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1数字逻辑概论1

1.1数字信号与数字电路1

1.1.1数字技术的发展及其应用1

1.1.2数字集成电路的分类及特点3

1.1.3模拟信号和数字信号7

1.1.4数字信号的描述方法7

1.2数制12

1.2.1十进制12

1.2.2二进制13

1.2.3十-二进制之间的转换15

1.2.4十六进制和八进制18

1.3二进制数的算术运算20

1.3.1无符号二进制数的算术运算20

1.3.2带符号二进制数的减法运算22

1.4二进制代码25

1.4.1二-十进制码25

1.4.2格雷码26

1.4.3ASCII码28

1.5二值逻辑变量与基本逻辑运算29

1.6逻辑函数及其表示方法33

1.6.1逻辑函数的几种表示方法33

1.6.2逻辑函数表示方法之间的转换35

小结37

习题37

2逻辑代数与硬件描述语言基础41

2.1逻辑代数的基本定律和规则41

2.1.1逻辑代数的基本定律和恒等式41

2.1.2逻辑代数的基本规则44

2.2逻辑函数表达式的形式45

2.2.1逻辑函数表达式的基本形式45

2.2.2最小项与最小项表达式46

2.2.3最大项与最大项表达式47

2.3逻辑函数的代数化简法50

2.3.1逻辑函数的最简形式50

2.3.2逻辑函数的代数化简法51

2.4逻辑函数的卡诺图化简法53

2.4.1用卡诺图表示逻辑函数54

2.4.2用卡诺图化简逻辑函数56

2.5硬件描述语言Verilog HDL基础60

2.5.1 Verilog语言的基本语法规则61

2.5.2变量的数据类型63

2.5.3运算符及其优先级64

2.5.4 Verilog内部的基本门级元件67

2.5.5 Verilog程序的基本结构69

2.5.6逻辑功能的仿真与测试73

小结73

习题74

3逻辑门电路78

3.1逻辑门电路简介78

3.1.1各种逻辑门电路系列简介78

3.1.2开关电路80

3.2基本CMOS逻辑门电路81

3.2.1 MOS管及其开关特性81

3.2.2 CMOS反相器86

3.2.3其他基本CMOS逻辑门电路90

3.2.4 CMOS传输门92

3.3 CMOS逻辑门电路的不同输出结构及参数94

3.3.1 CMOS逻辑门的保护和缓冲电路94

3.3.2 CMOS漏极开路门和三态输出门电路96

3.3.3 CMOS逻辑门电路的重要技术参数102

3.4类NMOS和BiCMOS逻辑门电路109

3.4.1类NMOS门电路109

3.4.2 BiCMOS门电路111

3.5 TTL逻辑门电路111

3.5.1 BJT的开关特性111

3.5.2 TTL反相器的基本电路112

3.5.3改进型TTL门电路——抗饱和TTL门电路113

3.5.4 TTL系列门电路特性参数比较116

3.6 ECL逻辑门电路117

3.7逻辑描述中的几个问题119

3.7.1正负逻辑问题119

3.7.2基本逻辑门的等效符号及其应用120

3.8逻辑门电路使用中的几个实际问题123

3.8.1各系列逻辑门电路之间的接口问题124

3.8.2逻辑门电路驱动其他负载时的接口129

3.8.3抗干扰措施131

3.8.4 CMOS通用逻辑电路中的小尺寸逻辑和宽总线系列132

3.9用Verilog HDL描述CMOS门电路136

3.9.1 CMOS门电路的Verilog建模136

3.9.2 CMOS传输门电路的Verilog建模137

小结138

习题139

4组合逻辑电路148

4.1组合逻辑电路的分析148

4.1.1组合逻辑电路的定义148

4.1.2组合逻辑电路的分析方法148

4.2组合逻辑电路的设计151

4.2.1组合逻辑电路的设计过程151

4.2.2组合逻辑电路的优化实现155

4.3组合逻辑电路中的竞争-冒险158

4.3.1产生竞争-冒险的原因158

4.3.2消去竞争-冒险的方法159

4.4若干典型的组合逻辑电路161

4.4.1编码器161

4.4.2译码器/数据分配器166

4.4.3数据选择器179

4.4.4数值比较器186

4.4.5算术运算电路190

4.5组合可编程逻辑器件197

4.5.1 PLD的结构、表示方法及分类198

4.5.2组合逻辑电路的PLD实现202

4.6用Verilog HDL描述组合逻辑电路206

4.6.1组合逻辑电路的行为级建模206

4.6.2分模块、分层次的电路设计214

小结217

习题218

5锁存器和触发器231

5.1基本双稳态电路231

5.2 SR锁存器232

5.2.1基本SR锁存器232

5.2.2门控SR锁存器237

5.3 D锁存器239

5.3.1 D锁存器的电路结构239

5.3.2典型的D锁存器集成电路241

5.3.3 D锁存器的动态特性243

5.4触发器的电路结构和工作原理245

5.4.1主从D触发器的电路结构和工作原理246

5.4.2典型的主从D触发器集成电路247

5.4.3主从D触发器的动态特性248

5.4.4其他电路结构的触发器250

5.5触发器的逻辑功能254

5.5.1 D触发器254

5.5.2 JK触发器255

5.5.3 T触发器257

5.5.4 SR触发器258

5.5.5 D触发器逻辑功能的转换259

5.6用Verilog HDL描述锁存器和触发器260

5.6.1时序逻辑电路建模基础260

5.6.2锁存器和触发器的Verilog建模实例262

小结265

习题266

6时序逻辑电路273

6.1时序逻辑电路的基本概念273

6.1.1时序逻辑电路的基本结构与分类274

6.1.2时序逻辑电路功能的表达276

6.2同步时序逻辑电路的分析282

6.2.1分析同步时序逻辑电路的一般步骤282

6.2.2同步时序逻辑电路分析举例282

6.3同步时序逻辑电路的设计289

6.3.1设计同步时序逻辑电路的一般步骤289

6.3.2同步时序逻辑电路设计举例291

6.3.3同步时序逻辑电路中的时钟偏移302

6.4异步时序逻辑电路的分析305

6.5若干典型的时序逻辑电路310

6.5.1寄存器和移位寄存器310

6.5.2计数器316

6.6简单的时序可编程逻辑器件GAL331

6.6.1 GAL的结构331

6.6.2 GAL中的输出逻辑宏单元333

6.6.3 GAL的结构控制字337

6.7用Verilog HDL描述时序逻辑电路338

6.7.1移位寄存器的Verilog建模339

6.7.2计数器的Verilog建模340

6.7.3状态图的Verilog建模343

6.7.4数字钟的Verilog建模346

小结349

习题350

7半导体存储器364

7.1只读存储器364

7.1.1 ROM的基本结构365

7.1.2二维译码与存储阵列366

7.1.3可编程ROM367

7.1.4 ROM读操作实例368

7.1.5 ROM应用举例371

7.2随机存取存储器373

7.2.1 SRAM373

7.2.2同步SRAM378

7.2.3 DRAM381

7.2.4存储容量的扩展384

7.2.5 RAM应用举例385

小结388

习题388

8 CPLD和FPGA391

8.1复杂可编程逻辑器件（CPLD）简介391

8.2现场可编程门阵列（FPGA）395

8.2.1 FPGA中编程实现逻辑功能的基本原理395

8.2.2 FPGA的结构简介397

8.3可编程逻辑器件开发过程简介402

8.4用EDA技术和可编程器件的设计例题406

小结408

习题408

9脉冲波形的变换与产生410

9.1单稳态触发器410

9.1.1用门电路组成的单稳态触发器410

9.1.2集成单稳态触发器412

9.1.3单稳态触发器的应用417

9.2施密特触发器419

9.2.1用门电路组成的施密特触发器419

9.2.2集成施密特触发器422

9.2.3施密特触发器的应用423

9.3多谐振荡器425

9.3.1门电路组成的多谐振荡器425

9.3.2用施密特触发器构成多谐振荡器427

9.3.3石英晶体多谐振荡器429

9.4 555定时器及其应用431

9.4.1 555定时器431

9.4.2用555组成的施密特触发器432

9.4.3用555组成的单稳态触发器434

9.4.4用555组成的多谐振荡器436

小结438

习题438

10数模与模数转换器445

10.1 D/A转换器445

10.1.1 D/A转换器的输入/输出特性及其结构框图445

10.1.2 D/A转换器的基本原理446

10.1.3倒T形电阻网络D/A转换器447

10.1.4权电流型D/A转换器450

10.1.5权电容网络D/A转换器452

10.1.6 D/A转换器的输出方式454

10.1.7 D/A转换器的主要技术指标456

10.1.8 D/A转换器的应用458

10.2 A/D转换器460

10.2.1 A/D转换的一般工作过程460

10.2.2并行比较型A/D转换器463

10.2.3逐次比较型A/D转换器464

10.2.4双积分式A/D转换器467

10.2.5 A/D转换器的主要技术指标470

10.2.6集成A/D转换器及其应用470

小结473

习题474

11数字系统设计基础477

11.1数字系统概述477

11.1.1数字系统的组成477

11.1.2数字系统的设计方法478

11.1.3数字系统的实现480

11.2算法状态机481

11.2.1 ASM图形符号481

11.2.2 ASM图与状态图483

11.3交通信号灯控制系统486

11.3.1交通信号灯控制系统ASM图486

11.3.2用典型电路基本模块实现交通灯控制系统488

11.3.3用可编程逻辑器件实现交通灯控制系统491

11.4数字密码锁500

11.4.1数字密码锁的ASM图500

11.4.2用典型电路基本模块实现数字密码锁503

11.4.3用可编程逻辑器件实现数字密码锁506

小结509

习题510

附录A EDA工具Quartus Ⅱ 9.0简介513

A.1 Quartus Ⅱ 9.0软件主界面513

A.2 Quartus Ⅱ的设计流程514

A.3设计与仿真的过程518

A.3.1建立新的设计项目518

A.3.2输入设计文件520

A.3.3编译设计文件521

A.3.4设计项目的仿真验证522

A.4引脚分配与器件编程526

A.4.1引脚分配526

A.4.2对目标器件编程528

附录B电气简图用图形符号——二进制逻辑单元（GB/T 4728.12—1996）简介532

B.1二进制逻辑单元图形符号的组成532

B.2限定性符号533

B.3关联标注法536

附录C常用逻辑符号对照表538

部分习题答案540

索引（汉英对照）547

参考文献552