数字电路逻辑设计 第2版

第1章 绪论 1

1.1 数字信号 1

目录 1

1.2　数制及其转换 2

1.3 二-十进制代码（BCD代码） 7

1.4　算术运算与逻辑运算 9

1.5　数字电路 10

1.6 VHDL 11

1.7 本课程的任务与性质 11

习题 12

2.1 逻辑代数 13

2.1.1 基本逻辑 13

第2章　逻辑函数及其简化 13

2.1.2　基本逻辑运算 15

2.1.3 真值表与逻辑函数 20

2.1.4　逻辑函数相等 22

2.1.5 三个规则 25

2.1.6　常用公式 27

2.1.7　逻辑函数的标准形式 28

2.2 逻辑函数的简化 32

2.2.1　公式法（代数法） 32

2.2.2　图解法（卡诺图法） 34

2.2.3　逻辑函数的系统简化法 44

习题 51

3.1.1 晶体二极管开关特性 54

3.1 晶体管的开关特性 54

第3章　集成逻辑门 54

3.1.2 晶体三极管开关特性 61

3.2　TTL集成逻辑门 66

3.2.1 晶体管-晶体管逻辑门电路（TTL） 67

3.2.2　TTL与非门的主要外部特性 69

3.2.3　TTL或非门、异或门、OC门、三态输出门等 76

3.2.4　其他系列TTL门电路 80

3.3 发射极耦合逻辑（ECL）门与集成注入逻辑（I2L）电路 84

3.3.1 发射极耦合逻辑（ECL）门 84

3.3.2　I2L逻辑门 85

3.4 MOS逻辑门 87

3.4.1 MOS晶体管 87

3.4.2 MOS反相器和门电路 89

3.5 CMOS电路 94

3.5.1 CMOS反相器工作原理 94

3.5.2　CMOS反相器的主要特性 95

3.5.3　CMOS传输门 100

3.5.4　CMOS逻辑门电路 101

3.5.5　BiCMOS门电路 105

3.5.6　CMOS电路的正确使用方法 106

3.6　VHDL描述逻辑门电路 108

3.6.1 VHDL描述电路的基本方法 108

3.6.2 VHDL描述逻辑门电路 109

习题 112

第4章　组合逻辑电路 116

4.1 组合逻辑电路分析 116

4.1.1 全加器 117

4.1.2　编码器 120

4.1.3 译码器 123

4.1.4　数值比较器 131

4.1.5　数据选择器 135

4.1.6　奇偶产生／校验电路 138

4.2　组合逻辑电路设计 140

4.2.1 采用小规模集成器件的组合逻辑电路设计 140

4.2.2 采用中规模集成器件实现组合逻辑函数 146

4.3 组合逻辑电路的冒险现象 156

4.3.1 静态逻辑冒险 156

4.3.2 如何判断是否存在逻辑冒险 158

4.3.3　如何避免逻辑冒险 159

4.4.1 VHDL表达式、运算符和数据类型 161

4.4 VHDL描述组合逻辑电路 161

4.4.2　在结构体行为描述中常用语句 162

4.4.3　结构描述语句 165

4.4.4　VHDL语句描述组合逻辑电路 166

习题 172

第5章集　成触发器 178

5.1 基本触发器 178

5.1.1 基本触发器电路组成和工作原理 178

5.1.2　基本触发器功能的描述 179

5.2　钟控触发器 181

5.2.1　钟控R-S触发器 181

5.2.2　钟控D触发器 182

5.2.3　钟控J-K触发器 183

5.2.4　钟控T触发器 184

5.2.5 电位触发方式的工作特性 185

5.3　主从触发器 185

5.3.1 主从触发器基本原理 185

5.3.2 主从J-K触发器主触发器的一次翻转现象 187

5.3.3 主从J-K触发器集成单元 188

5.3.4 集成主从J-K触发器的脉冲工作特性 190

5.4　边沿触发器 191

5.4.1　维持-阻塞触发器 191

5.4.2 下降沿触发的边沿触发器 194

5.4.3　CMOS传输门构成的边沿触发器 197

5.5.1 时钟信号和复位、置位信号的VHDL描述 199

5.5 VHDL描述触发器 199

5.5.2　触发器的VHDL描述 200

习题 203

第6章　时序逻辑电路 208

6.1 时序逻辑电路概述 208

6.2　时序逻辑电路分析 210

6.2.1　时序逻辑电路的分析步骤 210

6.2.2　奇存器、移位寄存器 214

6.2.3　同步计数器 224

6.2.4　异步计数器 232

6.3 时序逻辑电路设计 238

6.3.1 同步时序逻辑电路设计的一般步骤 238

6.3.2　采用小规模集成器件设计同步计数器 246

6.3.3　采用小规模集成器件设计异步计数器 252

6.3.4　采用中规模集成器件实现任意模值计数（分频）器 257

6.4　序列信号发生器 266

6.4.1 设计给定序列信号的产生电路 266

6.4.2 根据序列循环长度M的要求设计发生器电路 269

6.5 时序逻辑电路的VHDL描述 274

6.5.1 移位奇存器的VHDL描述 275

6.5.2　计数器的VHDL描述 278

习题 280

第7章　半导体存储器 290

7.1 概述 290

7.1.1 半导体存储器的特点与应用 290

7.1.2 半导体存储器的分类 290

7.2　顺序存取存储器（SAM） 291

7.1.3 半导体存储器的主要技术指标 291

7.2.1　动态CMOS反相器 292

7.2.2 动态CMOS移存单元 292

7.2.3 动态移存器和顺序存取存储器（SAM） 293

7.3 随机存取存储器（RAM） 295

7.3.1 RAM的结构 296

7.3.2　RAM存储单元 298

7.3.3　RAM集成片HM6264简介 301

7.3.4　RAM存储容量的扩展 301

7.4 只读存储器（ROM） 304

7.4.1 固定ROM 305

7.4.2 可编程ROM 307

7.4.3　利用ROM实现组合逻辑函数 311

7.4.4　EPROM集成片简介 313

习题 315

第8章　可编程逻辑器件 316

8.1 可编程逻辑器件基本结构 317

8.1.1 “与-或”阵列结构 317

8.1.2　查找表结构 324

8.1.3 可编程逻辑器件编程技术 328

8.2 简单可编程逻辑器件（SPLD） 329

8.2.1 PAL器件的基本结构 330

8.2.2 GAL器件的基本结构 330

8.2.3　典型GAL器件 331

8.3 复杂可编程逻辑器件（CPLD） 343

8.3.1 概述 343

8.3.2 可编程互连阵列结构CPLD 346

8.3.3　全局互连结构CPLD 354

8.4 现场可编程门阵列（FPGA）器件 356

8.4.1 概述 356

8.4.2　连续互连型FPGA器件 357

8.4.3　分段互连型FPGA器件 363

8.4.4 FPGA器件特点 369

8.5 可编程逻辑器件的开发 370

8.5.1　PLD设计流程 370

8.5.2　PLD编程与配置 372

习题 374

第9章　脉冲单元电路 376

9.1 脉冲信号与电路 376

9.1.1　脉冲信号 376

9.2.1　施密特触发器 377

9.1.2 脉冲电路 377

9.2 集成门构成的脉冲单元电路 377

9.2.2　单稳态触发器 383

9.2.3　多谐振荡器 392

9.3　555定时器及其应用 398

9.3.1　555定时器的电路结构 398

9.3.2 用555定时器构成施密特触发器 399

9.3.3 用555定时器构成单稳态触发器 401

9.3.4 用555定时器构成多谐振荡器 402

习题 404

第10章　模数转换器和数模转换器 406

10.1 概述 406

10.1.1　数字控制系统 406

10.1.2　数据传输系统 407

10.1.3 自动测试和测量设备 408

10.1.4　多媒体计算机系统 408

10.2 数模转换器（DAC） 408

10.2.1　数模转换原理和一般组成 408

10.2.2　权电阻网络DAC 410

10.2.3　R-2R倒T形电阻网络DAC 414

10.2.4 单值电流型网络DAC 415

10.2.5　集成DAC及其应用举例 417

10.2.6　DAC的转换精度与转换速度 420

10.3 模数转换器（ADC） 423

10.3.1　模数转换基本原理 423

10.3.2　并联比较型ADC 427

10.3.3　逐次逼近型ADC 429

10.3.4　双积分型ADC 432

10.4 集成ADC及其应用举例 435

10.4.1 双积分型集成ADC 435

10.4.2　逐次逼近型集成ADC 439

10.4.3　ADC的转换精度和转换速度 441

习题 442

第11章　数字系统设计基础 444

11.1 数字系统设计的基本方法 444

11.1.1　数字系统的组成 444

11.1.2　数字系统设计方法 445

11.2 系统控制器的描述 447

11.2.1　ASM图描述方法 447

11.2.2　控制器设计——硬件实现 449

11.2.3　控制器设计——软件设计（VHDL描述） 454

11.3 数字系统设计举例 456

11.3.1　方案构思 456

11.3.2　顶层的VHDL实现 458

11.3.3　次级模块电路分析与设计 459

11.3.4　控制器电路的设计 462

习题 465

附录一 半导体集成电路型号命名方法 467

附录二 集成电路主要性能参数 469

附录三 二进制逻辑单元图形符号说明 474

主要参考文献 496

汉英名词术语对照 497