基本介绍

内容简介

《工业和信息化部"十二五"规划教材·普通高等教育"十二五"规划教材·电工电子基础课程规划教材:数字电路与系统设计(修订版)》由电子工业出版社出版。

作者简介

丁志杰，副教授，1988年至今，在北京理工大学信息与电子学院任教。1988年至今，在与英国UCLAN合作办学的过程中，经常与英方交流教学内容与方法，并有机会阅读了大量英文原版教材，对西方国家的数字电路教学有较深的了解。

图书目录

第1章数制与编码1 1.1数制1 1.2数制转换2 1.2.1二、八、十六进制到十进制的转换2 1.2.2二、八、十六进制之间的转换2 1.2.3十进制到二、八、十六进制的转换3 1.3二进制符号数的表示方法4 1.3.1原码表示法5 1.3.2反码表示法5 1.3.3补码表示法5 1.3.4符号数小结8 1.4二—十进制编码8 1.5格雷码9 1.6ASCII符11 1.7检错码和纠错码11 1.7.1检错码11 1.7.2纠错码12 小结12 习题12 第2章逻辑代数基础14 2.1概述14 2.1.1事物的二值性14 2.1.2布尔代数14 2.2逻辑变量和逻辑函数15 2.2.1基本的逻辑运算和逻辑变量15 2.2.2逻辑函数18 2.2.3逻辑函数与逻辑电路的关系19 2.3逻辑代数的基本运算规律20 2.3.1逻辑代数的基本定律20 2.3.2三个重要规则21 2.3.3逻辑代数基本定理23 2.3.4复合逻辑运算和复合逻辑门24 2.4逻辑函数的两种标准形式30 2.4.1最小项和最大项30 2.4.2标准表达式和真值表34 2.5逻辑函数的代数化简法38 2.5.1化简逻辑函数的意义及化简方法38 2.5.2代数化简法41 2.6逻辑函数的卡诺图化简法46 2.6.1卡诺图46 2.6.2最小项的合并规律54 2.6.3用卡诺图化简逻辑函数56 2.6.4多输出逻辑函数的卡诺图化简法60 2.7非完全描述逻辑函数61 2.7.1非完全描述逻辑函数61 2.7.2利用无关项化简非完全描述逻辑函数62 2.8逻辑函数的描述64 2.8.1逻辑函数的描述方法64 2.8.2逻辑函数描述方法之间的转换66 *2.9逻辑函数的Q—M化简法68 2.9.1蕴涵项，主蕴涵项，本质蕴涵项69 2.9.2Q—M化简法推演过程70 2.9.3覆盖过程72 2.9.4非完全描述逻辑函数的Q—M化简法74 小结76 习题77 第3章逻辑门电路84 3.1概述84 3.2晶体管的开关作用84 3.2.1二极管的开关作用84 3.2.2三极管的开关特性85 3.3基本逻辑门电路89 3.3.1分立元件门电路89 3.3.2复合门电路91 3.4TTL集成门电路91 3.4.1TTL“与非”门的基本原理91 3.4.2TTL“与非”门的特性及参数92 3.5其他类型的TTL门电路99 3.5.1集电极开路“与非”门99 3.5.2三态输出门102 3.6MOS门电路103 3.6.1CMOS反相器103 3.6.2其他逻辑功能的CMOS门电路104 3.6.3CMOS门电路的特点及使用105 3.7CMOS数字集成电路的各种系列106 3.8TTL与CMOS电路的级联107 3.8.1由TTL驱动CMOS107 3.8.2由CMOS驱动TTL108 小结108 习题109 第4章组合逻辑电路112 4.1概述112 4.2常用数字集成组合逻辑电路113 4.2.1编码器113 4.2.2译码器118 4.2.3加法器123 4.2.4数值比较器127 4.2.5数据选择器和数据分配器129 4.3组合电路逻辑分析132 4.3.1组合电路逻辑分析步骤132 4.3.2组合电路逻辑分析实例133 4.4组合电路逻辑设计138 4.4.1用小规模集成电路实现逻辑函数138 4.4.2用中规模集成电路实现逻辑函数140 4.4.3一般设计步骤和设计举例151 4.5组合逻辑电路中的竞争与冒险现象159 4.5.1竞争与冒险现象及其成因159 4.5.2冒险现象的类型及识别161 4.5.3冒险现象的排除161 小结163 习题164 第5章锁存器与触发器169 5.1基本RS锁存器169 5.1.1电路结构169 5.1.2功能分析169 5.1.3功能描述170 5.1.4集成基本RS锁存器172 *5.1.5防抖动开关172 5.1.6基本RS锁存器存在的问题172 5.2门控RS锁存器173 5.2.1电路结构173 5.2.2功能分析173 5.2.3功能描述173 5.2.4门控RS锁存器的特点174 5.3D锁存器175 5.3.1电路结构175 5.3.2功能分析175 5.3.3D锁存器功能描述175 5.3.4集成D锁存器176 5.4主从式RS触发器176 5.4.1电路结构177 5.4.2功能分析177 5.4.3功能描述178 5.5TTL主从式JK触发器178 5.5.1电路结构178 5.5.2功能分析178 5.5.3功能描述179 5.6TTL维持阻塞式D触发器180 5.6.1电路结构180 5.6.2功能分析181 5.6.3功能描述181 5.6.4集成维持阻塞式D触发器182 5.7CMOS锁存器与触发器182 5.7.1CMOS锁存器182 5.7.2CMOS触发器183 5.8T触发器和T＇触发器184 5.8.1T触发器184 5.8.2T＇触发器185 5.9触发器的功能转换185 5.9.1状态方程法185 5.9.2驱动表法186 5.10触发器的动态参数187 小结187 习题187 第6章常用时序电路组件189 6.1寄存器189 6.1.1锁存器组成的寄存器189 6.1.2触发器组成的寄存器189 6.2异步计数器190 6.2.1异步二进制加法计数器190 6.2.2脉冲反馈复位（置位）式任意模M 异步加法计数器191 6.2.3异步二进制减法计数器193 6.2.4可逆异步二进制计数器193 6.2.5n位异步二进制计数器小结193 6.3同步二进制计数器194 6.4集成计数器194 6.4.1异步二五十计数器74LS290195 6.4.2同步二进制计数器74LS161/74LS163198 6.4.3其他集成计数器203 6.5移位寄存器203 6.5.1移位寄存器203 6.5.2移位寄存器的应用205 6.5.3多功能移位寄存器74LS194206 6.5.4其他集成移存器207 小结208 习题208 第7章时序逻辑电路211 7.1概述211 7.1.1同步时序电路的特点与结构211 7.1.2同步状态机214 7.1.3同步时序电路的描述方法219 7.2同步时序逻辑电路——状态机的分析226 7.2.1同步时序电路的分析步骤226 7.2.2同步时序电路分析实例227 7.3同步时序逻辑电路——状态机的设计235 7.3.1逻辑抽象235 7.3.2状态化简239 7.3.3状态分配（状态编码）246 7.3.4触发器类型的选择249 7.3.5逻辑方程组的获取250 7.4实用时序逻辑电路的分析与设计262 7.4.1同步计数器和同步分频器263 7.4.2移存型计数器274 7.4.3同步序列信号发生器282 7.4.4阻塞反馈式异步计数／分频器297 小结310 习题311 第8章脉冲信号的产生和整形323 8.1概述323 8.2连续矩形脉冲波的产生323 8.2.1环形振荡器323 8.2.2对称式多谐振荡器324 8.2.3石英晶体多谐振荡器325 8.3单稳态触发器326 8.3.1由门电路组成的单稳态触发器326 8.3.2集成单稳态触发器329 8.3.3单稳态触发器的应用331 8.4施密特触发器332 8.4.1由门电路组成的施密特触发器332 8.4.2集成施密特触发器334 8.4.3施密特触发器的应用336 8.5555定时器及其应用337 8.5.1555定时器的电路结构及功能337 8.5.2555定时器的应用338 小结343 习题343 第9章数模、模数变换器346 9.1数模转换器346 9.1.1权电阻型DAC346 9.1.2R2RT形电阻网络DAC348 9.1.3倒T形电阻网络DAC349 9.1.4DAC中的电子开关350 9.1.5单片集成DACAD7520及其用法350 9.1.6DAC的主要参数351 9.1.7DAC的应用352 9.2模数转换器354 9.2.1采样保持354 9.2.2量化与编码355 9.2.3并行比较式ADC355 9.2.4计数式ADC356 9.2.5逐次比较式ADC357 9.2.6双积分式ADC359 9.2.7集成ADC举例361 9.2.8ADC的参数363 小结364 习题364 第10章存储器及可编程器件概述366 10.1只读存储器366 10.1.1ROM的结构与原理366 10.1.2现代ROM的行列译码结构368 10.1.3PROM、EPROM、EEPROM369 10.1.4ROM的内部结构及ROM的扩展369 10.2随机存取存储器RAM370 10.2.1概述370 10.2.2静态随机存储器SRAM370 10.2.3动态随机存储器DRAM372 10.3可编程逻辑器件PLD简介372 10.3.1可编程逻辑阵列PLA372 10.3.2可编程逻辑器件PAL、GAL374 小结379 习题379 第11章ASM图与系统设计381 11.1寄存器传输级RTL381 11.2算法状态机ASM382 11.2.1ASM图382 11.2.2ASM图举例383 11.3交通灯控制器的设计384 11.3.1系统分析384 11.3.2系统构成385 11.3.3交通灯控制系统的ASM图385 11.3.4主状态机的设计386 11.3.5寄存器及组合模块的设计388 11.3.6交通灯控制器系统的实现389 11.4数字乘法器的设计389 11.4.1系统分析389 11.4.2总体方案390 11.4.3ASM图391 11.4.4主状态机的设计391 11.4.5寄存器及组合模块的设计392 11.4.6数字乘法器的实现395 小结395 习题395 参考文献397

序言

前 言 本书根据作者多年教学经验编写而成。虽然现代集成电路技术发展十分迅速，数字集成电路的功能越来越强大，但是其应用基础还是传统的数字电路的内容。本着加强基础的原则，本书重点讲述数字电路的分析与设计方法，简要介绍了电子信息类专业学生应该具备的数制与编码、逻辑门电路基础、波形的产生与整形、ADC/DAC及现代广泛应用的可编程器件方面的知识。只有打牢基础，才可能在实践中比较容易地学习、掌握新器件的使用方法，从而在求职、开发新产品等领域的竞争中立于不败之地。 为满足日益增长的对数字系统设计方法的需求，本书编写了一章数字系统设计方法的内容。 绝大多数半导体生产厂商发布的数据手册、可编程器件的开发工具，数字系统的软件仿真工具等都采用了ANSI/IEEE Std 91a-1991符号系统中的第二套，即特定符号系统。本着教学与实践相结合的原则，本书也采用了ANSI/IEEE Std 91a-1991符号系统中的特定符号系统，以方便读者查阅文献。 为方便双语教学，书中给出了部分所涉及的专业术语的英文名称。 本教材给出了丰富的例题，每一章后面的习题也比较丰富，以便于读者自学。本书可作为高等学校电子信息、通信工程、计算机科学与技术、电气工程及其自动化、机电工程等本科专业相关课程的教材，也可供相关领域的工程技术人员学习、参考。 为适应教学模式、教学方法和手段的改革，本书配套电子课件、习题参考答案等，请登录华信教育资源网注册下载。 本书第1章、第5章、第6章、第9章、第10章和第11章由丁志杰编写，第2章、第4章第3、4节、第7章由赵宏图编写，第3章、第4章第1、2、5节、第8章由梁淼编写。另外，焦定红、刘晓玫、焦逸展、赵其蕙、丁杨也参与了本书的部分编写工作。本书由丁志杰担任主编，负责全书的组织、策划、统稿和定稿工作。全书由程震先教授、张洪欣教授审阅。在审阅过程中，两位教授认真负责，在仔细阅读书稿的基础上提出了许多宝贵的建议，指出了一些错误、不妥之处，使我们受益匪浅。在此谨向两位教授致以崇高的敬意。 由于编者的水平有限，加上时间的仓促，书中难免会出现错误和不妥之处，敬请读者指正。 作 者 2014年8月于北京