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
        1.2.2  二进制……………………………………………………………………………2
        1.2.3  十六进制…………………………………………………………………………3
        1.2.4  不同进制数的表示符号…………………………………………………………3
3 |% B3 \0 t. w$ b: o    1.3  不同进制数之间的转换…………………………………………………………………4
        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
4 o/ }- f' N# Z* s% i& \        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
+ v% P* J! Z0 f# R3 ^8 M) f' o/ R! Q        1.4.1  自然二进制代码…………………………………………………………………6
, X8 ]& K  B6 C) P. }4 ^        1.4.2  二-十进制代码(BCD码)…………………………………………………………6
        1.4.3  ASCII码…………………………………………………………………………7
3 @- g$ Q  S6 |0 X) a3 a    1.5  基本逻辑运算……………………………………………………………………………8
5 o/ D! H9 }: i8 U; v# `4 |        1.5.1  与逻辑运算………………………………………………………………………8
        1.5.2  或逻辑运算………………………………………………………………………9
        1.5.3  非逻辑运算………………………………………………………………………10
& s9 {9 H) J1 K. v9 w$ N    1.6  小结……………………………………………………………………………………10     习题……………………………………………………………………………………………11
# l5 L8 P* @) a5 o
2 ?8 P( q* }2 q, Z( I) A第2章  逻辑门电路………………………………………………………………………………12
# |9 j  B, f; d% t& ^2 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
7 P, g. z$ H3 X( X, S        2.1.3  非门电路…………………………………………………………………………14
, U  L8 N" R1 z# W" I        2.1.4  复合逻辑门………………………………………………………………………15
+ W1 ?1 L: }+ v9 V3 V  r        2.1.5  正逻辑和负逻辑…………………………………………………………………15
    2.2  TTL数字集成逻辑门电路……………………………………………………………16
        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
( V- ?2 p9 I8 C9 y  v        2.2.3  TTL集电极开路门………………………………………………………………21
3 `" h8 A" q. A$ ^        2.2.4  三态门……………………………………………………………………………23
    2.3  ECL逻辑门电路………………………………………………………………………24
  C: j; u0 g/ S* K9 C* O4 H        2.3.1  电路的基本结构…………………………………………………………………24
2 T6 m0 p4 z8 r3 l8 N) C" P        2.3.2  ECL门的工作特点……………………………………………………………26
5 q+ e6 M5 c  y  Z$ o1 B    2.4  其他双极型逻辑门……………………………………………………………………26
        2.4.1  高阈值逻辑电路…………………………………………………………………26
! u8 P: I! }6 @. O/ Z        2.4.2  集成注入逻辑电路………………………………………………………………26
    2.5  MOS逻辑门电路………………………………………………………………………27
        2.5.1  MOS场效应管及其开关特性…………………………………………………27
        2.5.2  NMOS逻辑电路………………………………………………………………28
7 @0 h) V; T- |" V" p8 C$ E; d! L$ X        2.5.3  CMOS逻辑电路………………………………………………………………29
5 s8 m5 K; O. l" v' X5 G9 i" {1 _5 A    2.6  数字集成电路使用中应注意的问题…………………………………………………31
0 D3 }' _+ F; `& l" p7 F        2.6.1  电源………………………………………………………………………………31
        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
4 x' A. G8 w8 [        2.6.5  CMOS电路的储电防护…………………………………………………………31
5 b) ^1 O, F" R+ l2 i5 z/ B        2.6.6  CMOS电路与TTL电路的连接………………………………………………32
5 W0 F" c  j1 K# R6 y5 i9 p    2.7  小结……………………………………………………………………………………32
, p4 m% q' ^# y9 ?3 V8 B    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
        3.1.1  基本运算公式……………………………………………………………………36
& K5 X. u9 m, d  i1 q2 W! {        3.1.2  基本运算定律……………………………………………………………………36
        3.1.3  基本运算规则……………………………………………………………………37
' H$ w* Y$ ]3 p! Z- Q    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
% E) o' t3 B- G9 T4 ^; I    3.3  逻辑函数的卡诺图化简法……………………………………………………………40
2 [6 t5 u% ?1 `9 r: i        3.3.1  最小项…………………………………………………………………………40
/ h& v5 w" P6 ^0 ]1 I. J; X+ r, g        3.3.2  逻辑函数的最小项表达式………………………………………………………41
        3.3.3  卡诺图……………………………………………………………………………42
        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
& N7 s; ~# h7 K! z& w# \5 o( v/ z6 t    3.4  逻辑函数门电路的实现………………………………………………………………47
    3.5  小结……………………………………………………………………………………48
- S5 S3 X: {3 N5 K; a" q    习题…………………………………………………………………………………………48

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
& D, x1 L' @1 d' ]+ q9 U- o4 \        4.1.1  组合逻辑电路的分析……………………………………………………………51
& \- X! h% V7 f( s        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
        4.2.1  产生竞争冒险的原因……………………………………………………………55
* r7 D# b$ i( a4 z8 Z$ I( n/ A% Z        4.2.2  竞争冒险的消除…………………………………………………………………56
$ X4 N; T8 P+ j% g    4.3  编码器…………………………………………………………………………………57
; p  @4 k7 W& O+ l% t+ \        4.3.1  编码器的工作原理………………………………………………………………57
; }& {& n+ M+ D0 b2 T. o+ t& Z        4.3.2  集成电路编码器…………………………………………………………………59
) i: i% [& B* b' Q    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
, [+ r) ]! P  d' y, o" Q  _        4.5.1  数据分配器………………………………………………………………………69
        4.5.2  数据选择器………………………………………………………………………71
4 _' B0 }7 C0 @( G, y' E% v3 ]1 _+ i    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
) s* O% b2 T& U1 L3 _: d! c, m3 o& a        4.6.3  多位加法器………………………………………………………………………75
        4.6.4  算术逻辑单元……………………………………………………………………78
& _" Z/ Q1 T5 Y    4.7  数值比较器……………………………………………………………………………79
        4.7.1  比较器的构成原理………………………………………………………………79
        4.7.2  集成数值比较器…………………………………………………………………80
    4.8  小结……………………………………………………………………………………83
    习题……………………………………………………………………………………………84

+ R  _' e+ E" R6 S1 x. o& i第5章  触发器……………………………………………………………………………………88
    5.1  RS触发器………………………………………………………………………………88
/ S. H/ P# X3 Q* w! E5 V        5.1.1  基本RS触发器…………………………………………………………………88
        5.1.2  同步RS触发器…………………………………………………………………90
( l  t& L) I* X; j        5.1.3  主从RS触发器…………………………………………………………………93
% Z( J" o4 m4 ^2 J8 _6 n        5.1.4  集成RS触发器…………………………………………………………………94
+ g; X- ~# v/ b% M) @# j5 n    5.2  JK触发器………………………………………………………………………………95
        5.2.1  主从JK触发器…………………………………………………………………95
# T7 F8 t* {) M! }% E' Q4 T        5.2.2  边沿JK触发器…………………………………………………………………97
        5.2.3  集成JK触发器…………………………………………………………………98
. H1 A0 z5 y$ F0 _( U    5.3  D触发器与T触发器…………………………………………………………………99
        5.3.1  D触发器………………………………………………………………………99
2 x4 ~3 ]2 F* `: e        5.3.2  T触发器………………………………………………………………………101
! H1 Y. |  B4 i* C! h    5.4  触发器的建立时间和保持时间………………………………………………………102
    5.5  小结……………………………………………………………………………………102
, L) |' p2 X- i    习题…………………………………………………………………………………………104
8 J- m5 |# [- [4 V. h
第6章  时序逻辑电路…………………………………………………………………………109
    6.1  时序逻辑电路的基本概念……………………………………………………………109
+ {: n, e0 [5 w* \3 F" [        6.1.1  时序逻辑电路的基本结构及特点……………………………………………109
: a! T# H+ o" ?# f+ }        6.1.2  时序逻辑电路的分类…………………………………………………………110
2 B" E) W! C% K: _) f! q1 N- K        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
8 z4 l6 ^( a& a& U) z2 P        6.2.2  同步时序逻辑电路的分析举例………………………………………………112
        6.2.3  异步时序逻辑电路的分析举例………………………………………………117
2 p0 }/ E8 p3 z$ a    6.3  同步时序电路的设计方法……………………………………………………………120
0 i8 Y, f* ]7 o2 f! j9 R4 _7 j        6.3.1  同步时序逻辑电路设计的一般步骤…………………………………………120
8 K: M& {7 ^' K4 g! ^4 [) 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
( ?$ N. a: h7 D1 P, a9 c3 J& Q        6.4.2  集成计数器……………………………………………………………………132
    6.5  寄存器…………………………………………………………………………………140
8 f3 Q. `( K  x, m" e        6.5.1  并入-并出寄存器………………………………………………………………140
! S) T9 w" g# d+ s  P" k: z        6.5.2  串入-串出寄存器………………………………………………………………141
, n1 @1 s/ u0 ~6 Z! a4 y* S        6.5.3  多功能寄存器…………………………………………………………………142
    6.6  算法状态机……………………………………………………………………………144
3 P8 C9 ^" ?; O, {/ D' w: t        6.6.1  ASM图…………………………………………………………………………145
+ S" ?" m" C' Z; G3 k+ f/ z7 p- n0 x        6.6.2  设计举例………………………………………………………………………147
/ ?5 M  n5 s8 H; N% W- ~! L' H+ |8 D1 T    6.7  小结……………………………………………………………………………………153
4 G, |5 p( b  ~    习题…………………………………………………………………………………………154
3 x: ]" V) i6 z' v+ `+ x# t
/ J, [% U7 B: s/ F1 v0 z6 {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
: C! H0 F# B' O0 j, k        7.1.1  半导体存储器的分类…………………………………………………………163
) c* R( ^( Q7 B( t. ?        7.1.2  半导体存储器的基本结构……………………………………………………163
3 Q* I' A- H7 I        7.1.3  半导体存储器的技术指标……………………………………………………165
% J7 q, |( n6 S3 R* I; z0 F0 @    7.2  随机存取存储器RAM………………………………………………………………165
        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
    7.3  只读存储器ROM……………………………………………………………………173
    7.4  可编程逻辑器件（PLD）……………………………………………………………175
        7.4.1  PLD电路表示法………………………………………………………………175
9 R7 ]" }% J  G; m$ T( H        7.4.2  可编程阵列逻辑器件…………………………………………………………179
& F4 d3 f' ]5 j4 }& p9 _7 w. @        7.4.3  可编程通用阵列逻辑器件……………………………………………………180
# {% I8 p- d( u    7.5  小结……………………………………………………………………………………188
( K8 X5 R; j  f! h$ f; _    习题…………………………………………………………………………………………189
/ [( n4 x$ F1 G! P) p
第8章  脉冲波形的产生与变换………………………………………………………………193
6 G* J% R8 [9 _( ?0 y  z    8.1  概述……………………………………………………………………………………193
        8.1.1  脉冲波形产生与变换电路的组成……………………………………………193
6 H! }' V. E6 w. q5 Z0 l# N, j        8.1.2  555定时器……………………………………………………………………193
    8.2  多谐振荡器……………………………………………………………………………195
+ U. k0 h) w! H3 ~        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
; F8 s0 n3 r5 [2 R( n9 M        8.3.1  由与非门组成的单稳态触发器………………………………………………201
7 _  K6 b9 [4 `4 E2 ]        8.3.2  由555定时器组成的单稳态触发器…………………………………………203
3 ]2 R% h$ ~2 h8 T8 e  U    8.4  施密特触发器…………………………………………………………………………205
    8.5  小结……………………………………………………………………………………207
    习题…………………………………………………………………………………………208
% Q! [! L7 V2 \! J
5 ^' P" U7 m) l0 T. \( q- ~3 {4 `第9章  数模和模数转换器……………………………………………………………………210
1 w! G3 u8 t) F* O! y4 E7 ^* O# |    9.1  D/A转换器……………………………………………………………………………210
0 V/ q* \! l& o% `        9.1.1  权电阻型D/A转换器…………………………………………………………210
% A& h5 s- g( n8 O        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
        9.2.2  并行A/D转换器………………………………………………………………217
) b3 c6 ]% X4 t% r        9.2.3  逐次逼近式A/D转换器………………………………………………………219
        9.2.4  双积分式A/D转换器…………………………………………………………222
    9.3  小结……………………………………………………………………………………224
! s3 x% p* t/ s" o) Q    习题…………………………………………………………………………………………225
% t) y1 b; f0 g: o- _! l
附录A  国家标准GB4728.12-85………………………………………………………………227
) F8 a  H3 @! b6 r) ^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
附录D  国家标准GB3430-82《国产半导体集成电路型号命名法》…………………………237
9 W0 w' x" v9 l部分习题答案……………………………………………………………………………………239
参考文献…………………………………………………………………………………………251