
4.6.2 全加器……………………………………………………………………………74/ \6 z( {! h5 G" X
4.6.3 多位加法器………………………………………………………………………75
( f+ S! X' B, c, K5 d( R 4.6.4 算术逻辑单元……………………………………………………………………789 M& D; d/ {0 T! @: X
4.7 数值比较器……………………………………………………………………………79
. k- y7 k6 u% ^ 4.7.1 比较器的构成原理………………………………………………………………795 I1 u0 E$ ^& Y, Q* U1 q
4.7.2 集成数值比较器…………………………………………………………………80
# G5 R$ L3 b& \6 t' B4 G 4.8 小结……………………………………………………………………………………83
! ]/ v$ ~1 Q1 N& g 习题……………………………………………………………………………………………84; ^/ x7 q+ J: A) n% b' v( {2 c2 L
! h* l# S7 {2 D: z$ C" w3 w第5章 触发器……………………………………………………………………………………88
0 O5 L) x6 K$ U! p 5.1 RS触发器………………………………………………………………………………884 X6 j2 `5 J; }' {: h3 [
5.1.1 基本RS触发器…………………………………………………………………88# ?$ M& p8 n$ T: r# C; j. q; i
5.1.2 同步RS触发器…………………………………………………………………90
9 V Y/ p* s! p4 |; n6 f' R9 | 5.1.3 主从RS触发器…………………………………………………………………93
% x$ }; x4 r: s( G5 Z) R* B. E; [ 5.1.4 集成RS触发器…………………………………………………………………94* Q3 @; U* W4 f! |2 i4 e$ P6 Z( C
5.2 JK触发器………………………………………………………………………………95
, b+ U! b& i; G& A& y6 F5 y 5.2.1 主从JK触发器…………………………………………………………………95) K u8 u/ e+ L6 `$ |" i; F' v! ]
5.2.2 边沿JK触发器…………………………………………………………………97
2 ^# J' Z1 t7 Z) ~ E; D 5.2.3 集成JK触发器…………………………………………………………………98
B6 ?& k- E8 S, t# @3 ]; ~ 5.3 D触发器与T触发器…………………………………………………………………99& _0 c# W' U+ e$ W* \5 J7 S
5.3.1 D触发器………………………………………………………………………99& B. h0 z4 R0 I, h
5.3.2 T触发器………………………………………………………………………101 W/ b$ d% x ^* v, p
5.4 触发器的建立时间和保持时间………………………………………………………102' W5 N8 p6 y7 ~6 a6 b- [
5.5 小结……………………………………………………………………………………102
6 u, m- Q$ I' B, j5 ]: x 习题…………………………………………………………………………………………104, g& p+ {; E8 u2 l9 d
2 G& y. q5 B6 g6 Y% t; k
第6章 时序逻辑电路…………………………………………………………………………109/ u# p8 p7 T- ]4 M9 j
6.1 时序逻辑电路的基本概念……………………………………………………………1099 X; C, R6 K% D8 m( g
6.1.1 时序逻辑电路的基本结构及特点……………………………………………109" h( D& r( F \
6.1.2 时序逻辑电路的分类…………………………………………………………1102 Z- {5 j g+ d D8 f
6.1.3 时序逻辑电路功能的描述方法………………………………………………1101 ]7 |9 A+ Z7 I" t( Y/ {
6.2 时序逻辑电路的分析…………………………………………………………………111
9 H1 n; i+ D' |3 k4 k5 | 6.2.1 分析时序逻辑电路的一般步骤………………………………………………111
0 G/ ? ?4 I' q+ R 6.2.2 同步时序逻辑电路的分析举例………………………………………………1120 ~, B$ Q. P2 O5 S. p$ L* `( p/ k
6.2.3 异步时序逻辑电路的分析举例………………………………………………1176 ^ O# |( }; s( J1 b q9 P
6.3 同步时序电路的设计方法……………………………………………………………120
4 w2 x, I: q0 @) u I$ P: s 6.3.1 同步时序逻辑电路设计的一般步骤…………………………………………1200 c! Y2 i+ l b: \! u! l1 ~) F
6.3.2 同步时序逻辑电路设计举例…………………………………………………121
1 W( ?/ W0 L2 C A. i+ _* N4 w 6.4 计数器…………………………………………………………………………………127
0 N1 y5 p6 G; v1 y7 A 6.4.1 二进制计数器…………………………………………………………………127
# L; B. f7 \. M7 s$ ^ 6.4.2 集成计数器……………………………………………………………………132
9 [7 Y7 j; v! {7 B) g( N3 t, U4 F 6.5 寄存器…………………………………………………………………………………140
0 ?- P% K% X8 R$ P 6.5.1 并入-并出寄存器………………………………………………………………140
' T" D' E9 A8 {2 W2 h1 H 6.5.2 串入-串出寄存器………………………………………………………………141! b9 T4 U7 d% R( v+ u. m# [
6.5.3 多功能寄存器…………………………………………………………………1423 v/ a7 M" F5 d, m, r
6.6 算法状态机……………………………………………………………………………144
, t- A! z W( {. h' v6 C$ I 6.6.1 ASM图…………………………………………………………………………145
# i6 t* Q4 {* c* C3 z4 q& D 6.6.2 设计举例………………………………………………………………………147; l2 b5 |+ m! w8 h0 p
6.7 小结……………………………………………………………………………………153
! ]2 n. R7 ?: `5 W" h1 y 习题…………………………………………………………………………………………1547 D8 f. C6 G. k7 v: Q9 j
& ]- t. j+ R0 J0 G' M$ [
第7章 半导体存储器和可编程逻辑器件……………………………………………………163
1 \8 q4 C. c( t+ L 7.1 半导体存储器概述……………………………………………………………………163
6 C# S7 y! m# r, W% A+ \' E% A 7.1.1 半导体存储器的分类…………………………………………………………163+ a9 u. z( J% ~: ]/ i1 Z5 Z
7.1.2 半导体存储器的基本结构……………………………………………………163$ s0 O! t, X0 w8 ?: c
7.1.3 半导体存储器的技术指标……………………………………………………165
$ u& p, O' D, ^! _ 7.2 随机存取存储器RAM………………………………………………………………165- A$ W, Q- A \9 l- W/ e5 q; X
7.2.1 RAM存储单元…………………………………………………………………165
% n# ]1 @7 t' Y8 b3 i2 P- T 7.2.2 集成RAM简介………………………………………………………………168
/ B6 q& [7 ]6 z+ ]9 s- M 7.2.3 RAM存储容量的扩展………………………………………………………170! D( m/ b" N2 R4 s$ C
7.3 只读存储器ROM……………………………………………………………………173
7 X( r* l$ l) C( N. O 7.4 可编程逻辑器件(PLD)……………………………………………………………175( t- H% ]6 h6 ?/ _5 c$ X% j4 L
7.4.1 PLD电路表示法………………………………………………………………175
5 H. D0 a$ u. B5 r1 U 7.4.2 可编程阵列逻辑器件…………………………………………………………179
4 [) o2 A0 T& o5 k% s; N 7.4.3 可编程通用阵列逻辑器件……………………………………………………180
+ G/ p. p* a3 L% ^ 7.5 小结……………………………………………………………………………………188
: ?. Y2 M8 n" X, B 习题…………………………………………………………………………………………189
8 D: K; B' n5 U* g( y' ^2 M1 i* k/ B1 L1 k6 ?2 n
第8章 脉冲波形的产生与变换………………………………………………………………193
8 b+ ]7 w0 |" U" C8 w" E9 `- X5 p 8.1 概述……………………………………………………………………………………193
5 d. N, R8 ]$ Q% \ ^ 8.1.1 脉冲波形产生与变换电路的组成……………………………………………193
! a* e1 l4 [5 S2 b 8.1.2 555定时器……………………………………………………………………193$ F+ O! r& O: F/ ]( |
8.2 多谐振荡器……………………………………………………………………………1959 _/ \ ~+ X& T! O j: ^
8.2.1 由与非门组成的多谐振荡器…………………………………………………195
4 N5 [3 Q/ S& f/ p! O' f! h2 z 8.2.2 石英晶体时钟脉冲发生器……………………………………………………197
3 o7 ]5 ?$ ~4 L+ Y! u( o 8.2.3 由555定时器组成的多谐振荡器……………………………………………199
3 q. Y; f2 |0 s) u- a 8.3 单稳态触发器…………………………………………………………………………2010 `! j# A$ d8 i( e! d* E( h
8.3.1 由与非门组成的单稳态触发器………………………………………………201- {( k6 ^; _9 I, \/ b2 Y! w# T, y
8.3.2 由555定时器组成的单稳态触发器…………………………………………203+ _$ }. t, H; e& ]5 Y' m
8.4 施密特触发器…………………………………………………………………………2056 o; c4 I! s' w
8.5 小结……………………………………………………………………………………207& u. |: s& d$ w5 j1 P, Q
习题…………………………………………………………………………………………2089 X' `1 r+ W- l5 r4 I
4 a0 b0 |0 }- {! y
第9章 数模和模数转换器……………………………………………………………………210, @2 r9 x: F* ~6 \! Y1 e I8 r
9.1 D/A转换器……………………………………………………………………………210
( Q. V0 i4 Y) f' [0 z 9.1.1 权电阻型D/A转换器…………………………………………………………210; A! X$ W: U1 U, {0 B# |
9.1.2 倒T形电阻网络D/A转换器…………………………………………………212
$ m! t% r; V( @ 9.1.3 D/A转换器的主要技术参数…………………………………………………214* Q" w J! m! D: o; q5 x. j, ~
9.1.4 集成D/A转换器………………………………………………………………214( r( o D" F' A0 r2 s7 i7 p: k7 k$ C9 r/ t
9.2 A/D转换器……………………………………………………………………………216
/ D* M, j, X+ p2 J: K' e G+ U 9.2.1 采样-保持电路…………………………………………………………………216
& u# ^6 Z5 Q( ~ 9.2.2 并行A/D转换器………………………………………………………………217: s' t( o1 r) ]5 c9 g+ _) d" f7 n( x
9.2.3 逐次逼近式A/D转换器………………………………………………………219
$ F/ L8 \+ n) H t6 b z/ N 9.2.4 双积分式A/D转换器…………………………………………………………222
9 z: o7 G) M' x; l. u 9.3 小结……………………………………………………………………………………224
5 @2 Z$ Y8 O" Z8 |: t q" S" P 习题…………………………………………………………………………………………225( Z1 F. l, T. F& ]/ n% C- G
5 a2 L& c' H- P4 }4 L
附录A 国家标准GB4728.12-85………………………………………………………………227
0 I' h0 y& I! K3 Y. I* a! j附录B 常用逻辑符号对照表…………………………………………………………………2346 c$ S$ B3 H) D8 Q$ n# n
附录C TTL和CMOS逻辑门电路的技术参数………………………………………………236
/ x' b, r7 h& N% y. J! R$ a1 q附录D 国家标准GB3430-82《国产半导体集成电路型号命名法》…………………………237
: n- A3 i6 \$ x) \部分习题答案……………………………………………………………………………………239; r# l% U y! i# v0 Z1 d% i
参考文献…………………………………………………………………………………………251 |
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