数字电路与逻辑设计

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第1章  数字逻辑电路基础知识…………………………………………………………………1
- K; s$ ^5 s# q. A& K1 d    1.1  数字电路的特点…………………………………………………………………………1
    1.2  数制………………………………………………………………………………………2
) Q% ]0 x; {- M$ ?        1.2.1  十进制……………………………………………………………………………2
        1.2.2  二进制……………………………………………………………………………2
2 m3 E* d; _1 F/ H. G        1.2.3  十六进制…………………………………………………………………………3
        1.2.4  不同进制数的表示符号…………………………………………………………3
    1.3  不同进制数之间的转换…………………………………………………………………4
' I5 ^1 R4 e( [4 Z4 H2 k4 Z        1.3.1  二、十六进制数转换成十进制数…………………………………………………4
2 P9 q/ I- N) T! s  e0 j1 H8 g# l/ ^        1.3.2  二进制与十六进制数之间的转换………………………………………………4
  E/ i& I4 @: E0 y, p  M) {: |9 a) F/ t' D        1.3.3  十进制数转换成二、十六进制数………………………………………………5
    1.4  二进制代码………………………………………………………………………………6
        1.4.1  自然二进制代码…………………………………………………………………6
        1.4.2  二-十进制代码(BCD码)…………………………………………………………6
        1.4.3  ASCII码…………………………………………………………………………7
    1.5  基本逻辑运算……………………………………………………………………………8
4 ]! }1 v6 j' a& \7 h) g0 \' ^        1.5.1  与逻辑运算………………………………………………………………………8
4 j: S7 z- [2 ?0 \2 ~% W        1.5.2  或逻辑运算………………………………………………………………………9
- x, \: Q9 ~% o% A7 V        1.5.3  非逻辑运算………………………………………………………………………10
' F% b6 s7 |: U# S* Z    1.6  小结……………………………………………………………………………………10     习题……………………………………………………………………………………………11
4 ^$ s# J: q# e) Q5 ~' N
) `  D- E  A3 K第2章  逻辑门电路………………………………………………………………………………12
2 k- P) M" d1 x3 z  }# W1 g    2.1  基本逻辑门电路………………………………………………………………………12
        2.1.1  与门电路…………………………………………………………………………12
" X1 P* U6 `; R& \% Z        2.1.2  或门电路…………………………………………………………………………13
        2.1.3  非门电路…………………………………………………………………………14
/ @5 x- N; D3 m2 W+ w- S        2.1.4  复合逻辑门………………………………………………………………………15
        2.1.5  正逻辑和负逻辑…………………………………………………………………15
    2.2  TTL数字集成逻辑门电路……………………………………………………………16
) H; x9 O, E4 F% \        2.2.1  基本TTL与非门工作原理……………………………………………………16
5 B$ x+ p5 c& ]3 k, W        2.2.2  TTL与非门的技术参数…………………………………………………………17
$ K. \7 y) S. N( J        2.2.3  TTL集电极开路门………………………………………………………………21
' `% M, d; @6 A! ~( C  ~* M        2.2.4  三态门……………………………………………………………………………23
    2.3  ECL逻辑门电路………………………………………………………………………24
        2.3.1  电路的基本结构…………………………………………………………………24
6 F# K+ Q5 \) ^" e  E$ I        2.3.2  ECL门的工作特点……………………………………………………………26
    2.4  其他双极型逻辑门……………………………………………………………………26
, d& Z$ B0 ^4 ^$ K4 F) B        2.4.1  高阈值逻辑电路…………………………………………………………………26
        2.4.2  集成注入逻辑电路………………………………………………………………26
    2.5  MOS逻辑门电路………………………………………………………………………27
  b, h. H( K) n$ H; f4 U4 ?( p5 q        2.5.1  MOS场效应管及其开关特性…………………………………………………27
        2.5.2  NMOS逻辑电路………………………………………………………………28
        2.5.3  CMOS逻辑电路………………………………………………………………29
, Q: I  [* f1 L* F  o8 E    2.6  数字集成电路使用中应注意的问题…………………………………………………31
        2.6.1  电源………………………………………………………………………………31
1 t' ?, ^. X9 t1 s5 S9 J) y; W, ~        2.6.2  输出端的连接……………………………………………………………………31
        2.6.3  不用输入端的处理………………………………………………………………31
        2.6.4  负载使用…………………………………………………………………………31
) {2 T: K; @1 q, [; M        2.6.5  CMOS电路的储电防护…………………………………………………………31
        2.6.6  CMOS电路与TTL电路的连接………………………………………………32
1 V% t) _$ ~5 t    2.7  小结……………………………………………………………………………………32
    习题……………………………………………………………………………………………33

第3章  逻辑代数与逻辑函数……………………………………………………………………36
    3.1  基本逻辑运算…………………………………………………………………………36
1 `7 Z: N2 h7 S; {* u& e/ m% H        3.1.1  基本运算公式……………………………………………………………………36
        3.1.2  基本运算定律……………………………………………………………………36
        3.1.3  基本运算规则……………………………………………………………………37
4 N0 d& V5 o( r3 a2 g. Z    3.2  逻辑函数的变换和化简………………………………………………………………38
        3.2.1  逻辑函数变换和化简的意义……………………………………………………38
        3.2.2  逻辑函数代数法化简……………………………………………………………39
% Y5 w. h  X$ H# D, U) N* u    3.3  逻辑函数的卡诺图化简法……………………………………………………………40
- k% h! X* B. w: M+ o        3.3.1  最小项…………………………………………………………………………40
        3.3.2  逻辑函数的最小项表达式………………………………………………………41
9 n$ r! E, ^( C4 T" q+ ]        3.3.3  卡诺图……………………………………………………………………………42
2 P2 I1 Z% O9 r5 J. k* u        3.3.4  逻辑函数的卡诺图表示…………………………………………………………43
        3.3.5  逻辑函数的卡诺图化简…………………………………………………………44
    3.4  逻辑函数门电路的实现………………………………………………………………47
    3.5  小结……………………………………………………………………………………48
    习题…………………………………………………………………………………………48
6 {$ E  K- o8 S& A0 p/ M1 W2 a( ~& r1 I
第4章  组合逻辑电路……………………………………………………………………………51
    4.1  组合逻辑电路的分析与设计…………………………………………………………51
        4.1.1  组合逻辑电路的分析……………………………………………………………51
2 j2 T! Q1 O2 T) a4 ?% y% r/ `        4.1.2  组合逻辑电路的设计……………………………………………………………53
4 v5 N2 T( ]3 C- a    4.2  组合逻辑电路的竞争冒险……………………………………………………………55
6 u. N0 l6 a% `- _        4.2.1  产生竞争冒险的原因……………………………………………………………55
9 ^& r/ w# n) L- N        4.2.2  竞争冒险的消除…………………………………………………………………56
2 U1 n9 y, O5 T3 I    4.3  编码器…………………………………………………………………………………57
' k6 \- V  B+ y  {        4.3.1  编码器的工作原理………………………………………………………………57
        4.3.2  集成电路编码器…………………………………………………………………59
. A. |0 n& }1 |8 B: @3 v    4.4  译码器…………………………………………………………………………………63
        4.4.1  惟一地址译码器…………………………………………………………………63
        4.4.2  数字显示器………………………………………………………………………67
    4.5  数据分配器与数据选择器……………………………………………………………69
        4.5.1  数据分配器………………………………………………………………………69
        4.5.2  数据选择器………………………………………………………………………71
' G1 Z4 L6 c( Z2 ]6 V    4.6  加法器与算术逻辑单元………………………………………………………………73
        4.6.1  半加器……………………………………………………………………………74
6 _8 g& U( N# c  r; A        4.6.2  全加器……………………………………………………………………………74
% b5 O  v0 |/ \7 J9 ?" h        4.6.3  多位加法器………………………………………………………………………75
( `! f3 ~/ c9 T9 n' \4 _6 d        4.6.4  算术逻辑单元……………………………………………………………………78
    4.7  数值比较器……………………………………………………………………………79
% w3 Z" H0 A3 [5 m  j$ P        4.7.1  比较器的构成原理………………………………………………………………79
        4.7.2  集成数值比较器…………………………………………………………………80
2 g8 O" C' L- b+ p! H    4.8  小结……………………………………………………………………………………83
    习题……………………………………………………………………………………………84
" W2 s$ h4 k# g# f9 [( k* f
第5章  触发器……………………………………………………………………………………88
    5.1  RS触发器………………………………………………………………………………88
        5.1.1  基本RS触发器…………………………………………………………………88
% p$ a( y: C0 M) H' l* [2 o        5.1.2  同步RS触发器…………………………………………………………………90
        5.1.3  主从RS触发器…………………………………………………………………93
        5.1.4  集成RS触发器…………………………………………………………………94
: e' m! v, H2 J# }5 ^0 e    5.2  JK触发器………………………………………………………………………………95
6 }! r+ [0 x5 @6 v7 T* L" k        5.2.1  主从JK触发器…………………………………………………………………95
        5.2.2  边沿JK触发器…………………………………………………………………97
/ j. x- F) w2 s# J( s1 m" E        5.2.3  集成JK触发器…………………………………………………………………98
" L  F  j6 S: N$ d2 z3 f/ E    5.3  D触发器与T触发器…………………………………………………………………99
        5.3.1  D触发器………………………………………………………………………99
        5.3.2  T触发器………………………………………………………………………101
    5.4  触发器的建立时间和保持时间………………………………………………………102
    5.5  小结……………………………………………………………………………………102
7 \4 Z8 t/ Q1 X. _/ u    习题…………………………………………………………………………………………104
+ ^  C5 o. C4 \! S0 i
第6章  时序逻辑电路…………………………………………………………………………109
8 e! f8 I2 X4 G) O2 K: C: ^. c    6.1  时序逻辑电路的基本概念……………………………………………………………109
- D, b9 e% ~0 z6 K9 `        6.1.1  时序逻辑电路的基本结构及特点……………………………………………109
        6.1.2  时序逻辑电路的分类…………………………………………………………110
1 F' {; c& u. K" ?# w9 ?        6.1.3  时序逻辑电路功能的描述方法………………………………………………110
    6.2  时序逻辑电路的分析…………………………………………………………………111
        6.2.1  分析时序逻辑电路的一般步骤………………………………………………111
        6.2.2  同步时序逻辑电路的分析举例………………………………………………112
* @9 h# _1 u+ ?' E        6.2.3  异步时序逻辑电路的分析举例………………………………………………117
% ?; ?* m8 `" h    6.3  同步时序电路的设计方法……………………………………………………………120
        6.3.1  同步时序逻辑电路设计的一般步骤…………………………………………120
& Z% x7 x' o5 E4 C( Z/ g' M        6.3.2  同步时序逻辑电路设计举例…………………………………………………121
    6.4  计数器…………………………………………………………………………………127
        6.4.1  二进制计数器…………………………………………………………………127
' p/ `" x+ P! U$ x) d) s        6.4.2  集成计数器……………………………………………………………………132
    6.5  寄存器…………………………………………………………………………………140
        6.5.1  并入-并出寄存器………………………………………………………………140
        6.5.2  串入-串出寄存器………………………………………………………………141
2 ]4 [3 w& o, o$ a  H        6.5.3  多功能寄存器…………………………………………………………………142
! L+ ^+ o1 k9 h! e    6.6  算法状态机……………………………………………………………………………144
        6.6.1  ASM图…………………………………………………………………………145
        6.6.2  设计举例………………………………………………………………………147
8 G; `; S5 u. a    6.7  小结……………………………………………………………………………………153
4 I" ]. w! a1 \; l+ N    习题…………………………………………………………………………………………154
4 r: w/ B; ~# m
第7章  半导体存储器和可编程逻辑器件……………………………………………………163
& n$ O7 h, A. ~' l( u) q    7.1  半导体存储器概述……………………………………………………………………163
" ^- I) }: Z8 \7 [        7.1.1  半导体存储器的分类…………………………………………………………163
7 s8 L0 a8 C- ]1 I' W        7.1.2  半导体存储器的基本结构……………………………………………………163
4 K4 q! i/ L! U        7.1.3  半导体存储器的技术指标……………………………………………………165
) t3 Y( D' p1 K& ~- L    7.2  随机存取存储器RAM………………………………………………………………165
        7.2.1  RAM存储单元…………………………………………………………………165
# B& J7 S1 g; B7 N0 J3 N, b        7.2.2  集成RAM简介………………………………………………………………168
        7.2.3  RAM存储容量的扩展………………………………………………………170
    7.3  只读存储器ROM……………………………………………………………………173
8 j& o8 }7 K$ T    7.4  可编程逻辑器件（PLD）……………………………………………………………175
  O5 w: v+ ~3 ?, f* O        7.4.1  PLD电路表示法………………………………………………………………175
% Y- x1 b- X1 }" L' G6 Y        7.4.2  可编程阵列逻辑器件…………………………………………………………179
9 S+ s7 m2 A- n8 x        7.4.3  可编程通用阵列逻辑器件……………………………………………………180
    7.5  小结……………………………………………………………………………………188
    习题…………………………………………………………………………………………189
# P1 B' j* }. v# J0 v$ f) q' v3 m
& k- T) ~( @! Q& @1 ~4 R第8章  脉冲波形的产生与变换………………………………………………………………193
    8.1  概述……………………………………………………………………………………193
9 V- s) z3 ]/ k* o        8.1.1  脉冲波形产生与变换电路的组成……………………………………………193
        8.1.2  555定时器……………………………………………………………………193
9 R: K* f3 Q: f( e    8.2  多谐振荡器……………………………………………………………………………195
& m- S! V# e2 C4 j7 U        8.2.1  由与非门组成的多谐振荡器…………………………………………………195
        8.2.2  石英晶体时钟脉冲发生器……………………………………………………197
        8.2.3  由555定时器组成的多谐振荡器……………………………………………199
    8.3  单稳态触发器…………………………………………………………………………201
. Y8 q2 E/ i" R/ o' y        8.3.1  由与非门组成的单稳态触发器………………………………………………201
        8.3.2  由555定时器组成的单稳态触发器…………………………………………203
    8.4  施密特触发器…………………………………………………………………………205
, K; L. i# [* X/ |) A! c    8.5  小结……………………………………………………………………………………207
0 H: R- _' V1 C* y- Z    习题…………………………………………………………………………………………208

第9章  数模和模数转换器……………………………………………………………………210
    9.1  D/A转换器……………………………………………………………………………210
        9.1.1  权电阻型D/A转换器…………………………………………………………210
        9.1.2  倒T形电阻网络D/A转换器…………………………………………………212
8 s( y8 d5 k- M% y  V) }4 e: B        9.1.3  D/A转换器的主要技术参数…………………………………………………214
) [4 P5 d. |# x/ l( L. B. h. b        9.1.4  集成D/A转换器………………………………………………………………214
    9.2  A/D转换器……………………………………………………………………………216
        9.2.1  采样-保持电路…………………………………………………………………216
        9.2.2  并行A/D转换器………………………………………………………………217
) j' k1 D1 A& ^8 v3 H; H        9.2.3  逐次逼近式A/D转换器………………………………………………………219
: W* y& V. f, N' a/ t1 S        9.2.4  双积分式A/D转换器…………………………………………………………222
    9.3  小结……………………………………………………………………………………224
- L+ J- [2 R+ P7 F, n: z" l- D    习题…………………………………………………………………………………………225
, g9 A; u0 C. }& N$ y3 m( _1 [
8 i, @5 C* p; k# \附录A  国家标准GB4728.12-85………………………………………………………………227
) J+ g1 d0 w4 Y- c5 N附录B  常用逻辑符号对照表…………………………………………………………………234
3 D7 [% q$ s3 F4 j, y- I1 T7 g附录C  TTL和CMOS逻辑门电路的技术参数………………………………………………236
附录D  国家标准GB3430-82《国产半导体集成电路型号命名法》…………………………237
部分习题答案……………………………………………………………………………………239
参考文献…………………………………………………………………………………………251