☆提供配套多媒体电子课件、习题参考答案等。配套学习指导书(含习题详解)已出版。 ◎ 注重内容更新与基础内容相对稳定的关系。 ◎ 注重先进性与适用性的关系。 ◎ 注重完整性与重要性的关系 ◇ 利用小规模集成电路,介绍数字逻辑电路的基本理论、基本电路以及基本分析、设计方法 ◇ 利用中、大规模集成电路,采用突出阐明器件外特性为主、简要介绍电路内部结构为辅的方法讨论器件功能和应用。
本书系统介绍了数字电路与逻辑设计的基本知识、基本理论、基本器件和基本方法,详细介绍了各种逻辑电路的分析、设计与实现的全过程。全书共分为10章,内容包括:数制与码制、逻辑函数及其化简、集成逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器、可编程逻辑器件、脉冲波形的产生和整形、数模和模数转换器等。
李晓辉,男,安徽大学教授、博士生导师,安徽省教学名师,宝钢优秀教师奖获得者。中国电子学会电子线路教学与产业专家委员会常务委员、中国电子教育学会高等教育分会理事、中国教育学会大学素质教育研究会理事、华东地区高校电子线路教学研究会副理事长兼秘书长。长期从事高等学校电子和通信类课程教学和科研工作,出版多部著作。
目"录
第!章"数制与码制!!!!!!!!!!! )
"")8)"数字信号与数字电路 !!!!!! )
"")8!"数制 !!!!!!!!!!!!! )
"")82"数制转换 !!!!!!!!!!! 2
"")8:"编码 !!!!!!!!!!!!! 9
"""")8:8)"二 1十进制代码 !!!!!! 9
"""")8:8!"格雷码 !!!!!!!!!! 6
"""")8:82"美国信息交换标准代码 !!! 6
"""")8:8:"二进制原码$反码和补码 !!! 0
""本章小结!!!!!!!!!!!!!! .
""习题 !!!!!!!!!!!!!!! )*
第#章"逻辑函数及其化简 !!!!!!! ))
""!8)"概述!!!!!!!!!!!!! ))
""!8!"基本逻辑运算!!!!!!!!! ))
""""!8!8)"三种基本逻辑运算 !!!!! ))
""""!8!8!"复合逻辑运算!!!!!!! )2
""!82"逻辑函数!!!!!!!!!!! )6
""""!828)"逻辑问题的描述!!!!!! )6
""""!828!"逻辑函数相等!!!!!!! )-
""""!8282"逻辑代数的常见公式 !!!! )0
""""!828:"逻辑代数的基本规则 !!!! ).
""!8:"逻辑函数的标准表达式!!!!! !*
""""!8:8)"标准与或式 !!!!!!! !*
""""!8:8!"标准或与式 !!!!!!! !)
""!89"逻辑函数的化简方法!!!!!! !!
""""!898)"逻辑函数的公式化简法 !!! !2
""""!898!"卡诺图化简法!!!!!!! !9
""本章小结 !!!!!!!!!!!!! 2)
""习题 !!!!!!!!!!!!!!! 2)
第$章"集成逻辑门电路 !!!!!!!! 22
""28)"概述!!!!!!!!!!!!! 22
""28!"NO/ 晶体管 !!!!!!!!! 22
""""28!8)"NO/ 管的分类 !!!!!! 22
""""28!8!"NO/ 管的开关特性!!!!! 29
""282"4NO/ 反相器 !!!!!!!!! 26
""""2828)"4NO/ 反相器的结构及工作
原理 !!!!!!!!!! 26
""""2828!"4NO/ 反相器的电气特性和
参数 !!!!!!!!!! 26
""28:"4NO/ 逻辑门电路 !!!!!!! :*
""""28:8)"4NO/ 与非门和或非门 !!! :)
""""28:8!"4NO/ 传输门 !!!!!!! :!
""""28:82"三态输出和漏极开路输出
的 4NO/ 门电路!!!!!! :2
""289"双极型晶体管的开关特性及
应用!!!!!!!!!!!!! :9
""""2898)"双极型二极管的开关特性和
二极管门电路!!!!!!! :6
""""2898!"双极型三极管的开关特性和
反相器电路 !!!!!!! :0
""286"33T逻辑门电路 !!!!!!!! 9*
""""2868)"肖特基晶体管!!!!!!! 9*
""""2868!"33T与非门和 33T或非门 !! 9)
""""28682"33T集电极开路门和三态
输出门 !!!!!!!!! 9:
""""!2868:"#C4NO/ 门电路 !!!!! 99
""!28-"$4T逻辑门电路 !!!!!!! 96
""本章小结 !!!!!!!!!!!!! 9-
""习题 !!!!!!!!!!!!!!! 9-
第%章"组合逻辑电路 !!!!!!!!! 6*
"":8)"概述!!!!!!!!!!!!! 6*
"":8!"组合逻辑电路的分析和设计
方法!!!!!!!!!!!!! 6*
"""":8!8)"组合逻辑电路的分析 !!!! 6*
"""":8!8!"组合逻辑电路的设计 !!!! 6!
"":82"常用中规模组合模块的功能与
应用!!!!!!!!!!!!! 69
"""":828)"加法器 !!!!!!!!! 69
"""":828!"编码器 !!!!!!!!! 6.
"""":8282"译码器 !!!!!!!!! -!
#&#
"""":828:"数据选择器 !!!!!!! -.
"""":8289"数值比较器 !!!!!!! 0:
"":8:"组合逻辑电路的竞争冒险!!!! 0-
"""":8:8)"竞争冒险现象及分类 !!!! 0-
"""":8:8!"竞争冒险的判断!!!!!! 00
"""":8:82"竞争冒险的消除!!!!!! 0.
""本章小结 !!!!!!!!!!!!! .*
""习题 !!!!!!!!!!!!!!! .)
第&章"触发器 !!!!!!!!!!!! .2
""98)"概述!!!!!!!!!!!!! .2
""98!"基本 U/ 触发器 !!!!!!!! .2
""""98!8)"基本U/ 触发器的电路组成
和工作原理 !!!!!!! .2
""""98!8!"基本 U/ 触发器的功能描述 ! .:
""982"同步触发器!!!!!!!!!! .6
""""9828)"同步 U/ 触发器 !!!!!! .6
""""9828!"同步 &V触发器 !!!!!! .0
""""98282"同步 P触发器 !!!!!! ..
""""9828:"同步 3触发器 !!!!!! )**
""""98289"电平触发方式的工作特性!! )**
""98:"主从触发器 !!!!!!!!! )*)
""""98:8)"主从 U/ 触发器!!!!!! )*)
""""98:8!"主从 &V触发器!!!!!! )*!
""989"边沿触发器 !!!!!!!!! )*:
""""9898)"维持W阻塞触发器 !!!!! )*:
""""9898!"下降沿触发的边沿触发器!! )*6
""""98982"4NO/ 传输门构成的边沿
触发器 !!!!!!!!! )*-
""986"触发器的电路结构和逻辑功能
的转换 !!!!!!!!!!! )*0
""本章小结!!!!!!!!!!!!! )*.
""习题!!!!!!!!!!!!!!! )*.
第’章"时序逻辑电路!!!!!!!!! )):
""68)"概述 !!!!!!!!!!!! )):
""""68)8)"时序逻辑电路特点及组成!! )):
""""68)8!"时序逻辑电路分类 !!!! )):
""""68)82"时序逻辑电路的表示方法!! ))9
""68!"时序逻辑电路的分析和设计
方法 !!!!!!!!!!!! ))9
""""68!8)"时序逻辑电路分析 !!!! ))9
""""68!8!"时序逻辑电路设计 !!!! )).
""682"常用时序逻辑电路 !!!!!! )!0
""""6828)"计数器 !!!!!!!!! )!0
""""6828!"寄存器和移位寄存器 !!! ):9
""""68282"序列信号发生器 !!!!! )9-
""本章小结!!!!!!!!!!!!! )6:
""习题!!!!!!!!!!!!!!! )69
第(章"半导体存储器!!!!!!!!! )-)
""-8)"概述 !!!!!!!!!!!! )-)
""-8!"半导体存储器基础 !!!!!! )-)
""""-8!8)"半导体存储器的分类 !!! )-)
""""-8!8!"半导体存储器的主要技术
指标!!!!!!!!!! )-)
""-82"只读存储器!UON" !!!!!! )-!
""""-828)"固定 UON !!!!!!! )-!
""""-828!"可编程 UON !!!!!! )-:
""""-8282"UON的应用!!!!!!! )--
""-8:"随机存取存储器!UQN" !!!! )0*
""""-8:8)"UQN的结构!!!!!!! )0*
""""-8:8!"UQN的存储单元 !!!!! )0!
""""-8:82"UQN集成芯片 %G=B<!)): !! )02
""-89"存储容量的扩展 !!!!!!! )0:
""""-898)"位扩展 !!!!!!!!! )0:
""""-898!"字扩展 !!!!!!!!! )0:
""""-8982"字和位扩展 !!!!!!! )09
""本章小结!!!!!!!!!!!!! )09
""习题!!!!!!!!!!!!!!! )09
第)章"可编程逻辑器件!!!!!!!! )0-
""08)"可编程逻辑器件!5TP"概述 !! )0-
""""08)8)"可编程 Q/%4简介!!!!! )0-
""""08)8!"5TP的发展和分类 !!!! )00
""08!"5TP的基本结构 !!!!!!! )0.
""""08!8)"可编程阵列 !!!!!!! ).*
""""08!8!"宏单元 !!!!!!!!! ).!
""""08!82"简单可编程逻辑器
件!/5TP"!!!!!!!! ).!
""""08!8:"复杂可编程逻辑器
件!45TP" !!!!!!! ).6
""082"现场可编程门阵列!X5(Q"!!! ).-
""""0828)"X5(Q的基本结构!!!!! ).-
""""0828!"编程数据的装载 !!!!! !*)
""""08282"X5(Q和 45TP的比较 !!! !*!
#’#
""08:"在系统可编程!%/5"!!!!!! !*!
""""08:8)"C>@T/%)*2! 的结构!!!!! !*2
""""08:8!"编程原理 !!!!!!!! !*.
""089"5TP的开发 !!!!!!!!! !))
""""0898)"开发软件和具体设计步骤!! !))
""""0898!"YZPT文本方式设计!!!! !)2
""本章小结!!!!!!!!!!!!! !!9
""习题!!!!!!!!!!!!!!! !!9
第*章"脉冲波形的产生和整形!!!!! !!6
"".8)"概述 !!!!!!!!!!!! !!6
"""".8)8)"脉冲信号 !!!!!!!! !!6
"""".8)8!"脉冲电路 !!!!!!!! !!6
"".8!"脉冲波形产生和整形电路 !!! !!6
"""".8!8)"施密特触发器 !!!!!! !!6
"""".8!8!"单稳态触发器 !!!!!! !!.
"""".8!82"多谐振荡器 !!!!!!! !2!
"".82"999 定时器及其应用 !!!!! !29
"""".828)"999 定时器的电路结构 !!! !29
"""".828!"用999 定时器构成施密特
触发器 !!!!!!!!! !26
"""".8282"用999 定时器构成单稳态
触发器 !!!!!!!!! !2-
"""".828:"用999 定时器构成多谐振
荡器!!!!!!!!!! !20
""本章小结!!!!!!!!!!!!! !2.
""习题!!!!!!!!!!!!!!! !:*
第!+章"数模和模数转换器 !!!!!! !:!
"")*8)"概述!!!!!!!!!!!! !:!
"")*8!"Q+P转换器!!!!!!!!! !:!
"""")*8!8)"Q+P转换器的工作原理 !! !:!
"""")*8!8!"Q+P转换器的主要类型和
电路特点 !!!!!!! !::
"""")*8!82"Q+P转换器的主要技术
指标 !!!!!!!!! !9*
"")*82"P+Q转换器!!!!!!!!! !9)
"""")*828)"P+Q转换器的工作原理 !! !9)
"""")*828!"P+Q转换器的主要类型和
电路特点 !!!!!!! !9)
"""")*8282"P+Q转换器的主要技术
指标 !!!!!!!!! !99
"")*8:"Q+P转换器和P+Q转换器的
主要应用!!!!!!!!!! !9-
"""")*8:8)"数字处理系统!!!!!! !9-
"""")*8:8!"数据传输系统!!!!!! !9-
""本章小结!!!!!!!!!!!!! !90
""习题!!!!!!!!!!!!!!! !90
参考文献!!!!!!!!!!!!!!! !9.
#(#
我对这本书的期待,更多地来自于对“设计”这个词本身的浓厚兴趣。在现实生活中,我热衷于各种DIY项目,从组装家具到调试简单的电子小装置,总是在不断地尝试和优化。因此,当看到“设计”这个词出现在书名中时,我便立刻被吸引了。我希望这本书不仅仅是枯燥的理论知识的堆砌,而是能够引导我一步一步地掌握如何从一个需求出发,最终设计出一个满足功能要求的数字电路。这其中包括了对不同设计方法的理解,例如是采用自顶向下还是自底向上的策略,何时选择状态机模型,何时采用更简化的组合逻辑。我期待书中能有详细的案例分析,从一个实际问题出发,例如设计一个简单的计数器,一个交通灯控制器,甚至是更复杂的逻辑单元,展示整个设计流程:需求的分析、模块的划分、逻辑的实现、以及必要的仿真和验证。更重要的是,我希望这本书能教会我如何进行“优化”,如何在保证功能正确的前提下,提高电路的效率,降低功耗,减少器件的使用,甚至考虑成本和可制造性。对于那些看似晦涩的逻辑函数,我希望能看到如何通过 Karnaugh Map 或者 Quine-McCluskey 算法等方法进行化简,并理解它们背后的数学原理。能够从“零”开始,一步一步构建出属于自己的数字电路,那将是我最大的收获。
评分在我眼中,数字电路不仅仅是抽象的逻辑运算,更是信息处理的基石,承载着无限的可能性。我希望这本书能够带领我穿越那些看似复杂的逻辑门,去感受信息在电路中“流动”和“转换”的美妙过程。我特别关注书中对“状态机”的讲解,我希望能够理解如何通过状态机的设计来描述和控制系统的行为,无论是简单的定时器,还是复杂的通信协议。我希望能看到,如何通过有限状态机的引入,将原本复杂的系统分解为一系列清晰可控的状态和转移,并且能够理解如何利用D触发器等元件来实现这些状态的存储和更新。对于时序控制,我也抱有极大的兴趣,希望书中能详细解释时钟信号的生成和分配,以及如何处理时钟域之间的交互,以避免潜在的时序问题。如果书中能涉及一些关于“集成电路设计”的基础知识,比如对逻辑门的物理实现,以及芯片布局布线的一些基本概念,那将极大地丰富我对数字电路的认知。我希望通过这本书,能够培养出一种“电路思维”,能够用逻辑的语言去描述问题,用电路的结构去解决问题,从而更好地理解和设计那些驱动着我们现代世界的数字系统。
评分我一直对那些“精密”且“巧妙”的工程技术非常着迷,而数字电路设计无疑是其中一个典范。我常常会想象,那些精密的芯片内部,到底是如何通过极其微小的元件,以极高的速度和准确性来处理海量信息的。因此,我期望在这本书中,能看到更多关于“如何实现”的细节,而不是仅仅停留在“是什么”的层面。例如,在讨论时序逻辑时,我希望能够更深入地了解触发器(Flip-Flop)和锁存器(Latch)之间的微妙区别,以及它们在不同场景下的应用,并且能看到它们在实际电路中是如何连接和工作的,如何利用时钟信号来同步数据。我对于“异步电路”和“同步电路”的区别也非常好奇,希望书中能解释清楚它们各自的优缺点,以及在什么情况下会选择哪种设计方式。此外,我非常想了解如何进行“测试”和“调试”,当一个设计的逻辑结果不符合预期时,究竟有哪些系统性的方法来找出问题所在,而不是凭感觉去猜测。如果书中能提供一些关于FPGA(现场可编程门阵列)或者CPLD(复杂可编程逻辑器件)在实际设计中的应用介绍,让我了解如何将逻辑设计转化为可以在实际硬件上运行的程序,那将是我非常期待的部分。
评分一直以来,我对模拟电路部分的情感连接远胜于数字电路。可能是因为那些电阻、电容、晶体管在我眼中更具“实体感”,它们相互作用时的连续性变化,总能引发我一种深入骨髓的理解。翻开这本书,我期望能找到更多关于“流淌”在电路中的信号的直观描述,比如电流的“驱动力”是如何产生的,电压的“势能”如何影响电荷的移动,以及那些复杂的波形背后所蕴含的物理原理。我希望它能让我看到,那些0和1是如何在高低电平的物理运动中得以实现,而不仅仅是抽象的逻辑符号。比如,在讨论触发器时,我希望能看到它在实际的电子元件层面是如何工作的,那些晶体管是如何通过互相“锁定”来维持状态的,而不是仅仅停留在时序图和状态转移的层面。同样,在设计组合逻辑时,我希望能看到如何通过实际的门电路(AND, OR, NOT等)的连接来构建出期望的功能,并能感受到每种门电路的“个性”和“效用”。如果书中能加入一些关于芯片制造工艺的简介,哪怕是浅尝辄止,都会让我对数字电路的“实体”感更强一些,了解这些微小的硅片上是如何精确地雕刻出如此复杂的逻辑功能的,那将是一次令人着迷的探索。我总觉得,数字电路的魅力不仅仅在于它的逻辑严谨,更在于它背后那份精巧的工程实现,能够将抽象的逻辑转化为实际的物理行为,这种“化虚为实”的过程,才是最令人惊叹的。
评分作为一名对计算机体系结构有浓厚兴趣的学生,我一直在寻找能够深入理解计算机底层运作原理的读物。我坚信,数字电路和逻辑设计是构建所有现代计算设备的基础。因此,我对这本书的关注点在于,它能否清晰地阐释这些数字逻辑是如何被组织起来,最终形成复杂的功能模块,进而构成整个计算机系统的。我希望能看到书中对数据通路和控制通路的设计有所侧重,比如如何通过逻辑门电路来实现算术逻辑单元(ALU)的功能,如何构建寄存器文件来存储数据,以及如何设计状态机来协调各个部件的操作,实现指令的解码和执行。如果书中能提及一些关于时序逻辑设计的进阶内容,比如流水线技术的基本原理,或者缓存的设计概念,那将极大地满足我的好奇心。我尤其希望能够理解,那些在计算机组成原理课程中出现的抽象概念,例如时钟信号的作用,时序约束的重要性,以及如何避免竞争冒险等问题,在具体的逻辑设计层面是如何被处理的。看到那些逻辑图和时序图如何转化为实际工作的CPU,那将是一种莫大的启示,让我更深刻地理解“软”与“硬”之间的精密联系。
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