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目录1

1 数字逻辑概论1

1.1　数字电路与数字信号2

1.1.1　数字技术的发展及其应用2

1.1.2　数字集成电路的分类及特点4

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9

1.2　数制13

1.2.1　十进制13

1.2.2　二进制14

1.2.3　十-二进制之间的转换17

1.2.4　十六进制和八进制19

1.3.1　无符号二进制数的算术运算21

1.3　二进制数的算术运算21

1.3.2　带符号二进制数的减法运算23

1.4　二进制代码25

1.4.1　二-十进制码26

1.4.2　格雷码27

1.4.3　ASCII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

小结35

习题36

2 逻辑代数与硬件描述语言基础39

2.1　逻辑代数40

2.1.1　逻辑代数的基本定律和恒等式40

2.1.2　逻辑代数的基本规则41

2.1.3　逻辑函数的代数化简法42

2.2.1　最小项的定义及其性质46

2.2　逻辑函数的卡诺图化简法46

2.2.2　逻辑函数的最小项表达式47

2.2.3　用卡诺图表示逻辑函数48

2.2.4　用卡诺图化简逻辑函数52

2.3　硬件描述语言Verilog HDL基础56

2.3.1　Verilog的基本语法规则57

2.3.2　变量的数据类型59

2.3.3　Verilog程序的基本结构61

2.3.4　逻辑功能的仿真与测试63

小结64

习题64

3　逻辑门电路67

3.1.1　数字集成电路简介68

3.1　MOS逻辑门电路68

3.1.2　逻辑电路的一般特性70

3.1.3　MOS开关及其等效电路75

3.1.4　CMOS反相器76

3.1.5　CMOS逻辑门电路79

3.1.6　CMOS漏极开路门和三态输出门电路82

3.1.7　CMOS传输门88

3.1.8　CMOS逻辑门电路的技术参数90

3.1.9　NMOS门电路91

3.2　TTL逻辑门电路93

3.2.1　BJT的开关特性93

3.2.2　基本BJT反相器的动态性能95

3.2.3　TTL反相器的基本电路96

3.2.4　TTL逻辑门电路97

3.2.5　集电极开路门和三态门电路98

3.2.6　BiCMOS门电路99

3.2.7　改进型TTL门电路——抗饱和TTL电路100

3.3　射极耦合逻辑门电路102

3.4　砷化镓逻辑门电路105

3.5　逻辑描述中的几个问题107

3.5.1　正负逻辑问题107

3.5.2　基本逻辑门电路的等效符号及其应用108

3.6　逻辑门电路使用中的几个实际问题112

3.6.1 各种门电路之间的接口问题112

3.6.2　门电路带负载时的接口电路115

3.6.3　抗干扰措施116

3.7　用Verilog HDL描述逻辑门电路117

3.7.1　CMOS门电路的Verilog建模118

3.7.2　CMOS传输门电路的Verilog建模119

小结120

习题121

4　组合逻辑电路127

4.1　组合逻辑电路的分析128

4.2　组合逻辑电路的设计130

4.3　组合逻辑电路中的竞争冒险133

4.3.1　产生竞争冒险的原因134

4.3.2　消去竞争冒险的方法135

4.4　若干典型的组合逻辑集成电路137

4.4.1　编码器137

4.4.2　译码器／数据分配器143

4.4.3　数据选择器153

4.4.4　数值比较器158

4.4.5　算术运算电路161

4.5.1　PLD的结构、表示方法及分类171

4.5　组合可编程逻辑器件171

4.5.2　组合逻辑电路的PLD实现177

4.6　用Verilog HDL描述组合逻辑电路179

4.6.1　组合逻辑电路的门级建模179

4.6.2　组合逻辑电路的数据流建模185

4.6.3　组合逻辑电路的行为级建模188

小结191

习题192

5　锁存器和触发器202

5.1　双稳态存储单元电路203

5.1.1　双稳态的概念203

5.1.2　双稳态存储单元电路203

5.2　锁存器205

5.2.1　SR锁存器206

5.2.2　D锁存器211

5.3　触发器的电路结构和工作原理216

5.3.1　主从触发器217

5.3.2　维持阻塞触发器219

5.3.3　利用传输延迟的触发器221

5.3.4　触发器的动态特性223

5.4　触发器的逻辑功能225

5.4.1　D触发器226

5.4.2　JK触发器226

5.4.3　T触发器228

5.4.4　SR触发器229

5.4.5　D触发器功能的转换230

5.5　用Verilog HDL描述锁存器和触发器231

5.5.1　时序电路建模基础231

5.5.2　锁存器和触发器的Verilog建模实例233

习题237

小结237

6　时序逻辑电路245

6.1　时序逻辑电路的基本概念246

6.1.1　时序逻辑电路的模型与分类246

6.1.2　时序电路逻辑功能的表达248

6.2　同步时序逻辑电路的分析252

6.2.1　分析同步时序逻辑电路的一般步骤252

6.2.2　同步时序逻辑电路分析举例252

6.3　同步时序逻辑电路的设计260

6.3.1　设计同步时序逻辑电路的一般步骤260

6.3.2　同步时序逻辑电路设计举例263

6.4　异步时序逻辑电路的分析274

6.5.1　寄存器和移位寄存器279

6.5　若干典型的时序逻辑集成电路279

6.5.2　计数器286

6.6　用Verilog HDL描述时序逻辑电路302

6.6.1　移位寄存器的Verilog建模303

6.6.2　计数器的Verilog建模304

6.6.3　状态图的Verilog建模306

6.7　时序可编程逻辑器件309

6.7.1　时序可编程逻辑器件中的宏单元309

6.7.2　时序可编程逻辑器件的主要类型310

6.7.3　通用阵列逻辑GAL311

小结318

习题318

7　存储器、复杂可编程器件和现场可编程门阵列331

7.1.1　ROM的定义与基本结构332

7.1　只读存储器332

7.1.2　二维译码335

7.1.3　可编程ROM336

7.1.4　集成电路ROM337

7.1.5　ROM的读操作与定时图338

7.1.6　ROM应用举例339

7.2　随机存取存储器341

7.2.1　静态随机存取存储器341

7.2.2　同步静态随机存取存储器346

7.2.3　动态随机存取存储器350

7.2.4　存储容量的扩展354

7.3　复杂可编程逻辑器件356

7.3.1　CPLD的结构356

7.3.2　CPLD编程简介360

7.4　现场可编程门阵列362

7.4.1　FPGA中编程实现逻辑功能的基本原理363

7.4.2　FPGA的结构365

7.4.3　FPGA编程简介373

7.5　用EDA技术和可编程器件的设计例题377

小结382

习题383

8　脉冲波形的变换与产生387

8.1　单稳态触发器388

8.1.1　用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器388

8.1.2　集成单稳态触发器392

8.1.3　单稳态触发器的应用397

8.2　施密特触发器400

8.2.1　用门电路组成的施密特触发器400

8.2.2　集成施密特触发器403

8.2.3　施密特触发器的应用405

8.3　多谐振荡器407

8.3.1　用门电路组成的多谐振荡器408

8.3.2　用施密特触发器构成波形产生电路411

8.3.3　石英晶体振荡器412

8.4　555定时器及其应用414

8.4.1　555定时器414

8.4.2　用555定时器组成的施密特触发器416

8.4.3　用555定时器组成的单稳态触发器417

8.4.4　用555定时器组成的多谐振荡器421

小结424

习题424

9　数模与模数转换器430

9.1.1　D/A转换器的基本原理431

9.1　D/A转换器431

9.1.2　倒T形电阻网络D/A转换器432

9.1.3　权电流型D/A转换器435

9.1.4　D/A转换器的输出方式437

9.1.5　D/A转换器的主要技术指标440

9.1.6　D/A转换器的应用442

9.2　A/D转换器444

9.2.1　A/D转换的一般工作过程444

9.2.2　并行比较型A/D转换器447

9.2.3　逐次比较型A/D转换器450

9.2.4　双积分型A/D转换器453

9.2.5　A/D转换器的主要技术指标456

9.2.6　集成A/D转换器及其应用456

小结460

习题461

10　数字系统设计基础464

10.1　数字系统概述465

10.1.1　数字系统的组成465

10.1.2　数字系统的设计方法465

10.1.3　数字系统的实现467

10.2　算法状态机468

10.2.1　ASM图形符号468

10.2.2　数字系统的ASM图法设计举例470

10.3　寄存器传输语言481

10.3.1　寄存器传输语言中的几种操作482

10.3.2　运用寄存器传输语言设计举例485

10.4　用可编程逻辑器件实现数字系统487

10.4.1　交通灯控制系统的Verilog HDL描述488

10.4.2　数字密码锁的Verilog HDL描述496

小结500

习题501

附录A CMOS和TTL逻辑门电路的技术参数504

附录B　Quartus Ⅱ 5.0开发软件简介505

B.1　基Quartus Ⅱ软件的设计流程505

B.2　Quartus Ⅱ软件的使用简介507

附录C 电气简图用图形符号——二进制逻辑元件（GB/T 4728.12-1996）简介516

C.1　二进制逻辑元件图形符号的组成516

C.2　限定符号518

C.3　关联标注法520

附录D　常用逻辑符号对照表522

参考文献524

索引（汉英对照）526

部分习题答案530