☆提供配套多媒體電子課件、習題參考答案等。配套學習指導書(含習題詳解)已齣版。 ◎ 注重內容更新與基礎內容相對穩定的關係。 ◎ 注重先進性與適用性的關係。 ◎ 注重完整性與重要性的關係 ◇ 利用小規模集成電路,介紹數字邏輯電路的基本理論、基本電路以及基本分析、設計方法 ◇ 利用中、大規模集成電路,采用突齣闡明器件外特性為主、簡要介紹電路內部結構為輔的方法討論器件功能和應用。
本書係統介紹瞭數字電路與邏輯設計的基本知識、基本理論、基本器件和基本方法,詳細介紹瞭各種邏輯電路的分析、設計與實現的全過程。全書共分為10章,內容包括:數製與碼製、邏輯函數及其化簡、集成邏輯門電路、組閤邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、半導體存儲器、可編程邏輯器件、脈衝波形的産生和整形、數模和模數轉換器等。
李曉輝,男,安徽大學教授、博士生導師,安徽省教學名師,寶鋼優秀教師奬獲得者。中國電子學會電子綫路教學與産業專傢委員會常務委員、中國電子教育學會高等教育分會理事、中國教育學會大學素質教育研究會理事、華東地區高校電子綫路教學研究會副理事長兼秘書長。長期從事高等學校電子和通信類課程教學和科研工作,齣版多部著作。
目"錄
第!章"數製與碼製!!!!!!!!!!! )
"")8)"數字信號與數字電路 !!!!!! )
"")8!"數製 !!!!!!!!!!!!! )
"")82"數製轉換 !!!!!!!!!!! 2
"")8:"編碼 !!!!!!!!!!!!! 9
"""")8:8)"二 1十進製代碼 !!!!!! 9
"""")8:8!"格雷碼 !!!!!!!!!! 6
"""")8:82"美國信息交換標準代碼 !!! 6
"""")8:8:"二進製原碼$反碼和補碼 !!! 0
""本章小結!!!!!!!!!!!!!! .
""習題 !!!!!!!!!!!!!!! )*
第#章"邏輯函數及其化簡 !!!!!!! ))
""!8)"概述!!!!!!!!!!!!! ))
""!8!"基本邏輯運算!!!!!!!!! ))
""""!8!8)"三種基本邏輯運算 !!!!! ))
""""!8!8!"復閤邏輯運算!!!!!!! )2
""!82"邏輯函數!!!!!!!!!!! )6
""""!828)"邏輯問題的描述!!!!!! )6
""""!828!"邏輯函數相等!!!!!!! )-
""""!8282"邏輯代數的常見公式 !!!! )0
""""!828:"邏輯代數的基本規則 !!!! ).
""!8:"邏輯函數的標準錶達式!!!!! !*
""""!8:8)"標準與或式 !!!!!!! !*
""""!8:8!"標準或與式 !!!!!!! !)
""!89"邏輯函數的化簡方法!!!!!! !!
""""!898)"邏輯函數的公式化簡法 !!! !2
""""!898!"卡諾圖化簡法!!!!!!! !9
""本章小結 !!!!!!!!!!!!! 2)
""習題 !!!!!!!!!!!!!!! 2)
第$章"集成邏輯門電路 !!!!!!!! 22
""28)"概述!!!!!!!!!!!!! 22
""28!"NO/ 晶體管 !!!!!!!!! 22
""""28!8)"NO/ 管的分類 !!!!!! 22
""""28!8!"NO/ 管的開關特性!!!!! 29
""282"4NO/ 反相器 !!!!!!!!! 26
""""2828)"4NO/ 反相器的結構及工作
原理 !!!!!!!!!! 26
""""2828!"4NO/ 反相器的電氣特性和
參數 !!!!!!!!!! 26
""28:"4NO/ 邏輯門電路 !!!!!!! :*
""""28:8)"4NO/ 與非門和或非門 !!! :)
""""28:8!"4NO/ 傳輸門 !!!!!!! :!
""""28:82"三態輸齣和漏極開路輸齣
的 4NO/ 門電路!!!!!! :2
""289"雙極型晶體管的開關特性及
應用!!!!!!!!!!!!! :9
""""2898)"雙極型二極管的開關特性和
二極管門電路!!!!!!! :6
""""2898!"雙極型三極管的開關特性和
反相器電路 !!!!!!! :0
""286"33T邏輯門電路 !!!!!!!! 9*
""""2868)"肖特基晶體管!!!!!!! 9*
""""2868!"33T與非門和 33T或非門 !! 9)
""""28682"33T集電極開路門和三態
輸齣門 !!!!!!!!! 9:
""""!2868:"#C4NO/ 門電路 !!!!! 99
""!28-"$4T邏輯門電路 !!!!!!! 96
""本章小結 !!!!!!!!!!!!! 9-
""習題 !!!!!!!!!!!!!!! 9-
第%章"組閤邏輯電路 !!!!!!!!! 6*
"":8)"概述!!!!!!!!!!!!! 6*
"":8!"組閤邏輯電路的分析和設計
方法!!!!!!!!!!!!! 6*
"""":8!8)"組閤邏輯電路的分析 !!!! 6*
"""":8!8!"組閤邏輯電路的設計 !!!! 6!
"":82"常用中規模組閤模塊的功能與
應用!!!!!!!!!!!!! 69
"""":828)"加法器 !!!!!!!!! 69
"""":828!"編碼器 !!!!!!!!! 6.
"""":8282"譯碼器 !!!!!!!!! -!
#&#
"""":828:"數據選擇器 !!!!!!! -.
"""":8289"數值比較器 !!!!!!! 0:
"":8:"組閤邏輯電路的競爭冒險!!!! 0-
"""":8:8)"競爭冒險現象及分類 !!!! 0-
"""":8:8!"競爭冒險的判斷!!!!!! 00
"""":8:82"競爭冒險的消除!!!!!! 0.
""本章小結 !!!!!!!!!!!!! .*
""習題 !!!!!!!!!!!!!!! .)
第&章"觸發器 !!!!!!!!!!!! .2
""98)"概述!!!!!!!!!!!!! .2
""98!"基本 U/ 觸發器 !!!!!!!! .2
""""98!8)"基本U/ 觸發器的電路組成
和工作原理 !!!!!!! .2
""""98!8!"基本 U/ 觸發器的功能描述 ! .:
""982"同步觸發器!!!!!!!!!! .6
""""9828)"同步 U/ 觸發器 !!!!!! .6
""""9828!"同步 &V觸發器 !!!!!! .0
""""98282"同步 P觸發器 !!!!!! ..
""""9828:"同步 3觸發器 !!!!!! )**
""""98289"電平觸發方式的工作特性!! )**
""98:"主從觸發器 !!!!!!!!! )*)
""""98:8)"主從 U/ 觸發器!!!!!! )*)
""""98:8!"主從 &V觸發器!!!!!! )*!
""989"邊沿觸發器 !!!!!!!!! )*:
""""9898)"維持W阻塞觸發器 !!!!! )*:
""""9898!"下降沿觸發的邊沿觸發器!! )*6
""""98982"4NO/ 傳輸門構成的邊沿
觸發器 !!!!!!!!! )*-
""986"觸發器的電路結構和邏輯功能
的轉換 !!!!!!!!!!! )*0
""本章小結!!!!!!!!!!!!! )*.
""習題!!!!!!!!!!!!!!! )*.
第’章"時序邏輯電路!!!!!!!!! )):
""68)"概述 !!!!!!!!!!!! )):
""""68)8)"時序邏輯電路特點及組成!! )):
""""68)8!"時序邏輯電路分類 !!!! )):
""""68)82"時序邏輯電路的錶示方法!! ))9
""68!"時序邏輯電路的分析和設計
方法 !!!!!!!!!!!! ))9
""""68!8)"時序邏輯電路分析 !!!! ))9
""""68!8!"時序邏輯電路設計 !!!! )).
""682"常用時序邏輯電路 !!!!!! )!0
""""6828)"計數器 !!!!!!!!! )!0
""""6828!"寄存器和移位寄存器 !!! ):9
""""68282"序列信號發生器 !!!!! )9-
""本章小結!!!!!!!!!!!!! )6:
""習題!!!!!!!!!!!!!!! )69
第(章"半導體存儲器!!!!!!!!! )-)
""-8)"概述 !!!!!!!!!!!! )-)
""-8!"半導體存儲器基礎 !!!!!! )-)
""""-8!8)"半導體存儲器的分類 !!! )-)
""""-8!8!"半導體存儲器的主要技術
指標!!!!!!!!!! )-)
""-82"隻讀存儲器!UON" !!!!!! )-!
""""-828)"固定 UON !!!!!!! )-!
""""-828!"可編程 UON !!!!!! )-:
""""-8282"UON的應用!!!!!!! )--
""-8:"隨機存取存儲器!UQN" !!!! )0*
""""-8:8)"UQN的結構!!!!!!! )0*
""""-8:8!"UQN的存儲單元 !!!!! )0!
""""-8:82"UQN集成芯片 %G=B<!)): !! )02
""-89"存儲容量的擴展 !!!!!!! )0:
""""-898)"位擴展 !!!!!!!!! )0:
""""-898!"字擴展 !!!!!!!!! )0:
""""-8982"字和位擴展 !!!!!!! )09
""本章小結!!!!!!!!!!!!! )09
""習題!!!!!!!!!!!!!!! )09
第)章"可編程邏輯器件!!!!!!!! )0-
""08)"可編程邏輯器件!5TP"概述 !! )0-
""""08)8)"可編程 Q/%4簡介!!!!! )0-
""""08)8!"5TP的發展和分類 !!!! )00
""08!"5TP的基本結構 !!!!!!! )0.
""""08!8)"可編程陣列 !!!!!!! ).*
""""08!8!"宏單元 !!!!!!!!! ).!
""""08!82"簡單可編程邏輯器
件!/5TP"!!!!!!!! ).!
""""08!8:"復雜可編程邏輯器
件!45TP" !!!!!!! ).6
""082"現場可編程門陣列!X5(Q"!!! ).-
""""0828)"X5(Q的基本結構!!!!! ).-
""""0828!"編程數據的裝載 !!!!! !*)
""""08282"X5(Q和 45TP的比較 !!! !*!
#’#
""08:"在係統可編程!%/5"!!!!!! !*!
""""08:8)"C>@T/%)*2! 的結構!!!!! !*2
""""08:8!"編程原理 !!!!!!!! !*.
""089"5TP的開發 !!!!!!!!! !))
""""0898)"開發軟件和具體設計步驟!! !))
""""0898!"YZPT文本方式設計!!!! !)2
""本章小結!!!!!!!!!!!!! !!9
""習題!!!!!!!!!!!!!!! !!9
第*章"脈衝波形的産生和整形!!!!! !!6
"".8)"概述 !!!!!!!!!!!! !!6
"""".8)8)"脈衝信號 !!!!!!!! !!6
"""".8)8!"脈衝電路 !!!!!!!! !!6
"".8!"脈衝波形産生和整形電路 !!! !!6
"""".8!8)"施密特觸發器 !!!!!! !!6
"""".8!8!"單穩態觸發器 !!!!!! !!.
"""".8!82"多諧振蕩器 !!!!!!! !2!
"".82"999 定時器及其應用 !!!!! !29
"""".828)"999 定時器的電路結構 !!! !29
"""".828!"用999 定時器構成施密特
觸發器 !!!!!!!!! !26
"""".8282"用999 定時器構成單穩態
觸發器 !!!!!!!!! !2-
"""".828:"用999 定時器構成多諧振
蕩器!!!!!!!!!! !20
""本章小結!!!!!!!!!!!!! !2.
""習題!!!!!!!!!!!!!!! !:*
第!+章"數模和模數轉換器 !!!!!! !:!
"")*8)"概述!!!!!!!!!!!! !:!
"")*8!"Q+P轉換器!!!!!!!!! !:!
"""")*8!8)"Q+P轉換器的工作原理 !! !:!
"""")*8!8!"Q+P轉換器的主要類型和
電路特點 !!!!!!! !::
"""")*8!82"Q+P轉換器的主要技術
指標 !!!!!!!!! !9*
"")*82"P+Q轉換器!!!!!!!!! !9)
"""")*828)"P+Q轉換器的工作原理 !! !9)
"""")*828!"P+Q轉換器的主要類型和
電路特點 !!!!!!! !9)
"""")*8282"P+Q轉換器的主要技術
指標 !!!!!!!!! !99
"")*8:"Q+P轉換器和P+Q轉換器的
主要應用!!!!!!!!!! !9-
"""")*8:8)"數字處理係統!!!!!! !9-
"""")*8:8!"數據傳輸係統!!!!!! !9-
""本章小結!!!!!!!!!!!!! !90
""習題!!!!!!!!!!!!!!! !90
參考文獻!!!!!!!!!!!!!!! !9.
#(#
一直以來,我對模擬電路部分的情感連接遠勝於數字電路。可能是因為那些電阻、電容、晶體管在我眼中更具“實體感”,它們相互作用時的連續性變化,總能引發我一種深入骨髓的理解。翻開這本書,我期望能找到更多關於“流淌”在電路中的信號的直觀描述,比如電流的“驅動力”是如何産生的,電壓的“勢能”如何影響電荷的移動,以及那些復雜的波形背後所蘊含的物理原理。我希望它能讓我看到,那些0和1是如何在高低電平的物理運動中得以實現,而不僅僅是抽象的邏輯符號。比如,在討論觸發器時,我希望能看到它在實際的電子元件層麵是如何工作的,那些晶體管是如何通過互相“鎖定”來維持狀態的,而不是僅僅停留在時序圖和狀態轉移的層麵。同樣,在設計組閤邏輯時,我希望能看到如何通過實際的門電路(AND, OR, NOT等)的連接來構建齣期望的功能,並能感受到每種門電路的“個性”和“效用”。如果書中能加入一些關於芯片製造工藝的簡介,哪怕是淺嘗輒止,都會讓我對數字電路的“實體”感更強一些,瞭解這些微小的矽片上是如何精確地雕刻齣如此復雜的邏輯功能的,那將是一次令人著迷的探索。我總覺得,數字電路的魅力不僅僅在於它的邏輯嚴謹,更在於它背後那份精巧的工程實現,能夠將抽象的邏輯轉化為實際的物理行為,這種“化虛為實”的過程,纔是最令人驚嘆的。
評分我一直對那些“精密”且“巧妙”的工程技術非常著迷,而數字電路設計無疑是其中一個典範。我常常會想象,那些精密的芯片內部,到底是如何通過極其微小的元件,以極高的速度和準確性來處理海量信息的。因此,我期望在這本書中,能看到更多關於“如何實現”的細節,而不是僅僅停留在“是什麼”的層麵。例如,在討論時序邏輯時,我希望能夠更深入地瞭解觸發器(Flip-Flop)和鎖存器(Latch)之間的微妙區彆,以及它們在不同場景下的應用,並且能看到它們在實際電路中是如何連接和工作的,如何利用時鍾信號來同步數據。我對於“異步電路”和“同步電路”的區彆也非常好奇,希望書中能解釋清楚它們各自的優缺點,以及在什麼情況下會選擇哪種設計方式。此外,我非常想瞭解如何進行“測試”和“調試”,當一個設計的邏輯結果不符閤預期時,究竟有哪些係統性的方法來找齣問題所在,而不是憑感覺去猜測。如果書中能提供一些關於FPGA(現場可編程門陣列)或者CPLD(復雜可編程邏輯器件)在實際設計中的應用介紹,讓我瞭解如何將邏輯設計轉化為可以在實際硬件上運行的程序,那將是我非常期待的部分。
評分我對這本書的期待,更多地來自於對“設計”這個詞本身的濃厚興趣。在現實生活中,我熱衷於各種DIY項目,從組裝傢具到調試簡單的電子小裝置,總是在不斷地嘗試和優化。因此,當看到“設計”這個詞齣現在書名中時,我便立刻被吸引瞭。我希望這本書不僅僅是枯燥的理論知識的堆砌,而是能夠引導我一步一步地掌握如何從一個需求齣發,最終設計齣一個滿足功能要求的數字電路。這其中包括瞭對不同設計方法的理解,例如是采用自頂嚮下還是自底嚮上的策略,何時選擇狀態機模型,何時采用更簡化的組閤邏輯。我期待書中能有詳細的案例分析,從一個實際問題齣發,例如設計一個簡單的計數器,一個交通燈控製器,甚至是更復雜的邏輯單元,展示整個設計流程:需求的分析、模塊的劃分、邏輯的實現、以及必要的仿真和驗證。更重要的是,我希望這本書能教會我如何進行“優化”,如何在保證功能正確的前提下,提高電路的效率,降低功耗,減少器件的使用,甚至考慮成本和可製造性。對於那些看似晦澀的邏輯函數,我希望能看到如何通過 Karnaugh Map 或者 Quine-McCluskey 算法等方法進行化簡,並理解它們背後的數學原理。能夠從“零”開始,一步一步構建齣屬於自己的數字電路,那將是我最大的收獲。
評分在我眼中,數字電路不僅僅是抽象的邏輯運算,更是信息處理的基石,承載著無限的可能性。我希望這本書能夠帶領我穿越那些看似復雜的邏輯門,去感受信息在電路中“流動”和“轉換”的美妙過程。我特彆關注書中對“狀態機”的講解,我希望能夠理解如何通過狀態機的設計來描述和控製係統的行為,無論是簡單的定時器,還是復雜的通信協議。我希望能看到,如何通過有限狀態機的引入,將原本復雜的係統分解為一係列清晰可控的狀態和轉移,並且能夠理解如何利用D觸發器等元件來實現這些狀態的存儲和更新。對於時序控製,我也抱有極大的興趣,希望書中能詳細解釋時鍾信號的生成和分配,以及如何處理時鍾域之間的交互,以避免潛在的時序問題。如果書中能涉及一些關於“集成電路設計”的基礎知識,比如對邏輯門的物理實現,以及芯片布局布綫的一些基本概念,那將極大地豐富我對數字電路的認知。我希望通過這本書,能夠培養齣一種“電路思維”,能夠用邏輯的語言去描述問題,用電路的結構去解決問題,從而更好地理解和設計那些驅動著我們現代世界的數字係統。
評分作為一名對計算機體係結構有濃厚興趣的學生,我一直在尋找能夠深入理解計算機底層運作原理的讀物。我堅信,數字電路和邏輯設計是構建所有現代計算設備的基礎。因此,我對這本書的關注點在於,它能否清晰地闡釋這些數字邏輯是如何被組織起來,最終形成復雜的功能模塊,進而構成整個計算機係統的。我希望能看到書中對數據通路和控製通路的設計有所側重,比如如何通過邏輯門電路來實現算術邏輯單元(ALU)的功能,如何構建寄存器文件來存儲數據,以及如何設計狀態機來協調各個部件的操作,實現指令的解碼和執行。如果書中能提及一些關於時序邏輯設計的進階內容,比如流水綫技術的基本原理,或者緩存的設計概念,那將極大地滿足我的好奇心。我尤其希望能夠理解,那些在計算機組成原理課程中齣現的抽象概念,例如時鍾信號的作用,時序約束的重要性,以及如何避免競爭冒險等問題,在具體的邏輯設計層麵是如何被處理的。看到那些邏輯圖和時序圖如何轉化為實際工作的CPU,那將是一種莫大的啓示,讓我更深刻地理解“軟”與“硬”之間的精密聯係。
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