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
+ `/ D3 c" F2 f; J# b! a# |    1.1  数字电路的特点…………………………………………………………………………1
    1.2  数制………………………………………………………………………………………2
* \8 @; e% i* V# F. k% b3 H# J        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
    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
2 T- m) Z) s9 _1 h        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
    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
) }6 g5 R. f4 S; }1 @# C! Z        1.4.3  ASCII码…………………………………………………………………………7
. s6 X7 R; I3 K7 A5 W3 w0 p! P+ {    1.5  基本逻辑运算……………………………………………………………………………8
        1.5.1  与逻辑运算………………………………………………………………………8
        1.5.2  或逻辑运算………………………………………………………………………9
2 }8 X+ D3 g9 g1 ?1 B0 B" g9 ]        1.5.3  非逻辑运算………………………………………………………………………10
    1.6  小结……………………………………………………………………………………10     习题……………………………………………………………………………………………11

, V  u* |' T; K9 ^. B. L第2章  逻辑门电路………………………………………………………………………………12
    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
4 ]$ q$ w0 J0 N3 }8 T3 q        2.1.3  非门电路…………………………………………………………………………14
" p/ Y- f4 K8 E% q        2.1.4  复合逻辑门………………………………………………………………………15
0 f0 S+ P7 j& b- Y        2.1.5  正逻辑和负逻辑…………………………………………………………………15
+ W4 w+ r% C+ r- l4 T8 e    2.2  TTL数字集成逻辑门电路……………………………………………………………16
+ t8 ^& U/ s) m1 z! ~        2.2.1  基本TTL与非门工作原理……………………………………………………16
" T* M& Q% ?& t8 U        2.2.2  TTL与非门的技术参数…………………………………………………………17
        2.2.3  TTL集电极开路门………………………………………………………………21
        2.2.4  三态门……………………………………………………………………………23
    2.3  ECL逻辑门电路………………………………………………………………………24
$ y# r7 w7 y) m4 P        2.3.1  电路的基本结构…………………………………………………………………24
) h6 @- r7 c* ~# Q        2.3.2  ECL门的工作特点……………………………………………………………26
    2.4  其他双极型逻辑门……………………………………………………………………26
6 D; P1 a& j+ {% R        2.4.1  高阈值逻辑电路…………………………………………………………………26
        2.4.2  集成注入逻辑电路………………………………………………………………26
$ g' S% ~/ ?1 F' g* c6 c9 R    2.5  MOS逻辑门电路………………………………………………………………………27
        2.5.1  MOS场效应管及其开关特性…………………………………………………27
+ o4 N5 p7 k/ H        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
- B  e# ?/ U, M8 J7 @6 `4 i        2.6.1  电源………………………………………………………………………………31
        2.6.2  输出端的连接……………………………………………………………………31
' A6 a" T& [  Z' Y5 F        2.6.3  不用输入端的处理………………………………………………………………31
. z" @0 ^3 }* I2 [/ i        2.6.4  负载使用…………………………………………………………………………31
' @7 c" f( C( X" X4 ?        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
    2.7  小结……………………………………………………………………………………32
/ S6 {6 Z1 f; a    习题……………………………………………………………………………………………33

第3章  逻辑代数与逻辑函数……………………………………………………………………36
" `0 C7 Q0 n: r6 x    3.1  基本逻辑运算…………………………………………………………………………36
2 E3 J1 l# x4 M" S/ P. l        3.1.1  基本运算公式……………………………………………………………………36
        3.1.2  基本运算定律……………………………………………………………………36
6 ~  a9 ^/ s9 p( p6 X9 Z" s6 V        3.1.3  基本运算规则……………………………………………………………………37
, j$ x+ m" o3 g+ B3 S  R    3.2  逻辑函数的变换和化简………………………………………………………………38
# d, D+ t$ ~1 L$ m        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
    3.3  逻辑函数的卡诺图化简法……………………………………………………………40
# Z' D  Y% G$ M2 x7 T. w9 ?        3.3.1  最小项…………………………………………………………………………40
        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
! f( W6 g5 G: `1 L- A8 e5 a        3.3.5  逻辑函数的卡诺图化简…………………………………………………………44
6 W0 r0 ^4 v: H4 O/ L  S    3.4  逻辑函数门电路的实现………………………………………………………………47
    3.5  小结……………………………………………………………………………………48
    习题…………………………………………………………………………………………48
5 K% x( |! J6 I$ U' T
, ^. _; j! F5 O. M第4章  组合逻辑电路……………………………………………………………………………51
% G, D' C3 a3 o' V) L' ~' X( ^4 e    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 \) ]0 e2 |# z3 F) e2 O        4.1.2  组合逻辑电路的设计……………………………………………………………53
  F) N, L9 ?& d    4.2  组合逻辑电路的竞争冒险……………………………………………………………55
+ ~# B7 r7 K! M( ?  j. E. p        4.2.1  产生竞争冒险的原因……………………………………………………………55
; h1 k/ }- c; v: [- [        4.2.2  竞争冒险的消除…………………………………………………………………56
& L# d  Q* H* ]2 V    4.3  编码器…………………………………………………………………………………57
        4.3.1  编码器的工作原理………………………………………………………………57
        4.3.2  集成电路编码器…………………………………………………………………59
    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
    4.6  加法器与算术逻辑单元………………………………………………………………73
, s# X) B6 ^5 D, @        4.6.1  半加器……………………………………………………………………………74
        4.6.2  全加器……………………………………………………………………………74
' P' R6 |8 U8 c! n/ t% L+ r6 S0 {9 F# y        4.6.3  多位加法器………………………………………………………………………75
  l& A$ x) O! Z) v3 s  N' n8 x8 x        4.6.4  算术逻辑单元……………………………………………………………………78
- w! |  o5 l9 ^7 |. @" y- g" t    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
' E- N' U. E# r4 }& |% I- w    习题……………………………………………………………………………………………84

第5章  触发器……………………………………………………………………………………88
    5.1  RS触发器………………………………………………………………………………88
" ]# |' ^  q: m4 i        5.1.1  基本RS触发器…………………………………………………………………88
        5.1.2  同步RS触发器…………………………………………………………………90
        5.1.3  主从RS触发器…………………………………………………………………93
5 P2 l7 ?9 {3 V4 q  e        5.1.4  集成RS触发器…………………………………………………………………94
% V4 @* n9 C( h6 g: c5 K; R    5.2  JK触发器………………………………………………………………………………95
  I8 a( E& z3 u, c2 A$ H* d1 m" j, q        5.2.1  主从JK触发器…………………………………………………………………95
2 \! r% g2 K# ~, b3 ~- u$ I! a        5.2.2  边沿JK触发器…………………………………………………………………97
        5.2.3  集成JK触发器…………………………………………………………………98
* l. L0 R" L9 Z    5.3  D触发器与T触发器…………………………………………………………………99
7 h- C+ T8 ]3 D! E: n. f- J8 u        5.3.1  D触发器………………………………………………………………………99
0 S$ `7 R/ o- C+ |" n5 B        5.3.2  T触发器………………………………………………………………………101
    5.4  触发器的建立时间和保持时间………………………………………………………102
+ N# o) O: x4 Q' S; r6 A: m" x' ?    5.5  小结……………………………………………………………………………………102
! ?& ]6 [* Y$ L6 W5 s% U9 A    习题…………………………………………………………………………………………104

第6章  时序逻辑电路…………………………………………………………………………109
6 J9 t' W( {7 `9 u9 n6 }    6.1  时序逻辑电路的基本概念……………………………………………………………109
+ N0 {! d' k8 K        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
$ l6 A3 s" q2 i  h$ g) D9 t        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 I! o# w3 v- Q5 _. S0 T% R8 E- _8 z, ^        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
$ C5 F9 _  R1 [+ |3 N    6.3  同步时序电路的设计方法……………………………………………………………120
; ^8 R( `* r* F: l4 @        6.3.1  同步时序逻辑电路设计的一般步骤…………………………………………120
        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
        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
: S1 }, v3 s1 k4 E        6.5.2  串入-串出寄存器………………………………………………………………141
4 }7 l, D5 N9 d. c# x/ p        6.5.3  多功能寄存器…………………………………………………………………142
" {, N/ j+ U+ n" f0 c+ N" k# U    6.6  算法状态机……………………………………………………………………………144
( N: [6 q: P5 Y* d0 H6 x2 l8 a1 n4 l, _        6.6.1  ASM图…………………………………………………………………………145
        6.6.2  设计举例………………………………………………………………………147
    6.7  小结……………………………………………………………………………………153
' }) u; v- b' P; N    习题…………………………………………………………………………………………154

) H* B; ~4 f4 n  p# F# Z' r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
4 T, v# U" I/ k2 b2 f        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
# Z6 o4 c+ W( n+ L/ t        7.1.3  半导体存储器的技术指标……………………………………………………165
( y7 c  u% a, j' b2 n7 T    7.2  随机存取存储器RAM………………………………………………………………165
! _4 @0 T& D+ B6 q% |; y0 a0 v        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
( x  h* A" K+ |8 K; O. m    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
6 ~7 `9 c1 j9 J# P2 s        7.4.2  可编程阵列逻辑器件…………………………………………………………179
4 e! c+ m+ @" G; v. e        7.4.3  可编程通用阵列逻辑器件……………………………………………………180
    7.5  小结……………………………………………………………………………………188
    习题…………………………………………………………………………………………189
: s1 @% _1 x' f; B+ f
第8章  脉冲波形的产生与变换………………………………………………………………193
1 W1 E7 b8 c, B' u    8.1  概述……………………………………………………………………………………193
4 r2 m* x+ }! @  k/ q% ^        8.1.1  脉冲波形产生与变换电路的组成……………………………………………193
+ |- t1 N. {. ?8 K) _8 e) q        8.1.2  555定时器……………………………………………………………………193
. N: D) u/ }3 i    8.2  多谐振荡器……………………………………………………………………………195
        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
9 N) f/ o8 h5 {  U! e8 C7 V        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 e- ]& V5 D* L0 |: k. K        8.3.1  由与非门组成的单稳态触发器………………………………………………201
6 R* e8 R) B) s+ L        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
    8.5  小结……………………………………………………………………………………207
7 `$ W( Z8 f! L3 J4 X    习题…………………………………………………………………………………………208
, Y+ t) k2 ^2 H5 V! g4 y
/ W9 R2 [' Y) {3 x% G9 r2 B第9章  数模和模数转换器……………………………………………………………………210
    9.1  D/A转换器……………………………………………………………………………210
# g9 |5 S: D, c) T        9.1.1  权电阻型D/A转换器…………………………………………………………210
/ X) L' f2 ~8 c4 C% [+ R        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
3 ]( h$ C+ g8 U: x: @6 Z) w% v    9.2  A/D转换器……………………………………………………………………………216
+ ^6 o3 A, w8 w; m( J1 }7 e        9.2.1  采样-保持电路…………………………………………………………………216
' {/ A% O* B  [1 h8 `" A        9.2.2  并行A/D转换器………………………………………………………………217
        9.2.3  逐次逼近式A/D转换器………………………………………………………219
8 n, u9 t3 j7 \/ ]        9.2.4  双积分式A/D转换器…………………………………………………………222
! d9 V3 G- U$ ]3 `7 [3 F0 g; e' F    9.3  小结……………………………………………………………………………………224
    习题…………………………………………………………………………………………225

附录A  国家标准GB4728.12-85………………………………………………………………227
* U: h$ a( }2 U0 m/ [3 K* v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
) Q9 }9 O$ o% M  W* Y! F部分习题答案……………………………………………………………………………………239
参考文献…………………………………………………………………………………………251