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徐秀平 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121110887

商品编码：29729625070

包装：平装

出版时间：2010-07-01

基本信息

书名:数字电路与逻辑设计

：25.00元

售价：17.5元,便宜7.5元,折扣70

作者:徐秀平

出版社：电子工业出版社

出版日期：2010-07-01

ISBN：9787121110887

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.540kg

编辑推荐

内容提要

本书是按照教育部2004年颁布的“数字电路与逻辑设计课程教学基本要求”编写的。全书共9章，主要内容有：逻辑代数、集成门电路、组合逻辑电路、双稳态触发器、时序逻辑电路、半导体存储器、脉冲波形的产生和整形、模数转换和数模转换及实验。
　　本书简明扼要、深入浅出、偏重实践、便于自学，可作为高等院校工科相关专业的教材，也可供从事电子技术工程人员学习参考。

目录

章　逻辑代数
　1.1　逻辑代数的基本运算
　　1.1.1　三种基本的逻辑运算和门电路
　　1.1.2　复合逻辑运算（复合门）
　1.2　逻辑函数的表示方法及其相互转换
　　1.2.1　由真值表求函数式和逻辑图
　　1.2.2　由函数表达式求真值表
　　1.2.3　已知逻辑图写逻辑表达式
　　1.2.4　由真值表画波形图
　　1.2.5　由波形图求函数的真值表
　1.3　逻辑代数的公式和运算规则
　　1.3.1　基本公式
　　1.3.2　常用公式
　　1.3.3　逻辑代数的基本运算规则
　1.4　公式法化简逻辑函数
　　1.4.1　逻辑函数表达式的标准形式和简式含义
　　1.4.2　常用的公式法化简方法
　1.5　卡诺图化简逻辑函数
　　1.5.1　逻辑函数的小项表达式
　　1.5.2　逻辑函数的卡诺图表示
　　1.5.3　用卡诺图化简逻辑函数
　　1.5.4　具有无关项的逻辑函数及其化简
　本章小结
　习题1
第2章　集成门电路
　2.1　三极管反相器
　　2.1.1　三极管的开关特性
　　2.1.2　三极管反相器的工作原理
　　2.1.3　三极管的开关时间
　　2.1.4　三极管反相器的负载能力
　2.2　TTL集成反相器
　　2.2.1　TTL反相器的工作原理
　　2.2.2　TTL反相器的外特性及主要电气参数
　　2.2.3　其他类型的TTL门
　　2.2.4　TTL数字集成电路的各种系列
　　2.2.5　其他双极性集成电路
　2.3　CMOS集成门电路
　　2.3.1　MOS管的开关特性
　　2.3.2　MOS反相器的结构及工作原理
　　2.3.3　CMOS反相器的外特性及主要电气参数
　　2.3.4　其他类型的CMOS集成门电路
　2.4　TTL和CMOS集成电路的使用及接口
　　2.4.1　两类数字集成门电路的使用
　　2.4.2　两类数字集成门电路的接口
　2.5　门电路应用实例
　本章小结
　习题2
第3章　组合逻辑电路
　3.1　组合逻辑电路的描述
　3.2　组合逻辑电路的分析
　3.3　组合逻辑电路的设计
　3.4　常用中规模组合逻辑电路集成器件
　　3.4.1　逻辑运算电路
　　3.4.2　编码器
　　3.4.3　译码器/分配器
　　3.4.4　数据选择器
　3.5　常用中规模组合逻辑电路集成器件的应用
　　3.5.1　利用译码器和数据选择器实现逻辑函数
　　3.5.2　利用加法器或译码器实现代码转换
　本章小结
　习题3
第4章　双稳态触发器
　4.1　基本RS触发器
　　4.1.1　与非门构成的基本RS触发器
　　4.1.2　或非门构成的基本RS触发器
　　4.1.3　基本RS触发器的特点及应用
　4.2　时钟RS触发器
　　4.2.1　同步RS触发器
　　4.2.2　主从RS触发器
　　4.2.3　时钟RS触发器的应用
　4.3　JK触发器
　　4.3.1　主从JK触发器
　　4.3.2　边沿JK触发器
　　4.3.3　JK触发器的特点及特性方程
　　4.3.4　K触发器的应用
　4.4　D触发器、T触发器及T′触发器
　　4.4.1　D触发器
　　4.4.2　T触发器
　　4.4.3　T触发器
　本章小结
　习题4
第5章　时序逻辑电路
　5.1　时序逻辑电路的描述
　5.2　时序逻辑电路的分析
　　5.2.1　同步时序逻辑电路的分析
　　5.2.2　异步时序逻辑电路的分析
　5.3　时序逻辑电路的设计
　　5.3.1　同步时序逻辑电路的设计
　　5.3.2　异步时序逻辑电路的设计
　5.4　常用时序逻辑电路
　　5.4.1　寄存器
　　5.4.2　计数器
　　5.4.3　集成计数器及其应用
　　5.4.4　任意进制计数器
　5.5　时序逻辑电路的应用
　　5.5.1　利用移位寄存器构成移位型计数器
　　5.5.2　实现顺序脉冲分配器
　　5.5.3　实现序列信号发生器
　本章小结
　习题5
第6章　半导体存储器
　6.1　概述
　6.2　随机存储器
　　6.2.1　静态随机存储器
　　6.2.2　动态随机存储器
　6.3　只读存储器
　6.4　存储器的扩展
　　6.4.1　位扩展
　　6.4.2　字扩展
　本章小结
　习题6
第7章　脉冲波形的产生和整形
　7.1　概述
　7.2　555定时器
　　7.2.1　555定时器的电路结构
　　7.2.2　555定时器的引脚用途及工作原理
　7.3　施密特触发器
　　7.3.1　555定时器构成的施密特触发器
　　7.3.2　集成施密特触发器
　　7.3.3　施密特触发器的应用
　7.4　单稳态触发器
　　7.4.1　555定时器构成的单稳态触发器
　　7.4.2　集成单稳态触发器
　　7.4.3　单稳态触发器的应用
　7.5　多谐振荡器
　　7.5.1　555定时器构成的多谐振荡器
　　7.5.2　石英晶体振荡器
　本章小结
　习题7
第8章　模数转换和数模转换
　8.1　概述
　8.2　模数转换
　　8.2.1　A/D转换的基本原理
　　8.2.2　不同类型ADC的特点
　　8.2.3　集成ADC芯片ADC0809
　8.3　数模转换
　　8.3.1　D/A转换器的构成和基本原理
　　8.3.2　集成DAC芯片DAC0832
　8.4　模数转换和数模转换的典型应用——数字录音机
　本章小结
　习题8
第9章　实验
　实验1　TTL门电路逻辑功能测试及三态输出门应用
　实验2　中规模组合逻辑芯片的应用及组合逻辑设计
　实验3　中规模时序逻辑芯片的应用及时序电路设计
　实验4　模数转换器的应用
　实验5　存储器的应用
　实验6　多路巡回显示数据采集系统的设计
参考文献

作者介绍

文摘

序言

《数字系统导论》 内容概要： 本书旨在为读者提供对现代数字系统工作原理的全面而深入的理解。我们将从最基础的逻辑门和布尔代数出发，逐步构建起复杂的数字电路模型。全书共分为十八章，结构清晰，循序渐进，力求在概念的严谨性与实际应用的生动性之间取得平衡。 第一部分：数字逻辑基础 第一章：二进制世界与数字表示 介绍二进制数系统的概念，包括位、字节、字等基本单位。 深入探讨不同数制（如十进制、二进制、十六进制）之间的转换方法，并提供丰富的实践示例。 阐述有符号数和无符号数的表示方式，包括原码、反码、补码及其运算规则，为后续的算术逻辑单元设计奠定基础。 讨论BCD码、ASCII码等编码方式在数据表示中的应用。 第二章：布尔代数与逻辑运算 系统讲解布尔代数的基本公理和定理，例如交换律、结合律、分配律、德摩根定律等。 详细介绍逻辑与（AND）、逻辑或（OR）、逻辑非（NOT）等基本逻辑运算，并展示其真值表和逻辑符号。 引入逻辑异或（XOR）、逻辑同或（XNOR）等运算，分析其特性与应用。 提供利用布尔代数进行逻辑表达式化简的多种方法，如卡诺图（Karnaugh Map）和奎因-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）算法，教授读者如何找到最简逻辑表达式。 第三章：组合逻辑电路分析与设计 定义组合逻辑电路的概念，即输出仅取决于当前输入的逻辑电路。 学习如何从逻辑表达式或真值表出发，绘制组合逻辑电路图，并实现基本逻辑功能。 详细介绍常用组合逻辑电路模块，包括译码器（Decoder）、编码器（Encoder）、多路选择器（Multiplexer）和分路选择器（Demultiplexer）的工作原理、设计方法和典型应用。 讲解比较器（Comparator）的设计，用于判断两个二进制数的相对大小。 介绍加法器（Adder）和减法器（Subtractor）的类型，如半加器、全加器、串行加法器、并行加法器等，并分析其逻辑实现。 第二部分：时序逻辑电路与状态机 第四章：基本时序元件：触发器 引入时序逻辑电路的概念，即输出不仅取决于当前输入，还取决于电路的历史状态。 详细介绍各种类型的触发器（Flip-Flop），包括SR触发器、D触发器、JK触发器和T触发器。 分析触发器的状态转换图和时序图，理解其工作特性，如建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）。 讲解触发器的同步和异步置位（Set）与复位（Reset）功能。 第五章：寄存器与移位寄存器 定义寄存器（Register）作为存储多个触发器的组合，用于存储并行数据。 介绍不同类型的寄存器，如并行输入并行输出（PIPO）、串行输入并行输出（SIPO）、并行输入串行输出（PISO）和串行输入串行输出（SISO）寄存器。 深入研究移位寄存器（Shift Register）的功能，包括左移、右移、循环移位等，并展示其在数据传输、算术运算和序列发生器中的应用。 第六章：计数器 定义计数器（Counter）作为能够按照特定序列对脉冲进行计数的时序电路。 讲解异步计数器（Ripple Counter）和同步计数器（Synchronous Counter）的设计与工作原理，对比它们的优缺点。 介绍加法计数器、减法计数器、可逆计数器以及任意模计数器（Modulus Counter）的设计方法。 探讨计数器在分频器、定时器、数字显示驱动等方面的应用。 第七章：有限状态机（FSM） 引入有限状态机（Finite State Machine）的概念，将其建模为能够处于有限数量状态之一，并在输入信号作用下从一个状态转移到另一个状态的系统。 详细介绍摩尔（Mealy）模型和米利（Moore）模型的区别与联系，以及如何根据系统需求选择合适的模型。 学习状态图（State Diagram）和状态表（State Table）的绘制方法，以及如何将它们映射到实际的硬件实现。 讲解状态机设计中的关键步骤，包括状态最小化、状态分配以及如何将状态分配转换为触发器输入方程。 通过实例分析，展示状态机在序列检测器、控制器、协议处理等复杂数字系统设计中的应用。 第三部分：复杂数字系统构建模块 第八章：存储器单元 介绍半导体存储器的基本原理，包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。 详细分析静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）的结构、读写操作和性能特点。 讲解不同类型的只读存储器，如掩膜ROM（MROM）、可编程ROM（PROM）、可擦除可编程ROM（EPROM）和电可擦可编程ROM（EEPROM），以及它们的存储机制和应用场景。 介绍闪存（Flash Memory）的工作原理及其在现代电子设备中的重要性。 第九章：算术逻辑单元（ALU） 深入探讨算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit, ALU）的设计，这是中央处理器（CPU）的核心组成部分。 学习如何设计能够执行加法、减法、逻辑与、逻辑或、逻辑非等基本运算的ALU。 介绍带符号数的算术运算，包括溢出检测。 讨论多功能ALU的设计，通过控制信号选择不同的运算。 第十章：数据通路与控制器 阐述数据通路（Datapath）的设计，即处理器中用于执行指令的数据流和各个功能单元之间的连接。 讲解控制单元（Control Unit）的功能，它负责根据指令产生控制信号，协调数据通路的操作。 介绍微程序控制器（Microprogrammed Controller）和硬连线控制器（Hardwired Controller）的设计方法，并分析它们的优缺点。 通过简单的CPU模型，演示数据通路和控制单元的协同工作。 第四部分：集成电路与现代应用 第十一章：数字集成电路基础 介绍集成电路（Integrated Circuit, IC）的基本概念，包括晶体管（Transistor）作为最基本的构建模块。 讲解CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技术的原理，这是现代数字集成电路的主流技术。 分析基本逻辑门（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR）在CMOS电路中的实现。 介绍组合逻辑电路和时序逻辑电路在集成电路设计中的实现细节。 第十二章：可编程逻辑器件（PLD） 介绍可编程逻辑器件（Programmable Logic Device, PLD）的概念，它们允许用户在制造后对逻辑功能进行配置。 详细讲解可编程只读存储器（PROM）、可编程阵列逻辑（PAL）、通用阵列逻辑（GAL）和现场可编程门阵列（FPGA）的结构、工作原理和编程方法。 讨论PLD在原型开发、小批量生产以及快速迭代设计中的优势。 第十三章：硬件描述语言（HDL） 介绍硬件描述语言（Hardware Description Language, HDL）的作用，它是一种用于描述数字电路功能的文本语言。 重点讲解Verilog HDL或VHDL（选择一种进行详细讲解，并提及另一种），包括其基本语法、数据类型、运算符、行为建模、结构建模和数据流建模。 演示如何使用HDL编写组合逻辑电路、时序逻辑电路以及有限状态机。 介绍HDL仿真和综合工具的基本概念，以及它们在数字系统设计流程中的应用。 第十四章：数字系统设计流程 概述从需求分析到最终产品实现的完整数字系统设计流程。 讲解逻辑综合（Logic Synthesis）、布局布线（Place and Route）和时序分析（Timing Analysis）等关键步骤。 介绍功能仿真（Functional Simulation）和时序仿真（Timing Simulation）的作用。 讨论设计验证（Design Verification）的重要性，以及各种验证方法。 第五部分：进阶主题与应用 第十五章：脉冲发生器与时序控制 设计和分析各种类型的脉冲发生器，如单稳态触发器（Monostable Multivibrator）和多谐振荡器（Astable Multivibrator）。 探讨如何利用这些电路产生特定宽度和频率的脉冲信号。 讲解在数字系统中实现精确时序控制的技术，包括延迟链和数字锁相环（DPLL）的基本原理。 第十六章：数据转换器 介绍模数转换器（Analog-to-Digital Converter, ADC）和数模转换器（Digital-to-Analog Converter, DAC）的基本原理。 分析常见的ADC和DAC架构，如逐次逼近型（Successive Approximation）、并行（Flash）、Σ-Δ（Sigma-Delta）以及R-2R梯形网络。 讲解采样率（Sampling Rate）、分辨率（Resolution）和量化误差（Quantization Error）等关键参数。 展示数据转换器在音频、视频处理、传感器接口等领域的应用。 第十七章：时序信号处理基础 介绍数字信号处理（DSP）在时序信号分析中的基本概念。 讲解滤波器（Filter）在时域和频域中的作用，包括FIR（有限脉冲响应）和IIR（无限脉冲响应）滤波器。 介绍FFT（快速傅里叶变换）的基本原理及其在频谱分析中的应用。 探讨数字信号处理在通信、音频编码、图像处理等领域的应用。 第十八章：数字系统故障诊断与测试 介绍数字电路故障的类型，如短路（Short）、开路（Open）和逻辑故障。 讲解测试向量（Test Vectors）生成的基本方法，如穷举测试和启发式测试。 介绍可测试性设计（Design for Testability, DFT）的概念，包括扫描链（Scan Chain）和内建自测试（Built-In Self-Test, BIST）。 讨论故障模拟（Fault Simulation）在评估测试覆盖率中的作用。 学习目标： 通过本书的学习，读者将能够： 1. 理解二进制数系统、布尔代数和基本逻辑运算。 2. 掌握组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计原理与方法。 3. 熟悉触发器、寄存器、计数器等基本时序元件的工作特性。 4. 能够设计和实现有限状态机，解决复杂的控制问题。 5. 了解存储器、ALU等核心数字电路模块的组成与功能。 6. 掌握硬件描述语言（如Verilog或VHDL）的基本用法，用于描述和仿真数字电路。 7. 了解数字集成电路的基本原理和现代数字系统设计流程。 8. 熟悉PLD及其在实际应用中的作用。 9. 对数据转换器、时序信号处理和故障诊断等进阶主题有初步认识。 本书的编写风格力求清晰易懂，辅以大量的图示、表格和实例，帮助读者更好地理解抽象的数字逻辑概念。每一章都包含练习题，以巩固所学知识，并鼓励读者动手实践。本书适合作为高等院校电子工程、计算机科学、自动化等专业本科生的教材，也可作为从事相关领域工作的工程师和技术人员的参考读物。

评分☆☆☆☆☆

老实说，市面上的许多设计类书籍，要么过于偏重理论的数学推导，让人望而生畏，要么又过于偏重工具的使用，导致读者对底层原理一知半解。然而，《数字电路与逻辑设计》在这两者之间找到了一个近乎完美的平衡点。它在处理复杂系统（比如状态机的设计）时，会先用最直观的状态转移图（State Diagram）来建立直觉，然后才引入相应的状态编码方法，比如格雷码或独热码，并清晰地论证了不同编码方式对电路复杂度和速度的影响。这种循序渐进、注重“为什么”而不是仅仅“是什么”的讲解风格，极大地培养了我的批判性思维。最让我印象深刻的是，书中在讨论大规模集成电路（LSI）时，对时钟树的平衡性要求做了深入的探讨，这已经超出了普通“入门”书籍的范畴，直指现代高性能数字系统设计的核心难题。读完这本书，我感觉自己不光是学会了如何设计电路，更是理解了如何站在系统层面去思考数字信号的同步与时序约束。

评分☆☆☆☆☆

这本教材的价值，很大程度上体现在它对“设计方法学”的强调上，而非仅仅是“电路知识点”的罗列。不同于那种零散的知识点串联，本书构建了一个完整的设计流程图景。从需求分析到逻辑表达式的推导，再到利用卡诺图或Quine-McCluskey方法进行最简代数化，紧接着是硬件描述语言的编写，最后甚至涉及到对仿真结果的解读——每一步都有详尽的指导和恰到好处的示例。特别是书中对有限状态机（FSM）的分析与设计部分，其详尽程度令人称赞。作者非常清晰地区分了穆尔（Mealy）型和穆尔（Moore）型机器的差异，并用一个实际的例子（比如交通灯控制器）贯穿始终，展示了两种模型在输出延迟和设计复杂度上的权衡。这种连续性的案例贯穿，让学习过程充满了代入感，仿佛完成了一个完整的项目。这本书读完，我不再是单纯地知道各种逻辑单元的功能，而是真正掌握了一套从概念到实现的、结构化的数字系统设计思维模式。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事节奏和内容组织，带着一种老派但极其可靠的严谨性。它没有追求花哨的排版或者过度现代化的包装，而是专注于内容的深度和逻辑的连贯性。我尤其要点赞的是它对半导体器件基础知识的回顾部分。虽然它不是一本半导体物理教材，但它用非常凝练的篇幅，回顾了CMOS反相器的工作特性，这对于理解为什么我们要选择特定的逻辑族（如TTL或CMOS）至关重要。作者没有直接跳到标准逻辑IC的真值表，而是从晶体管级的开关特性出发，解释了扇入、扇出、传播延迟这些参数的物理来源。这种追本溯源的讲解方式，让我的知识结构非常扎实，不再是简单地背诵门电路的符号。此外，书中对于存储器结构（SRAM与DRAM的底层差异）的解析，详略得当，既解释了读写机制，又指出了它们在实际应用中的适用场景，这种对细节的掌控力，体现了作者深厚的学术功底和对教学艺术的深刻理解。

评分☆☆☆☆☆

如果说市面上大多数教材是枯燥的理论堆砌，那么这本《数字电路与逻辑设计》则更像是一本由资深工程师编写的实战手册。我特别欣赏其中对硬件描述语言（HDL）的引入策略，它并没有喧宾夺主，而是巧妙地将VHDL或Verilog的实例穿插在对特定电路（比如优先编码器、寄存器组）的讲解之后。这种“理论先行，实践验证”的模式，极大地提升了我的学习效率。以前我总觉得，学完理论就好像造不出东西一样，但这本书不同，它会直接告诉你，如何将你刚刚学到的基本逻辑门组合成一个可被综合（Synthesize）的代码结构。书中对时序逻辑中的竞争与冒险问题的分析，简直是教科书级别的深度剖析，它不仅指出了问题所在，还详细对比了不同同步机制和毛刺消除技术的优缺点，这一点对于未来想从事FPGA或ASIC设计的人来说，价值不可估量。阅读过程中，我几乎能感觉到自己正在和一位经验丰富的导师进行一对一的交流，这种沉浸式的学习体验，是其他传统教材难以比拟的。它真正做到了将理论与工程实践无缝对接。

评分☆☆☆☆☆

这本《数字电路与逻辑设计》简直是为我这种刚踏入电子工程领域的新手量身定做的！我原以为复杂的逻辑门、布尔代数这些概念会像天书一样晦涩难懂，但作者的讲解方式实在是太亲切自然了。特别是书中对组合逻辑电路和时序逻辑电路的划分与阐述，简直是一气呵成，清晰到让人忍不住拍案叫绝。举例来说，在讲解卡诺图化简时，书里没有堆砌枯燥的公式，而是用非常形象的“圈选”过程来展示如何一步步去除冗余项，这种视觉化的引导对我理解最小项和最大项的优化起到了决定性的作用。而且，作者似乎非常了解初学者的痛点，总能在关键节点穿插一些“过来人”的经验总结，比如关于如何避免竞争冒险的实际工程建议，这些可不是随便一本教材能给出的深度。翻开书的每一页，都能感受到那种精心打磨的痕迹，图表的质量极高，清晰度和准确性无可挑剔，即便是复杂的时序图和状态图，也能被安排得井井有条，让人在学习的过程中，既能领略到数字系统的精妙结构，又不会因为信息过载而感到焦虑。这本书，无疑为我构建数字电路的知识体系打下了无比坚实的基础。