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
    1.1  数字电路的特点…………………………………………………………………………1
    1.2  数制………………………………………………………………………………………2
        1.2.1  十进制……………………………………………………………………………2
- O5 o) ?; c0 T7 [        1.2.2  二进制……………………………………………………………………………2
        1.2.3  十六进制…………………………………………………………………………3
7 q0 G1 Q4 o5 O7 j. N' w        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
* b( Z+ U# h9 L# S, H        1.3.1  二、十六进制数转换成十进制数…………………………………………………4
        1.3.2  二进制与十六进制数之间的转换………………………………………………4
        1.3.3  十进制数转换成二、十六进制数………………………………………………5
& k3 K6 f" G+ R* M! |* T# x    1.4  二进制代码………………………………………………………………………………6
* g9 `4 G  ?5 O( w( C* b        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
) [% O1 ?! t: e! ~    1.5  基本逻辑运算……………………………………………………………………………8
) H3 X1 n! N' e8 h8 ~; r0 x3 ^        1.5.1  与逻辑运算………………………………………………………………………8
8 P2 w& h6 y9 i# Y! J  d        1.5.2  或逻辑运算………………………………………………………………………9
+ Y8 Q, m) x, ^( ^        1.5.3  非逻辑运算………………………………………………………………………10
    1.6  小结……………………………………………………………………………………10     习题……………………………………………………………………………………………11

第2章  逻辑门电路………………………………………………………………………………12
% Q- c. A/ a$ R3 X0 `9 c    2.1  基本逻辑门电路………………………………………………………………………12
        2.1.1  与门电路…………………………………………………………………………12
        2.1.2  或门电路…………………………………………………………………………13
        2.1.3  非门电路…………………………………………………………………………14
        2.1.4  复合逻辑门………………………………………………………………………15
. U( Y- N* c- T  l) U5 u        2.1.5  正逻辑和负逻辑…………………………………………………………………15
; J$ ?. t4 x) A/ b    2.2  TTL数字集成逻辑门电路……………………………………………………………16
( p5 e) O* z: l; f        2.2.1  基本TTL与非门工作原理……………………………………………………16
        2.2.2  TTL与非门的技术参数…………………………………………………………17
  g4 G3 u) y+ J7 P4 T7 U        2.2.3  TTL集电极开路门………………………………………………………………21
9 q  w9 a( b! _        2.2.4  三态门……………………………………………………………………………23
$ q0 I4 }8 c- |+ G3 v1 P0 Z    2.3  ECL逻辑门电路………………………………………………………………………24
        2.3.1  电路的基本结构…………………………………………………………………24
2 I* U  ^/ p: h: @4 w- I6 k! P        2.3.2  ECL门的工作特点……………………………………………………………26
" Y" w. }7 i, ]4 W' d# s& P    2.4  其他双极型逻辑门……………………………………………………………………26
        2.4.1  高阈值逻辑电路…………………………………………………………………26
        2.4.2  集成注入逻辑电路………………………………………………………………26
& u" o2 {3 j5 F    2.5  MOS逻辑门电路………………………………………………………………………27
) j- m' L7 w2 c( R3 y        2.5.1  MOS场效应管及其开关特性…………………………………………………27
9 ^" M& n+ j1 b% K8 T$ d# ]        2.5.2  NMOS逻辑电路………………………………………………………………28
        2.5.3  CMOS逻辑电路………………………………………………………………29
    2.6  数字集成电路使用中应注意的问题…………………………………………………31
* ^" Z. K* c2 p. \7 O. u        2.6.1  电源………………………………………………………………………………31
        2.6.2  输出端的连接……………………………………………………………………31
+ j) m# e! J# U; `* y        2.6.3  不用输入端的处理………………………………………………………………31
$ [% l# |  w. X! J        2.6.4  负载使用…………………………………………………………………………31
        2.6.5  CMOS电路的储电防护…………………………………………………………31
5 J' l3 U! G- Y9 \        2.6.6  CMOS电路与TTL电路的连接………………………………………………32
    2.7  小结……………………………………………………………………………………32
    习题……………………………………………………………………………………………33
$ Y/ C- z( z' c6 D! d
第3章  逻辑代数与逻辑函数……………………………………………………………………36
    3.1  基本逻辑运算…………………………………………………………………………36
! V# i/ O; K3 t2 i        3.1.1  基本运算公式……………………………………………………………………36
        3.1.2  基本运算定律……………………………………………………………………36
! U/ f1 b& G! q& k& G, e        3.1.3  基本运算规则……………………………………………………………………37
  V/ _$ u* r* q: {6 B    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
/ J' I7 Z* r+ s, [# \+ T& \# _        3.2.2  逻辑函数代数法化简……………………………………………………………39
    3.3  逻辑函数的卡诺图化简法……………………………………………………………40
        3.3.1  最小项…………………………………………………………………………40
, G4 R+ Q5 S4 Q. N- ?        3.3.2  逻辑函数的最小项表达式………………………………………………………41
        3.3.3  卡诺图……………………………………………………………………………42
: `5 |2 B3 S/ K) E        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
! t& D- F1 z" p3 F$ D$ l    3.4  逻辑函数门电路的实现………………………………………………………………47
0 v% Y1 J; \& h" L    3.5  小结……………………………………………………………………………………48
% h/ ~+ }& D  z) y! S    习题…………………………………………………………………………………………48

第4章  组合逻辑电路……………………………………………………………………………51
. f9 B) ]/ T8 z! n9 p8 L    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
        4.1.2  组合逻辑电路的设计……………………………………………………………53
    4.2  组合逻辑电路的竞争冒险……………………………………………………………55
6 t# w4 C9 o3 A$ w5 x        4.2.1  产生竞争冒险的原因……………………………………………………………55
1 F6 h* D' s3 K0 @        4.2.2  竞争冒险的消除…………………………………………………………………56
7 k- A& x7 V: r7 u" L, R! P    4.3  编码器…………………………………………………………………………………57
+ d1 Z: _0 t2 a* N: ]        4.3.1  编码器的工作原理………………………………………………………………57
        4.3.2  集成电路编码器…………………………………………………………………59
6 U$ n  y6 u6 n; x    4.4  译码器…………………………………………………………………………………63
8 H% D# J4 c% Q        4.4.1  惟一地址译码器…………………………………………………………………63
! l* O( h+ O' J% v        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
$ z$ D& C  |/ @' T: m2 ?; ]        4.5.2  数据选择器………………………………………………………………………71
    4.6  加法器与算术逻辑单元………………………………………………………………73
        4.6.1  半加器……………………………………………………………………………74
        4.6.2  全加器……………………………………………………………………………74
3 D$ U; o' @" y  B- B  @% W        4.6.3  多位加法器………………………………………………………………………75
        4.6.4  算术逻辑单元……………………………………………………………………78
    4.7  数值比较器……………………………………………………………………………79
0 R. W' {1 f5 W# E0 p8 e- Z        4.7.1  比较器的构成原理………………………………………………………………79
( T" o. j8 Z' d4 v) B! m        4.7.2  集成数值比较器…………………………………………………………………80
! [: p- }% o" O, T/ ?    4.8  小结……………………………………………………………………………………83
    习题……………………………………………………………………………………………84
: O, ?/ v6 g# c, N: @
( g% e; u1 G' i$ z: x: b$ f1 b第5章  触发器……………………………………………………………………………………88
    5.1  RS触发器………………………………………………………………………………88
        5.1.1  基本RS触发器…………………………………………………………………88
1 X: h. a; n6 F/ ^( d: n: b        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
    5.2  JK触发器………………………………………………………………………………95
        5.2.1  主从JK触发器…………………………………………………………………95
0 J  e1 P  j: {7 b        5.2.2  边沿JK触发器…………………………………………………………………97
$ c' Y0 k1 ?9 N0 L% K        5.2.3  集成JK触发器…………………………………………………………………98
0 c& w5 P# Q3 w$ j. G7 x    5.3  D触发器与T触发器…………………………………………………………………99
        5.3.1  D触发器………………………………………………………………………99
; B' s5 h# i* t        5.3.2  T触发器………………………………………………………………………101
6 L, Q% ]% Z. E) c  \" F) u& D    5.4  触发器的建立时间和保持时间………………………………………………………102
3 Y: c3 O  }9 m5 Z    5.5  小结……………………………………………………………………………………102
    习题…………………………………………………………………………………………104
: W2 i/ ~5 \' p8 o
; A0 F, d. c) y  q9 y: C9 M第6章  时序逻辑电路…………………………………………………………………………109
- l# Y, u# w! }  y' B- o5 z3 k$ ?3 _& g8 }    6.1  时序逻辑电路的基本概念……………………………………………………………109
/ u# t; e9 {$ e4 O0 \; [( F& f        6.1.1  时序逻辑电路的基本结构及特点……………………………………………109
) d+ [  B* Z' ~# t8 R% n: c        6.1.2  时序逻辑电路的分类…………………………………………………………110
        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
  j* L9 W  E" d: f/ _        6.2.1  分析时序逻辑电路的一般步骤………………………………………………111
  h% _- j; C+ e, `8 M        6.2.2  同步时序逻辑电路的分析举例………………………………………………112
+ }3 l) p/ A" C: m9 w( D/ |        6.2.3  异步时序逻辑电路的分析举例………………………………………………117
7 E" m; U& Z) J$ J8 W: `    6.3  同步时序电路的设计方法……………………………………………………………120
3 L3 B/ Q0 v, }- w0 \        6.3.1  同步时序逻辑电路设计的一般步骤…………………………………………120
, ^" q- v$ T. ]4 _3 ~3 `        6.3.2  同步时序逻辑电路设计举例…………………………………………………121
    6.4  计数器…………………………………………………………………………………127
  t. R" z( \3 h        6.4.1  二进制计数器…………………………………………………………………127
        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
# s- p/ E( o* w$ V        6.5.3  多功能寄存器…………………………………………………………………142
    6.6  算法状态机……………………………………………………………………………144
+ X/ [6 Y* t; v8 D  `5 q. U3 L        6.6.1  ASM图…………………………………………………………………………145
        6.6.2  设计举例………………………………………………………………………147
. m# X# V, {5 i$ L" d    6.7  小结……………………………………………………………………………………153
" ]" Y) i! y. J0 W    习题…………………………………………………………………………………………154
4 Y5 k( t1 u/ ]' i+ O! k
第7章  半导体存储器和可编程逻辑器件……………………………………………………163
    7.1  半导体存储器概述……………………………………………………………………163
" `- K7 c! h1 ~8 Q8 ~        7.1.1  半导体存储器的分类…………………………………………………………163
        7.1.2  半导体存储器的基本结构……………………………………………………163
        7.1.3  半导体存储器的技术指标……………………………………………………165
    7.2  随机存取存储器RAM………………………………………………………………165
5 Q4 t) ^( j6 o# k4 E. k        7.2.1  RAM存储单元…………………………………………………………………165
        7.2.2  集成RAM简介………………………………………………………………168
        7.2.3  RAM存储容量的扩展………………………………………………………170
8 A( j$ J/ e! g; d  ^    7.3  只读存储器ROM……………………………………………………………………173
/ K+ i6 R% F: Q" L    7.4  可编程逻辑器件（PLD）……………………………………………………………175
$ r! p. q6 X$ ^( a2 E/ a6 d        7.4.1  PLD电路表示法………………………………………………………………175
2 a% S, K. \# ~+ Z( f3 l        7.4.2  可编程阵列逻辑器件…………………………………………………………179
0 }* e5 j0 J6 F% H9 l) {1 o- S0 h        7.4.3  可编程通用阵列逻辑器件……………………………………………………180
  M0 G. |- l( e, F& ?* i    7.5  小结……………………………………………………………………………………188
    习题…………………………………………………………………………………………189

第8章  脉冲波形的产生与变换………………………………………………………………193
    8.1  概述……………………………………………………………………………………193
        8.1.1  脉冲波形产生与变换电路的组成……………………………………………193
$ Z5 ?. o; S7 V6 h+ ^        8.1.2  555定时器……………………………………………………………………193
    8.2  多谐振荡器……………………………………………………………………………195
        8.2.1  由与非门组成的多谐振荡器…………………………………………………195
7 E6 k/ g5 t$ N* l3 d9 d6 g2 {        8.2.2  石英晶体时钟脉冲发生器……………………………………………………197
+ }/ c0 v3 G" X; {        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
4 o0 ]. |. o0 T. v: S6 y0 M& H        8.3.1  由与非门组成的单稳态触发器………………………………………………201
2 R9 W  P5 {( v5 t        8.3.2  由555定时器组成的单稳态触发器…………………………………………203
" a- Y8 V: ~0 R" P2 y8 _    8.4  施密特触发器…………………………………………………………………………205
; ~) [! ^4 F6 n% b    8.5  小结……………………………………………………………………………………207
$ U! k1 e$ n; F3 \4 Q/ w$ d    习题…………………………………………………………………………………………208

" H+ o% z8 `2 p2 z5 M* |第9章  数模和模数转换器……………………………………………………………………210
& ~9 ^1 g% |6 h* t    9.1  D/A转换器……………………………………………………………………………210
/ Z  A% K! g  F6 _% \$ Q0 ]        9.1.1  权电阻型D/A转换器…………………………………………………………210
* G/ Z& J4 `/ _1 Y        9.1.2  倒T形电阻网络D/A转换器…………………………………………………212
        9.1.3  D/A转换器的主要技术参数…………………………………………………214
        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
/ o6 k+ B% u4 R! o        9.2.2  并行A/D转换器………………………………………………………………217
; M# d: J4 j) S3 j4 J3 n" u        9.2.3  逐次逼近式A/D转换器………………………………………………………219
1 U. S1 v1 u  b& I        9.2.4  双积分式A/D转换器…………………………………………………………222
    9.3  小结……………………………………………………………………………………224
; Q8 y3 C, Z+ v+ B    习题…………………………………………………………………………………………225
: \- E6 P/ A9 ]( ^
* L7 q, x! M. o' |附录A  国家标准GB4728.12-85………………………………………………………………227
附录B  常用逻辑符号对照表…………………………………………………………………234
附录C  TTL和CMOS逻辑门电路的技术参数………………………………………………236
, U+ l! H- |1 z- Y% V: @/ ?附录D  国家标准GB3430-82《国产半导体集成电路型号命名法》…………………………237
; m0 E8 D6 I( ?部分习题答案……………………………………………………………………………………239
; {7 V/ k, N% Z' d6 a5 y参考文献…………………………………………………………………………………………251