本书共8章和4个附录,分别为数字电路理论基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、存储器和可编程逻辑器件、脉冲波形的产生与整形电路、数/模及模/数转换技术、EDA技术、Quartus Prime 17.1.0软件使用简介、Verilog HDL设计初步和部分习题参考答案等。 数字电路与逻辑设计是高等院校电子信息类各专业的一门重要的专业基础课。本书的特点是遵循深入浅出、保证基础、精选内容、加强概念、联系实际的原则,将数字电路与逻辑设计的理论与实际相结合,在论述重要概念与分析、设计方法后,通过大量的应用实例,让学生既能够掌握理论知识,又能够解决实际问题,以此帮助学生理解和巩固所学理论及知识。本书可以作为高等院校电子信息类各专业的教材,也可以作为相关专业工程技术人员的参考书。
数字电路与逻辑设计是电子、电气、电信、通信、自动化、计算机等电子信息类专业一门重要的专业基础课。 本书在编写过程中注意循序渐进、难易结合、突出重点、突出实用、侧重能力培养。本书具有以下特色:
(1) 本书体现了一定的基础性和先进性,通过学习,使学生能够具有较为丰富的基础理论和基础知识,使学生具有可持续发展和创新的能力;(2) 本书内容注重培养学生分析问题和解决问题的能力、综合运用所学知识的能力及工程实践的能力;
(3) 本书在选材和文字叙述上符合学生的认知规律,由浅入深、由简单到复杂、由基础知识到应用举例,并配有丰富的例题和习题。
数字电路与逻辑设计是电子、电气、电信、通信、自动化、计算机等电子信息类专业一门重要的专业基础课。为适应现代电子技术快速发展的需要,我们根据多年的教学经验和实践积累,在系统介绍数字电路基本知识的基础上,同时对现代逻辑设计工具(EDA技术)、Verilog硬件描述语言等做了介绍,并以实际应用为目的编写了此书。 全书共8章和4个附录:第1章为数字电路理论基础,重点介绍了数制与码制、逻辑运算关系、逻辑函数及其化简方法、卡诺图等;第2章为逻辑门电路,重点介绍了半导体的开关特性、TTL集成门电路的内部结构及使用特点;第3章为组合逻辑电路,重点介绍了组合逻辑电路的一般分析方法和设计方法及几种典型的组合逻辑器件的应用;第4章为触发器,介绍了常用触发器的类型及功能;第5章为时序逻辑电路,介绍了时序逻辑电路的一般分析方法和设计方法,并重点介绍了寄存器和计数器集成电路的应用;第6章为存储器和可编程逻辑器件,介绍了ROM、RAM、PAL、GAL、 FPGA等器件的结构和应用;第7章为脉冲波形的产生与整形电路,重点介绍了 555定时器的功能及由其组成的单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器电路和应用;第8章为数/模及模/数转换技术,介绍了DAC和ADC的基本原理及典型集成电路;附录A为EDA技术,介绍了EDA基本知识;附录B为Quartus Prime 17.1.0软件使用简介;附录C为Verilog HDL设计初步,介绍了Verilog HDL程序的基本结构和特点;附录D为部分习题参考答案。根据不同专业的具体情况,教学时可以对本书进行内容节选。 本书在编写过程中注意循序渐进、难易结合、突出重点、突出实用、侧重能力培养。本书具有以下特色: (1) 本书体现了一定的基础性和先进性,通过学习,使学生能够具有较为丰富的基础理论和基础知识,使学生具有可持续发展和创新的能力; (2) 本书内容注重培养学生分析问题和解决问题的能力、综合运用所学知识的能力及工程实践的能力; (3) 本书在选材和文字叙述上符合学生的认知规律,由浅入深、由简单到复杂、由基础知识到应用举例,并配有丰富的例题和习题。 本书由陈超原、张静、单财良、陈振云、位磊等5位老师编写,其中陈超原、张静和单财良任主编,陈振云和位磊任副主编。第1章由陈振云编写,第2、3章由单财良编写,第4、5章由陈超原编写,第6章由张静编写,第7章由位磊编写,第8章由陈振云和陈超原编写,附录A至附录D由单财良和张静编写。陈超原负责全书的统稿。本书在编写过程中得到了学部领导俞侃教授的大力支持,电路系胡冬全副教授对全书的编写提出了很多宝贵的意见,编者在此表示衷心的感谢! 编者由于水平有限,书中难免有不足之处,恳请广大读者批评指正。
第1章数字电路理论基础(1)
1.1数制与编码(1)
1.1.1十进制数(1)
1.1.2二进制数(1)
1.1.3十六进制数(3)
1.1.4数制转换(4)
1.1.5有符号数的表示方法(6)
1.1.6十进制数的二进制编码(8)
1.1.7格雷码(9)
1.2二进制逻辑变量的电压表示(10)
1.2.1用电压表示二进制逻辑变量(10)
1.2.2正逻辑与负逻辑(10)
1.3基本逻辑运算和基本逻辑门(11)
1.3.1逻辑变量和逻辑函数(11)
1.3.2与运算及与门(11)
1.3.3或运算及或门(12)
1.3.4非运算及非门(13)
1.3.5复合逻辑及复合逻辑门(13)
1.3.6逻辑门符号(16)
1.4逻辑代数的基本定律及规则(17)
1.4.1逻辑代数的基本定律(17)
1.4.2逻辑代数的基本规则(17)
1.5逻辑函数的化简(19)
1.5.1逻辑函数的表示形式(19)
1.5.2逻辑函数的化简方法(22)
本章小结(26)
思考题(26)
习题(27)
第2章逻辑门电路(28)
2.1半导体二极管门电路(28)
2.1.1二极管的开关特性(28)
2.1.2二极管门电路(29)
2.2半导体三极管门电路(31)
2.2.1三极管的开关特性(31)
2.2.2三极管反相器(33)
2.3TTL集成门电路(34)
2.3.1TTL逻辑门(35)
2.3.2CMOS逻辑门(44)
2.3.3集成逻辑门的使用知识(50)
本章小结(53)
思考题(54)
习题(54)
第3章组合逻辑电路(56)
3.1组合逻辑电路概述(56)
3.1.1组合逻辑电路的特点(56)
3.1.2组合逻辑电路的逻辑功能概述(56)
3.1.3组合逻辑电路的类型、研究方法和任务(57)
3.2组合逻辑电路的分析(57)
3.2.1组合逻辑电路的分析步骤(57)
3.2.2组合逻辑电路的分析举例(57)
3.3组合逻辑电路的设计(59)
3.3.1组合逻辑电路的设计步骤(60)
3.3.2组合逻辑电路的设计举例(60)
3.4常用MSI组合逻辑电路及其应用(67)
3.4.1编码器(67)
3.4.2译码器(74)
3.4.3数据选择器(86)
3.4.4数值比较器(92)
3.4.5加法器(94)
3.4.6奇偶产生器/校验器(100)
3.5组合逻辑电路综合应用(102)
3.5.1简单投票系统(102)
3.5.2动态扫描显示电路(103)
3.5.3点阵显示控制电路(105)
3.5.4简单数据传输系统与检错电路(106)
3.6组合逻辑电路的竞争与冒险现象(107)
3.6.1竞争与冒险的概念及其产生的原因(107)
3.6.2消除竞争与冒险的方法(109)
本章小结(111)
思考题(111)
习题(112)
第4章触发器(115)
4.1基本触发器(115)
4.2同步触发器(117)
4.2.1同步RS触发器(117)
4.2.2同步JK触发器(119)
4.2.3同步D触发器(120)
4.2.4同步T触发器(121)
4.3边沿触发器(122)
4.3.1主从JK触发器(122)
4.3.2主从D触发器(123)
4.3.3维持阻塞D触发器(124)
4.4不同触发器之间逻辑功能的转换(126)
4.4.1D触发器构成JK触发器(126)
4.4.2JK触发器构成D触发器(127)
4.4.3D触发器构成T触发器(127)
本章小结(128)
思考题(128)
习题(128)
第5章时序逻辑电路(132)
5.1时序逻辑电路的基本概念(132)
5.1.1时序逻辑电路的一般模型(132)
5.1.2时序逻辑电路的功能描述方法(133)
5.2时序逻辑电路的分析(134)
5.2.1同步时序逻辑电路的分析(134)
5.2.2异步时序逻辑电路的分析(138)
5.3时序逻辑电路的设计(140)
5.3.1同步时序逻辑电路的设计(140)
5.3.2异步时序逻辑电路的设计(144)
5.4寄存器(147)
5.4.1数码寄存器(147)
5.4.2移位寄存器(147)
5.5计数器(151)
5.5.1异步二进制加法计数器(151)
5.5.2同步二十进制加法计数器(153)
5.5.3集成计数器(154)
本章小结(157)
思考题(158)
习题(158)
第6章存储器和可编程逻辑器件(162)
6.1只读存储器(162)
6.1.1ROM基本结构(162)
6.1.2译码与存储阵列(164)
6.1.3可编程ROM(165)
6.1.4ROM应用举例(166)
6.2随机存储器(168)
6.2.1RAM的结构和工作原理(168)
6.2.2存储容量的扩展(171)
6.3简单可编程器件(173)
6.3.1可编程器件简介(173)
6.3.2PLD的结构和表示方法(175)
6.3.3PLD分类及设计举例(177)
6.4CPLD(178)
6.4.1CPLD的结构框图(179)
6.4.2CPLD的组成部分(179)
6.5FPGA(181)
6.5.1查找表结构基本原理(181)
6.5.2FPGA结构简介(182)
本章小结(185)
思考题(186)
习题(186)
第7章脉冲波形的产生与整形电路(190)
7.1概述(190)
7.1.1理想的矩形脉冲波形(190)
7.1.2实际的矩形脉冲波形(190)
7.2555定时器(191)
7.2.1555定时器的简介(191)
7.2.2555定时器的特点(192)
7.2.3555定时器的电路结构与工作原理(192)
7.2.4555定时器电路的应用(194)
7.3单稳态触发器(195)
7.3.1单稳态触发器的工作特点(195)
7.3.2单稳态触发器的分类(195)
7.3.3555定时器构成单稳态触发器(195)
7.3.4单稳态触发器的应用(196)
7.4多谐振荡器(198)
7.4.1多谐振荡器的结构特点(198)
7.4.2多谐振荡器的分类(198)
7.4.3由555定时器组成的多谐振荡器(199)
7.5施密特触发器(200)
7.5.1施密特触发器的特点(200)
7.5.2由555定时器组成的施密特触发器(201)
7.5.3施密特触发器的应用(201)
7.6实例电路分析(203)
7.6.1多用途延迟开关电源插座(203)
7.6.2基于555定时器及CD4017计数器的跑马灯(204)
7.6.3555触摸定时开关(206)
7.6.4相片曝光定时器(207)
7.6.5单电源变双电源电路(208)
7.6.6简易催眠器(208)
7.6.7电热毯温控器(208)
本章小结(209)
思考题(210)
习题(210)
第8章数/模及模/数转换技术(212)
8.1数/模转换器(212)
8.1.1DAC的基本原理(212)
8.1.2电压型DAC(214)
8.1.3电流型DAC(216)
8.1.4集成DAC(217)
8.1.5DAC的性能指标(220)
8.2模/数转换器(221)
8.2.1A/D转换的概述(221)
8.2.2A/D转换的基本原理(221)
8.2.3逐次渐近型ADC(223)
8.2.4双积分型ADC(224)
8.2.5并行比较型ADC(226)
8.2.6ADC的主要技术指标(227)
8.2.7ADC0809(227)
本章小结(230)
思考题(230)
习题(231)
附录AEDA技术(232)
A.1EDA技术概述(232)
A.2EDA技术及其发展(232)
A.2.1电子CAD阶段(233)
A.2.2电子CAE阶段(233)
A.2.3EDA阶段(233)
A.3数字设计的流程(234)
A.3.1设计输入(235)
A.3.2综合(236)
A.3.3适配(布线布局)(236)
A.3.4仿真(237)
A.3.5编程配置(237)
A.4常用的EDA软件工具(238)
附录BQuartus Prime 17.1.0软件使用简介(239)
B.1创建新工程(239)
B.2建立Verilog HDL文件(244)
B.3引脚配置(245)
B.4项目编译及结果分析(247)
B.5下载编程(248)
附录CVerilog HDL设计初步(249)
C.1Verilog HDL简介(249)
C.1.1Verilog HDL的发展经历(249)
C.1.2Verilog HDL的特点(250)
C.2Verilog HDL模块的基本结构(250)
C.3Verilog HDL的语言要素(252)
C.3.1基本语法定义(252)
C.3.2数据类型(257)
C.4Verilog HDL的行为语句(260)
C.4.1过程语句(261)
C.4.2块语句(263)
C.4.3赋值语句(264)
C.4.4条件语句(266)
C.4.5循环语句(269)
C.4.6编译指示语句(270)
C.5Verilog HDL 设计的层次与风格(271)
C.5.1Verilog HDL 设计的层次(271)
C.5.2结构描述(271)
C.5.3行为描述(276)
C.5.4数据流描述(277)
C.5.5分层次结构电路的设计(278)
附录D部分习题参考答案(281)
参考文献(285)