数字逻辑

第1章 数字逻辑的基础知识引言1.1 数字电路的信号1.1.1 模拟量与数字量模拟量是指变量在一定范围连续变化的量；也就是在一定范围（定义域）内可以取任意值。数字量是分立量不是连续变化量只能取几个分立值二进制数字变量只能取两个值。数字量是物理量的一种。一类物理量的变化在时间上和数量上都是离散的。它们的变化在时间上是不连续的，总是发生在一系列离散的瞬间。同时，它们的数值大小和每次的增减变化都是某一个最小数量单位的整数倍，而小于这个最小数量单位的数值没有任何物理意义。这一类物理量叫做数字量。1.1.2 数字电路及其信号用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。1.2 数字电路所用的数制1.2.1 进制数1.2.2 十进制数和二进制数间的互相转换1.2.3 八进制数和十六进制数1.3 数字电路常用的码制与编码1.3.1 原码、反码和补码原码(true form)是一种计算机中对数字的二进制定点表示方法。原码表示法在数值前增加了一位符号位（即最高位为符号位）：正数该位为0，负数该位为1（0有两种表示：+0和-0），其余位表示数值的大小。所谓原码就是二进制定点表示法，即最高位为符号位，“0”表示正，“1”表示负，其余位表示数值的大小。反码表示法规定：正数的反码与其原码相同；负数的反码是对其原码逐位取反，但符号位除外。原码10010= 反码11101 （10010，1为符号码，故为负）补码(two"s complement) 1、在计算机系统中，数值一律用补码来表示（存储）。 主要原因：使用补码，可以将符号位和其它位统一处理；同时，减法也可按加法来处理。另外，两个用补 码表示的数相加时，如果最高位（符号位）有进位，则进位被舍弃。 2、补码与原码的转换过程几乎是相同的。1.3.2 BCD码(二-十进制编码)1.3.3格雷(IGray)码1.4 逻辑代数基本知识1.4.1 基本运算1.4.2 复合运算1.4.3 逻辑代数的定律1.4.4 逻辑函数的标准形式1.4.5 逻辑函数的化简本章小结思考题及习题第2章 晶体管开关及门电路引言2.1 晶体管的开关特性及简单门电路2.1.1 二极管的开关特性2.1.2 双极晶体管的开关特性2.1.3 MOS管的开关特性2.1.4 分立元件构成的门电路2.2 TTL(三极管-三极管逻辑)门电路2.2.1 TTL与非门的电路结构与工作原理2.2.2 TTL与非门的特性2.2.3 其他类型TTL门电路2.2.4 TTL集成电路的系列产品2.3 其他类型双极型数字集成电路2.3.1 ECL(发射极耦合逻辑)门电路2.3.2 IIL(集成注入逻辑)门电路2.4 CMOS集成门电路2.4.1 CMOS反相器的电路结构和工作原理2.4.2 CMOS反相器的输入特性和输出特性2.4.3 其他CMOS集成门电路2.4.4 TTL电路与CMOS电路间的连接2.4.5 低电压CMOS电路及逻辑电平转换器2.4.6 CMOS集成电路系列产品2.4.7 CMOS集成电路使用注意事项本章小结思考题及习题第3章 组合逻辑电路引言3.1 组合逻辑电路的一般分析与设计3.1.1 组合逻辑电路的一般分析3.1.2 组合逻辑电路的设计(用门电路)3.2 常用组合逻辑电路及其中规模集成器件3.2.1加法器加法器是产生数的和的装置。加数和被加数为输入，和数与进位为输出的装置为半加器。若加数、被加数与低位的进位数为输入，而和数与进位为输出则为全加器。常用作计算机算术逻辑部件，执行逻辑操作、移位与指令调用。在电子学中，加法器是一种数位电路，其可进行数字的加法计算。在现代的电脑中，加法器存在于算术逻辑单元（ALU）之中。加法器可以用来表示各种数值，如：BCD、加三码，主要的加法器是以二进制作运算。由于负数可用二的补数来表示，所以加减器也就不那么必要。3.2.2编码器3.2.3 译码器及数据分配器3.2.4 数据选择器3.2.5 图案移位器3.2.6 数码比较器3.2.7 奇偶校验码的产生器/校验器3.3 用中规模集成器件设计组合逻辑电路3.3.1 用数据选择器实现组合逻辑电路3.3.2 用译码器、加法器实现组合逻辑电路3.4 组合逻辑电路的冒险3.4.1 竞争与冒险现象3.4.2 冒险的判断、避免及消除本章小结思考题及习题第4章 触发器与波形变换、产生电路引言4.1 脉冲信号4.1.1 脉冲信号的描述4.1.2 波形的产生与变换4.2 触发器4.2.1 基本RS触发器4.2.2 同步RS触发器4.2.3 主从延迟型JK触发器4.2.4 边沿型D触发器4.2.5 边沿型JK触发器4.2.6 触发器的类型4.2.7 各类触发器的开关工作特性及抗干扰能力比较4.3施密特电路4.3.1 用门电路组成的施密特电路4.3.2 集成施密特电路4.3.3 施密特电路的应用4.4 单稳态电路4.4.1 用门电路组成的单稳态电路4.4.2 集成单稳态电路4.4.3 单稳态电路的应用4.5 多谐振荡器4.5.1 用门电路组成的多谐振荡器4.5.2 用施密特电路构成的多谐振荡器4.5.3 石英晶体多谐振荡器4.6 555集成定时器4.6.1 555集成定时器的工作原理4.6.2 555集成定时器的应用举例本章小结思考题及习题第5章 时序逻辑电路引言5.1 时序逻辑电路的基本概念5.2 时序逻辑电路的描述5.3 锁存器、寄存器、移位寄存器5.3.1 锁存器5.3.2 寄存器5.3.3 移位寄存器5.3.4 寄存器的应用5.4 计数器5.4.1 同步计数器5.4.2 异步计数器5.4.3 N进制计数器5.4.4 计数器的应用实例5.5 时序逻辑电路的设计5.5.1 原始状态图和原始状态表的建立5.5.2 状态化筒5.5.3 状态分配5.5.4 状态转移和激励列表5.5.5 激励方程和输出方程5.5.6 逻辑图5.5.7 输出与输入之间的关系5.5.8 自启动与非自启动5.5.9 异步时序逻辑电路的设计5.5.10 输出方波的奇数分频器5.6 序列信号发生器5.6.1 移存器型序列信号发生器5.6.2 计数器型序列信号发生器5.6.3 LFSR(线性反馈移存器)型序列信号发生器本章小结思考题及习题第6章 存储器与可编程逻辑器件引言6.1 存储器6.1.1 SAM(顺序存取存储器)6.1.2 RAM(随机存取存储器)6.1.3 ROM(只读存储器)6.2 可编程逻辑器件6.2.1 可编程器件的逻辑表示法6.2.2 简单可编程逻辑器件6.2.3 高密度可编程逻辑器件6.2.4Altera公司的开发系统QuartusⅡ本章小结思考题及习题第7章 硬件描述语言(VHDL)引言7.1 VHDL程序的组成7.1.1 实体7.1.2 构造体7.1.3 包集合7.1.4 库7.1.5 配置7.2 VHDL的标识符、客体、数据类型和操作符7.2.1 VHDL的标识符7.2.2 VHDL的客体7.2.3 VHDL的数据类型7.2.4 子类型7.2.5 属性7.2.6 VHDL的运算操作符7.3 VHDL构造体的描述方法7.3.1 顺序描述语句7.3.2 并发描述语句7.3.3 断言语句7.4 数字电路的VHDL设计举例7.4.1 基本逻辑门的VHDL设计源文件7.4.2 组合逻辑电路的VHDL设计源文件7.4.3 时序逻辑电路的VHDL设计7.4.4 只读存储器(ROM)的VHDL设计本章小结思考题及习题第8章 可测性设计及边界扫描技术引言8.1 概述8.2 可测性设计8.2.1 特定设计8.2.2 结构设计8.3 边界扫描测试BST8.3.1 边界扫描设计基本结构8.3.2 边界扫描测试的工作方式8.3.3 边界扫描单元的级联8.3.4 边界扫描描述语言(BSDL)本章小结思考题及习题第9章 数模与模数转换引言9.1 D/A转换器9.1.1 D/A转换器的基本工作原理9.1.2 二进制权电阻网络D/A转换器9.1.3 倒T形电阻网络D/A转换器9.1.4 权电流型D/A转换器9.1.5 D/A转换器的主要性能参数9.1.6 串行输入的D/A转换器9.2 A/D转换器9.2.1 A/D转换器的基本工作原理9.2.2 并行比较型A/D转换器9.2.3 逐次渐近型A/D转换器9.2.4 积分型A/D转换器9.2.5 A/D转换器的主要技术指标9.2.6 串行输出的A/D转换器9.3 D/A转换器和A/D转换器的应用9.3.1 D/A转换器应用举例9.3.2 A/D转换器应用举例本章小结思考题及习题附录1 逻辑函数列表化简法C语言源程序附录2 国家标准图形符号简表附录3 英汉名词对照(以英文字母为序)主要参考文献

第1章 数制与编码 （1）1.1 概述 （1）1.1.1 模拟电子技术和数字电子技术 （1）1.1.2 脉冲信号和数字信号 （1）1.1.3 数字电路的特点 （2）1.2 数制及其转换 （2）1.3 编码 （5）1.3.1 二-十进制编码 （5）1.3.2 字符编码 （6）本章小结 （7）思考题和习题 （7）第2章 逻辑代数和硬件描述语言基础 （9）2.1 逻辑代数基本概念 （9）2.1.1 逻辑常量和逻辑变量 （9）2.1.2 基本逻辑和复合逻辑 （9）2.1.3 逻辑函数的表示方法 （13）2.1.4 逻辑函数的相等 （15）2.2 逻辑代数的运算法则 （16）2.2.1 逻辑代数的基本公式 （16）2.2.2 逻辑代数的基本定理 （16）2.2.3 逻辑代数的常用公式 （17）2.2.4 异或运算公式 （19）2.3 逻辑函数的表达式 （19）2.3.1 逻辑函数常用表达式 （19）2.3.2 逻辑函数的标准表达式 （20）2.4 逻辑函数的简化法 （22）2.4.1 逻辑函数简化的意义 （22）2.4.2 逻辑函数的公式简化法 （23）2.4.3 逻辑函数的卡诺图简化法 （24）2.5 Verilog HDL基础 （28）2.5.1 Verilog HDL设计模块的基本结构 （29）2.5.2 Verilog HDL的词法 （30）2.5.3 Verilog HDL的语句 （36）2.5.4 不同抽象级别的Verilog HDL模型 （41）本章小结 （42）思考题和习题 （43）第3章 门电路 （45）3.1 概述 （45）3.2 晶体二极管和三极管的开关特性 （46）3.2.1 晶体二极管的开关特性 （46）3.2.2 晶体三极管的开关特性 （50）3.3 分立元件门 （54）3.3.1 二极管与门 （54）3.3.2 二极管或门 （55）3.3.3 三极管非门 （56）3.3.4 复合逻辑门 （56）3.3.5 正逻辑和负逻辑 （58）3.4 TTL集成门 （58）3.4.1 TTL集成与非门 （59）3.4.2 TTL与非门的外部特性 （60）3.4.3 TTL与非门的主要参数 （64）3.4.4 TTL与非门的改进电路 （65）3.4.5 TTL其他类型的集成电路 （66）3.4.6 TTL集成电路多余输入端的处理 （68）3.4.7 TTL电路的系列产品 （69）3.5 其他类型的双极型集成电路 （69）3.5.1 ECL电路 （69）3.5.2 I2L电路 （70）3.6 MOS集成门 （70）3.6.1 MOS管 （70）3.6.2 MOS反相器 （72）3.6.3 MOS门 （74）3.6.4 CMOS门的外部特性 （77）3.7 基于Verilog HDL的门电路设计 （78）3.7.1 用assign语句建模方法实现门电路的描述 （79）3.7.2 用门级元件例化建模方式来描述门电路 （80）本章小结 （81）思考题和习题 （81）第4章 组合逻辑电路 （85）4.1 概述 （85）4.1.1 组合逻辑电路的结构和特点 （85）4.1.2 组合逻辑电路的分析方法 （85）4.1.3 组合逻辑电路的设计方法 （86）4.2 若干常用的组合逻辑电路 （90）4.2.1 算术运算电路 （90）4.2.2 编码器 （92）4.2.3 译码器 （94）4.2.4 数据选择器 （98）4.2.5 数值比较器 （101）4.2.6 奇偶校验器 （102）4.3 组合逻辑电路设计 （104）4.3.1 采用中规模集成部件实现组合逻辑电路 （104）4.3.2 基于Verilog HDL的组合逻辑电路的设计 （109）4.4 组合逻辑电路的竞争-冒险现象 （119）本章小结 （121）思考题和习题 （121）第5章 触发器 （125）5.1 概述 （125）5.2 基本RS触发器 （125）5.2.1 由与非门构成的基本RS触发器 （126）5.2.2 由或非门构成的基本RS触发器 （127）5.3 钟控触发器 （129）5.4 集成触发器 （133）5.4.1 主从JK触发器 （133）5.4.2 边沿JK触发器 （135）5.4.3 维持-阻塞结构集成触发器 （136）5.5 触发器之间的转换 （137）5.6 基于Verilog HDL的触发器设计 （139）5.6.1 基本RS触发器的设计 （139）5.6.2 D锁存器的设计 （140）5.6.3 D触发器的设计 （141）5.6.4 JK触发器的设计 （142）本章小结 （143）思考题和习题 （143）第6章 时序逻辑电路 （146）6.1 概述 （146）6.2 寄存器和移位寄存器 （149）6.2.1 寄存器 （149）6.2.2 移位寄存器 （149）6.2.3 集成移位寄存器 （151）6.3 计数器 （153）6.3.1 同步计数器的分析 （153）6.3.2 异步计数器的分析 （156）6.3.3 集成计数器 （160）6.4 时序逻辑电路的设计 （163）6.4.1 同步计数器的设计 （164）6.4.2 异步计数器的设计 （167）6.4.3 移存型计数器的设计 （170）6.4.4 一般同步时序逻辑电路的设计 （173）6.5 基于Verilog HDL的时序逻辑电路的设计 （175）6.5.1 数码寄存器的设计 （175）6.5.2 移位寄存器的设计 （177）6.5.3 计数器的设计 （178）6.5.4 顺序脉冲发生器的设计 （181）6.5.5 序列信号发生器的设计 （182）6.5.6 序列信号检测器的设计 （184）本章小结 （184）思考题和习题 （185）第7章 脉冲单元电路 （188）7.1 概述 （188）7.1.1 脉冲单元电路的分类、结构和波形参数 （188）7.1.2 脉冲波形参数的分析方法 （189）7.1.3 555定时器 （189）7.2 施密特触发器 （191）7.2.1 用555定时器构成施密特触发器 （191）7.2.2 集成施密特触发器 （193）7.3 单稳态触发器 （194）7.3.1 用555定时器构成单稳态触发器 （194）7.3.2 集成单稳态触发器 （195）7.4 多谐振荡器 （198）7.4.1 用555定时器构成多谐振荡器 （198）7.4.2 用门电路构成多谐振荡器 （200）7.4.3 石英晶体振荡器 （201）7.4.4 用施密特电路构成多谐振荡器 （201）本章小结 （202）思考题和习题 （202）第8章 数模和模数转换 （204）……第9章 半导体存储器第10章 可编程逻辑器件附录A 国产半导体集成电路型号命名法（GB3430-82）参考文献