具体描述
基本信息
书名：数字电子技术与逻辑设计教程(第3版)
定价：23.00元
作者：徐煜明
出版社：电子工业出版社
出版日期：2008-01-01
ISBN：9787121052767
字数：
页码：
版次：1
装帧：平装
开本：16开
商品重量：0.381kg
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内容提要
本书是普通高等教育“十一五”*规划教材，是在《数字电子技术与逻辑设计教程（第二版）》的基础上作了进一步修订而成的，并增加了免费电子课件。本书共9章，内容包括数字电路基础、逻辑代数、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲信号的产生与变换，并介绍了A/D和D/A转换及大规模集成电路ROM、RAM、PLD等的一般知识。
本书叙述简明扼要，通俗易懂，可作为高职、高专计算机类、电气类、电子类、自动化类专业的教材，也可供有关工程技术人员自学参考。
目录
章 数字电路基础
1.1 数字电路概述
1.1.1 数字信号和数字电路
1.1.2 数字电路的特点
1.1.3 数字电路的分类
1.1.4 脉冲与脉冲参数
1.2 计数体制
1.2.1 进位计数制
1.2.2 二进制数
1.2.3 八进制数和十六进制数
1.2.4 数制转换
1.2.5 BCD码
1.2.6 格雷码
小结
习题
第2章 逻辑代数
2.1 逻辑代数中的三种基本运算
2.1.1 或运算（Logic Addition）
2.1.2 与运算（Logic Multiplication）
2.1.3 非运算（Logic Negation）
2.2 逻辑函数及其表示方法
2.2.1 逻辑函数
2.2.2 逻辑函数的表示方法
2.3 逻辑代数基本定律及常用公式
2.3.1 逻辑代数基奉定律
2.3.2 逻辑代数的常用公式
2.3.3 逻辑代数的重要规则
2.3.4 逻辑代数的相等
2.4 逻辑函数的化简
2.4.1 逻辑函数表达式的基本形式
2.4.2 逻辑函数表达式的标准形式
2.4.3 逻辑函数的化简
小结
习题
第3章 逻辑门电路
3.1 分立元件门电路
3.1.1 二极管开关特性
3.1.2 晶体三极管开关特性
3.1.3 简单门电路
3.1.4 复合门电路
3.2 TTL集成与非门电路
3.2.1 TTL电路的结构
3.2.2 TTL电路的工作原理
3.2.3 TTL与非门的传输特性
3.2.4 TTL与非门的性能指标
3.2.5 TTL与非门的改进
3.2.6 TTL电路的其他类型
3.3 其他双极型门电路
3.3.1 发射极耦合逻辑电路（ECL电路）
3.3.2 沣入逻辑电路
3.4 MOS门电路
3.4.1 MOS反相器
3.4.2 MOS与非门
3.4.3 MOS或非门
3.4.4 CMOS传输门
小结
习题
第4章 组合逻辑电路
4.1 概述
4.2 组合逻辑电路的分析
4.2.1 分析步骤
4.2.2 分析举例
4.3 组合逻辑电路的设计
4.3.1 设计步骤
4.3.2 设计举例
4.4 常用组合逻辑部件
4.4.1 编码器
4.4.2 译码器
4.4.3 数据选择器
4.4.4 加法器
4.4.5 数码比较器
4.5 用中规模集成电路设计组合电路
4.5.1 用数据选择器实现组合逻辑函数
……
第5章 集成触发器
第6章 时序逻辑电路
第7章 脉冲信号的产生及波形变换
第8章 数/模转换器和模/数转换器
第9章 大规模集成电路介绍
部分习题答案
参考答案
作者介绍
文摘
序言
《数字逻辑设计原理与实践》 一、本书概述 《数字逻辑设计原理与实践》是一本面向工程技术人员和高等院校学生，系统介绍数字逻辑设计基本原理、方法和实践技术的专业教材。本书旨在帮助读者建立坚实的数字逻辑理论基础，掌握现代数字电路的设计流程，并能熟练运用各种设计工具进行电路的仿真、综合与实现。内容涵盖了从最基本的逻辑门电路到复杂的数字系统设计，注重理论与实践的紧密结合，力求使读者在掌握核心概念的同时，也能获得实际的设计经验。 二、内容详述 第一部分：数字逻辑基础 第一章：数制与编码 数制系统： 详细介绍二进制、八进制、十进制和十六进制等数制系统。解释它们之间的相互转换方法，包括整数和小数的转换。强调二进制在数字系统中的核心地位。 编码： 讲解常用的编码方式，如格雷码（Reflected Binary Code）、BCD码（Binary Coded Decimal）、ASCII码（American Standard Code for Information Interchange）以及汉明码（Hamming Code）等。阐述不同编码的特性、用途及其在数据表示和传输中的重要性。特别关注纠错码在提高数据可靠性方面的应用。 第二章：布尔代数与逻辑运算 基本逻辑门： 深入讲解与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）这三种基本逻辑门的功能、符号和真值表。 组合逻辑门： 介绍扩展的逻辑门，包括与非门（NAND）、或非门（NOR）、异或门（XOR）和同或门（XNOR）等。详细分析它们的逻辑功能、符号和真值表，并阐述它们在逻辑电路设计中的重要作用，特别是NAND和NOR门的通用性。 布尔代数公理与定理： 系统阐述布尔代数的基本公理（如交换律、结合律、分配律、吸收律、互补律、零律、同一律）和重要定理（如德摩根定理、代数化简定理）。通过推导和实例，展示如何利用这些规则对逻辑表达式进行化简，从而简化电路设计，降低成本和功耗。 逻辑函数的最小项与最大项展开： 讲解如何将任意逻辑函数表示为最小项之和（SOP）或最大项之积（POS）的形式。分析这两种展开形式的意义，以及它们在卡诺图化简中的应用。 第三章：逻辑函数的化简 卡诺图（Karnaugh Map）： 详细讲解如何绘制和化简多变量逻辑函数。介绍卡诺图的绘制方法、相邻格的合并规则，以及如何从中提取最简的SOP和POS表达式。强调卡诺图在解决4变量和5变量逻辑函数化简问题上的有效性。 奎恩-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）算法： 介绍一种更为系统和通用的逻辑函数化简方法。阐述算法的步骤，包括找出所有蕴含项、选择最小覆盖集等，并分析其在计算机辅助设计（CAD）工具中的应用基础。 多输出逻辑函数化简： 探讨如何对多个输出的逻辑函数进行联合化简，以期在硬件资源上达到最优。 第四章：组合逻辑电路设计 组合逻辑电路的分析与设计： 阐述分析组合逻辑电路的步骤，即从电路图推导逻辑表达式。讲解组合逻辑电路的设计流程，包括需求分析、真值表建立、逻辑表达式推导、逻辑化简和电路实现。 常用组合逻辑电路模块： 译码器（Decoder）： 介绍二进制译码器、BCD-7段译码器等。分析其功能、原理和应用，如地址译码、显示驱动等。 编码器（Encoder）： 讲解优先编码器（Priority Encoder）及其工作原理。阐述其在输入信号优先级判断和编码中的作用。 多路选择器（Multiplexer, MUX）： 详细介绍数据选择器。分析其选择控制信号、数据输入和数据输出的关系。阐述其在数据路由、逻辑功能实现等方面的广泛应用。 分路器（Demultiplexer, DEMUX）： 讲解分路器的功能，即一个输入可以分发到多个输出。阐述其与多路选择器的互补关系。 加法器（Adder）： 介绍半加器、全加器、并行加法器、超前进位加法器（Carry-Lookahead Adder）等。分析其逻辑结构、工作原理和性能差异，以及在算术逻辑单元（ALU）中的关键作用。 减法器（Subtractor）： 讲解如何利用加法器和补码实现减法。 比较器（Comparator）： 介绍一位比较器和多位比较器，分析其用于判断两个数字大小的功能。 数值转换器（Number Converter）： 如二进制转格雷码，格雷码转二进制等。 可编程逻辑器件（PLD）简介： 初步介绍PLA（Programmable Logic Array）、PAL（Programmable Array Logic）和GAL（Generic Array Logic）等可编程逻辑器件的基本结构和工作原理，为后续介绍FPGA/CPLD打下基础。 第二部分：时序逻辑电路与状态机 第五章：触发器（Flip-Flop） 基本触发器： 深入讲解SR触发器（Set-Reset Flip-Flop）、D触发器（Data Flip-Flop）和JK触发器（J-K Flip-Flop）。分析它们的电路结构、逻辑功能、状态转移图和特性方程。 时钟信号与时钟触发： 解释时钟信号在数字电路同步中的作用。讲解电平触发和边沿触发（上升沿、下降沿）的区别，以及主从触发器（Master-Slave Flip-Flop）的设计如何避免亚稳态（Metastability）问题。 T触发器（Toggle Flip-Flop）： 讲解T触发器的功能，即在输入为1时翻转状态。 触发器的应用： 简单介绍触发器在寄存器、计数器等电路中的基本应用。 第六章：寄存器（Register）与计数器（Counter） 寄存器： 介绍移位寄存器（Shift Register）的结构和工作原理，包括左移、右移、并行输入/输出、串行输入/输出等模式。讲解移位寄存器的应用，如数据传输、串并转换、并行扩展等。 计数器： 异步计数器（Ripple Counter）： 介绍由触发器串联构成的异步计数器，分析其工作原理、时序和时钟脉冲的传播延迟问题。 同步计数器（Synchronous Counter）： 讲解同步计数器的设计，确保所有触发器同时响应时钟信号。介绍行波计数器（Ripple Counter）和集成计数器IC（如74LS161, 74LS163等）的设计。 可预置计数器（Presettable Counter）： 讲解具有预置功能计数器的设计，允许在计数开始前设置初始值。 进制计数器： 如二进制计数器、十进制计数器（Decade Counter）等。 加法/减法计数器： 介绍能够进行加法和减法运算的计数器。 应用： 介绍计数器在分频、定时、频率测量、数字显示等方面的应用。 第七章：状态机（Finite State Machine, FSM） 有限状态机模型： 引入Mealy模型和Moore模型，详细解释它们的区别和联系。分析状态机中的状态、输入、输出、状态转移和输出逻辑。 状态机的设计流程： 需求分析与规格说明： 明确状态机的外部行为和内部功能。 状态图（State Diagram）绘制： 直观地表示状态机的状态和转移。 状态表（State Table）建立： 列出所有状态、输入和对应的下一个状态及输出。 状态分配（State Assignment）： 为每个状态分配唯一的二进制编码，并讨论最优状态分配的原则（如最小化触发器数量、减少逻辑复杂度）。 逻辑方程推导： 根据状态表和触发器类型，推导出驱动触发器翻转和产生输出的逻辑方程。 电路实现： 将逻辑方程转化为实际的逻辑门电路。 状态机的简化： 讨论如何合并等效状态以减少状态机的复杂度。 常用状态机设计实例： 包括序列检测器、交通灯控制器、串行通信接口控制器等。 第三部分：存储器、数据转换与系统级设计 第八章：存储器（Memory） 半导体存储器分类： 介绍随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两大类。 RAM： 静态RAM（SRAM）： 讲解SRAM的存储单元结构（如六输入MOS存储单元），分析其读写时序和工作原理。 动态RAM（DRAM）： 介绍DRAM的存储单元（电容）以及刷新（Refresh）机制。对比SRAM和DRAM的优缺点，如速度、密度、功耗等。 ROM： 掩膜ROM（Mask ROM）： 介绍其不可编程性，但成本低。 可编程ROM（PROM）： 讲解熔丝（Fuse）或反熔丝（Anti-fuse）的编程方式。 可擦写可编程ROM（EPROM/EEPROM/Flash）： 介绍紫外线擦除（EPROM）和电擦除（EEPROM/Flash）技术，以及Flash存储器的多位存储能力。 应用： 讲解ROM在存储程序、查找表、配置数据等方面的应用。 寄存器文件（Register File）： 介绍由多个寄存器组成的存储结构，以及多端口寄存器文件。 第九章：数模与模数转换器（DAC & ADC） 数模转换器（DAC）： 基本原理： 讲解DAC将数字量转换为模拟量的过程。 主要类型： 介绍加权电阻型DAC、R-2R电阻网络型DAC、逐次逼近型DAC和Σ-Δ调制器DAC等。分析它们的结构、工作原理、分辨率、转换速度和非线性度等指标。 模数转换器（ADC）： 基本原理： 讲解ADC将模拟量转换为数字量的过程。 主要类型： 介绍比较器型ADC、逐次逼近型ADC、双积分型ADC、Σ-Δ调制器ADC等。分析它们的结构、工作原理、分辨率、转换速度和精度等指标。 应用： 强调DAC和ADC在音频/视频处理、数据采集系统、通信系统等领域中的关键作用。 第十章：信号完整性与时序问题 信号时序： 讲解时钟周期、时钟频率、建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）等概念。 亚稳态（Metastability）： 深入分析亚稳态产生的原因，以及在异步系统和跨时钟域（Clock Domain Crossing）设计中如何避免或处理亚稳态，例如使用双触发器同步器。 信号完整性： 介绍信号线上的反射、串扰、噪声等现象，以及它们的产生原因和对电路性能的影响。 PCB布局布线考虑： 探讨在PCB设计中如何通过合理的布局、走线和电源/地线设计来改善信号完整性，例如差分信号、端接（Termination）等。 第四部分：现代数字设计方法与工具 第十一章：硬件描述语言（HDL）简介 HDL的作用： 介绍硬件描述语言（如Verilog HDL和VHDL）在现代数字电路设计中的重要性，以及其在电路建模、仿真、综合和实现等方面的应用。 Verilog HDL 基础： 讲解Verilog的基本语法，包括模块（module）、端口（port）、数据类型（reg, wire）、赋值语句（assign, always）、行为语句（if, case, for）、运算符、实例化（instantiation）等。 VHDL 基础（选讲）： 简要介绍VHDL的核心概念，如实体（entity）、架构（architecture）、端口（port）、数据类型（bit, std_logic）、信号（signal）、进程（process）、语句（if, case, loop）等。 HDL代码风格： 强调编写清晰、可读性强、易于维护的HDL代码的重要性。 第十二章：使用HDL进行数字电路设计 行为级建模： 讲解如何使用HDL描述电路的功能行为，而不拘泥于具体的硬件实现。 数据流建模： 介绍如何使用HDL描述数据在电路中的流动和转换。 结构化建模： 讲解如何使用HDL描述电路的结构，即实例化已有的模块和连接它们。 组合逻辑与时序逻辑的HDL实现： 通过大量实例，展示如何使用HDL实现各种组合逻辑电路（如加法器、多路选择器）和时序逻辑电路（如触发器、寄存器、计数器、状态机）。 IP核（Intellectual Property Core）的使用： 介绍如何利用预先设计好的IP核来加速设计进程。 第十三章：逻辑综合与仿真 逻辑综合（Logic Synthesis）： 基本原理： 解释逻辑综合工具如何将HDL代码转换为门级网表（Netlist）。 目标： 阐述综合工具的目标，如面积（Area）、速度（Speed）、功耗（Power）等。 约束（Constraints）： 讲解时序约束、面积约束等在综合过程中的作用。 综合工具介绍： 简要介绍常见的逻辑综合工具（如Synopsys Design Compiler, Cadence Genus等）。 逻辑仿真（Logic Simulation）： 仿真流程： 介绍仿真器如何执行HDL代码，验证设计的功能正确性。 测试平台（Testbench）设计： 讲解如何编写测试平台来生成激励信号并检查输出结果。 仿真类型： 介绍行为级仿真（Behavioral Simulation）、门级仿真（Gate-Level Simulation）等。 仿真工具介绍： 简要介绍常见的仿真工具（如ModelSim, VCS, QuestaSim等）。 时序分析（Timing Analysis）： 介绍静态时序分析（STA）工具如何验证电路的时序是否满足设计要求，而无需运行仿真。 第十四章：FPGA/CPLD与可编程逻辑器件（PLD） CPLD（Complex Programmable Logic Device）： 介绍CPLD的结构，包括宏单元（Macrocell）、可编程互连阵列（Programmable Interconnect Array）等。分析其特点和应用。 FPGA（Field-Programmable Gate Array）： FPGA架构： 详细讲解FPGA的基本组成，如可配置逻辑块（Configurable Logic Block, CLB）、输入/输出块（Input/Output Block, IOB）、可编程布线资源（Programmable Interconnect）等。 LUT（Look-Up Table）： 深入分析LUT作为FPGA基本逻辑单元的工作原理。 FPGA设计流程： 介绍从HDL代码到最终在FPGA上实现的设计流程，包括综合、布局布线（Place and Route）、比特流生成（Bitstream Generation）和下载（Download）。 FPGA开发板与工具： 简要介绍常用的FPGA开发板（如Xilinx, Altera/Intel FPGA）和相关的开发工具链。 PLD设计实例： 结合FPGA/CPLD平台，提供一些实际的项目设计实例，如简单的CPU控制器、通信模块等。 附录 常用逻辑门芯片型号与引脚说明 常用集成电路功能表 数制转换速查表 布尔代数常用定理汇总 三、本书特色 系统性强： 内容从基础概念到高级应用，循序渐进，覆盖了数字逻辑设计的各个重要环节。 理论与实践并重： 理论知识讲解透彻，同时配以大量的实例和设计流程，指导读者动手实践。 工具导向： 重点介绍现代数字设计中不可或缺的硬件描述语言（HDL）和相关的EDA（Electronic Design Automation）工具，为读者进入工业界做好准备。 强调工程意识： 在讲解理论的同时，融入了信号完整性、时序分析等工程设计中必须考虑的因素。 清晰易懂： 语言简洁明了，图文并茂，便于读者理解和掌握。 四、目标读者 本书适合于电子工程、自动化、计算机科学与技术、通信工程等专业的本科生、研究生，以及从事数字电路设计、嵌入式系统开发、FPGA/ASIC设计的工程师和技术人员。 五、学习建议 建议读者在学习过程中，积极动手实践，通过使用EDA工具（如Vivado, Quartus Prime, Modelsim等）来设计、仿真和验证所学知识。理解每一部分内容，特别是状态机的设计和HDL的编写，将为后续更复杂的数字系统设计打下坚实的基础。 本书旨在成为读者探索数字逻辑设计世界的得力助手，引导您从理解逻辑门电路的奥秘，到驾驭复杂的数字系统，最终成为一名优秀的数字逻辑工程师。
