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第1章 数字电路基础1

引言1

1.1 数字信号与数字电路1

1.1.1 模拟信号和数字信号1

1.1.2 数字技术的发展及其应用2

1.1.3 数字集成电路的特点及其分类4

1.1.4 数字电路的分析方法6

1.2 数制与编码6

1.2.1 常用的计数制及其相互转换规律7

1.2.2 编码8

1.3 逻辑代数基础9

1.3.1 逻辑代数的3种基本运算9

1.3.2 逻辑代数的基本公式和常用公式12

1.3.3 逻辑代数的基本规则13

1.4 逻辑函数的建立及其表示方法13

1.5 逻辑函数的化简14

1.5.1 逻辑函数的最简形式14

1.5.2 逻辑函数的公式化简法15

1.5.3 用卡诺图化简逻辑函数15

1.6 具有无关项逻辑函数的化简19

1.7 数字电路中的半导体器件20

1.7.1 本征半导体20

1.7.2 杂质半导体21

1.7.3 PN结及其单向导电性22

1.7.4 半导体二极管24

1.7.5 双极型晶体管27

1.7.6 增强型绝缘栅场效应晶体管34

习题137

第2章 集成逻辑门电路40

引言40

2.1 基本逻辑门电路40

2.1.1 二极管与门及或门电路40

2.1.2 非门电路（BJT反相器）41

2.2 CMOS逻辑门电路42

2.2.1 CMOS反相器42

2.2.2 常用的CMOS门电路44

2.2.3 CMOS传输门和双向模拟开关45

2.2.4 CMOS漏极开路门及三态门46

2.2.5 CMOS三态门的应用48

2.2.6 CMOS逻辑门的主要技术参数49

2.3 TTL逻辑门电路52

2.3.1 TTL与非门电路结构和工作原理52

2.3.2 TTL或非门55

2.3.3 TTL系列门电路的技术参数55

2.3.4 TTL集电极开路门和三态门58

2.4 射极耦合逻辑门电路（ECL门）62

2.5 BiCMOS门电路64

2.5.1 BiCMOS反相器64

2.5.2 其他的BiCMOS门电路65

2.6 逻辑门电路使用中的几个问题65

2.6.1 正负逻辑问题65

2.6.2 实际使用逻辑门的处理措施66

2.6.3 逻辑门电路综合分析例67

习题269

第3章 组合逻辑电路76

引言76

3.1 组合逻辑电路概述76

3.2 组合逻辑电路的分析方法76

3.2.1 分析组合逻辑电路的大致步骤76

3.2.2 几种常用的集成组合逻辑电路77

3.3 组合逻辑电路设计82

3.3.1 概述82

3.3.2 组合逻辑电路的设计方法82

3.4 用小规模集成电路（SSI）设计组合逻辑电路83

3.4.1 设计组合逻辑电路的大致步骤83

3.4.2 组合逻辑电路设计举例83

3.4.3 编码器84

3.4.4 译码器88

3.4.5 数值比较器96

3.5 组合逻辑电路中的竞争-冒险98

3.5.1 产生竞争-冒险的原因99

3.5.2 消除竞争-冒险的方法100

3.6 用MSI芯片设计其他的组合逻辑电路100

3.6.1 用集成数据选择器实现其他组合逻辑功能101

3.6.2 用译码器实现多种组合逻辑功能104

3.6.3 用全加器实现多种组合逻辑功能106

3.7 组合逻辑电路综合应用例108

习题3110

第4章 锁存器和触发器116

引言116

4.1 概述116

4.2 基本SR锁存器116

4.2.1 用与非门构成的基本SR锁存器117

4.2.2 用或非门构成的基本SR锁存器119

4.2.3 集成基本SR锁存器119

4.3 时钟触发器121

4.3.1 门控SR锁存器121

4.3.2 主从触发器123

4.3.3 几种常用的边沿触发器126

4.4 T触发器和T′触发器134

4.4.1 T触发器134

4.4.2 T′触发器134

4.5 触发器应用举例134

习题4136

第5章 时序逻辑电路142

引言142

5.1 概述142

5.2 时序逻辑电路的分析方法143

5.2.1 分析时序逻辑电路的大致步骤143

5.2.2 寄存器和移位寄存器143

5.2.3 计数器149

5.3 时序逻辑电路设计166

5.3.1 3种设计方法166

5.3.2 一般同步时序逻辑电路的设计方法166

5.4 MSI时序逻辑器件的应用177

5.4.1 MSI计数器芯片的应用177

5.4.2 MSI寄存器芯片的应用184

习题5186

第6章 半导体存储器和可编程逻辑器件193

引言193

6.1 半导体存储器193

6.1.1 半导体存储器的特点193

6.1.2 半导体存储器的分类193

6.1.3 半导体存储器的主要技术指标194

6.2 随机存取存储器（RAM）194

6.2.1 RAM的结构194

6.2.2 RAM的存储单元196

6.3 只读存储器（ROM）199

6.3.1 ROM的结构199

6.3.2 掩模式只读存储器（固定ROM）200

6.3.3 可编程只读存储器（PROM）202

6.3.4 可擦除可编程只读存储器（EPROM）203

6.4 存储器容量的扩展207

6.5 可编程逻辑器件（PLD）209

6.5.1 PLD概述209

6.5.2 可编程阵列逻辑（PAL）212

6.5.3 通用阵列逻辑（GAL）215

6.5.4 复杂可编程逻辑器件（CPLD）220

6.5.5 现场可编程门阵列（FPGA）225

6.5.6 在系统可编程逻辑器件（ISP-PLD）232

6.5.7 可编程逻辑器件的开发技术简介235

习题6236

第7章 数-模与模-数转换器238

引言238

7.1 D-A转换器238

7.1.1 D-A转换器及其主要参数238

7.1.2 权电流型D-A转换器240

7.1.3 倒T形电阻网络D-A转换器240

7.1.4 模拟电子开关241

7.2 A-D转换器244

7.2.1 A-D转换的一般工作过程244

7.2.2 并行比较型A-D转换器246

7.2.3 逐次逼近型A-D转换器248

7.2.4 双积分式A-D转换器251

7.2.5 A-D转换器主要技术指标253

7.2.6 集成A-D转换器及其应用254

习题7257

第8章 脉冲波形的产生与变换260

引言260

8.1 实际的矩形波电压及其参数260

8.2 集成555定时器261

8.2.1 集成555定时器简介261

8.2.2 集成定时器CC7555的内部逻辑电路261

8.2.3 CC7555的工作原理262

8.3 施密特触发器263

8.3.1 用555定时器构成施密特触发器263

8.3.2 集成施密特触发器265

8.3.3 用TTL门组成施密特触发器266

8.4 单稳态触发器268

8.4.1 555定时器构成单稳态触发器269

8.4.2 集成单稳态触发器271

8.4.3 用门电路组成的积分型单稳态触发器273

8.5 多谐振荡器275

8.5.1 555定时器构成多谐振荡器275

8.5.2 石英晶体振荡器278

8.6 脉冲信号产生与变换电路综合应用举例280

习题8286

第9章 数字电路虚拟实验与数字系统设计基础291

引言291

9.1 Multisim10.0使用方法简介291

9.1.1 数字电路模拟用虚拟仪表介绍291

9.1.2 放置元件的方法296

9.1.3 连线操作296

9.1.4 基本数字电路分析与设计举例298

9.2 数字系统设计基础305

9.2.1 用EDA设计数字系统的一般流程306

9.2.2 硬件描述语言Verilog HDL简介306

9.2.3 Verilog HDL的基本元素307

9.2.4 Verilog HDL的语法结构309

9.2.5 Verilog HDL描述数字逻辑电路例317

9.2.6 用ModelSim软件仿真数字系统321

习题9325

附录326

附录A 美国标准信息交换码（ASCII）326

附录B 二进制数算术运算326

B.1 二进制数加法326

B.2 二进制数减法327

B.3 二进制数乘法327

B.4 二进制数除法327

B.5 用带符号位的二进制数实现减法运算327

B.5.1 带符号位的二进制数327

B.5.2 补码的概念327

B.5.3 二进制数的模2补码及减法运算328

附录C 国内外常用逻辑符号对照表328

附录D TTL和CNOS逻辑门电路主要技术参数330

附录E 二进制逻辑单元图形符号简介（GB/T 4728.1 2—2008）331

E.1 二进制逻辑单元图形符号的组成331

E.1.1 方框331

E.1.2 限定符号331

E.2 逻辑状态及其约定333

E.2.1 内部逻辑状态和外部逻辑状态333

E.2.2 逻辑状态和逻辑电平之间的关系334

附录F 国产半导体集成电路型号命名法（GB3430—1989）334

F.1 型号的组成335

F.2 示例335

附录G 常用ADC和DAC芯片简介336

附录H 电阻器型号、名称和标称系列337

H.1 电阻器型号名称对照337

H.2 电阻器（电位器）标称系列及其误差338

部分习题答案339

参考文献343