图书信息

作者：薛宏熙、胡秀珠

本书第一版获普通高等教育“十一五”国家级规划教材

图书详细信息：ISBN：9787302280323定价：39.5元印次：2-1装帧：平装印刷日期：2012-6-21

图书简介

本书的特点是引入了电子设计自动化（Electronic Design Automation, EDA）工具和硬件描述语言VHDL，使理论教学和上机实践相结合，使学习基本原理和掌握设计方法相结合。从教学改革的角度看，这种教学实践实现了学校教育和产业界接轨，实现了教材和教学方法的与时俱进。全书共分8章和2个附录。第1章是逻辑电路导论；第2章介绍门电路的物理实现和特性；第3 ~ 4章介绍各种组合逻辑电路及其优化实现；第5章介绍触发器和寄存器；第6章介绍同步时序电路；第7章介绍异步时序电路；第8章以实例介绍数字系统的特点和设计方法。附录A介绍EDA工具QuartusII，附录B介绍硬件描述语言VHDL。本书所附光盘中包含了EDA软件QuartusII 9.0网络版、PPT形式的课件以及本书中所涉及的VHDL代码。作者将习题解答放置在清华大学出版社网站，教师向出版社提供身份证明后可免费下载。本书可作为高等院校计算机、自动化、电子工程及相关专业“数字逻辑”课程的教材，也可作为从事相关工作的工程技术人员的参考书

图书前言

数字逻辑是计算机、自动化、电子工程等专业的本科生核心课程之一。编写本书的基本出发点是：理论与实践相结合；基本理论与新的设计方法相结合。这里所说的新的设计方法是指硬件描述语言（hardware description language, HDL）和电子设计自动化（electronic design automation, EDA）工具。第二版对第一版的部分内容做了更新和补充。数字集成电路技术的进步主要表现在集成度的提高和EDA工具的成熟，两者相辅相成、相互促进。在没有EDA工具的条件下，只能依靠纸和笔进行手工设计，费时费力效果差，也无法完成大规模数字系统的设计与制造。使用EDA工具后局面将大为改观，其主要优点如下： (1) 设计者工作的重点是在理论的指导下对目标电路进行精确的描述，将烦琐的细节工作交给EDA工具去做，有利于设计大规模的数字系统。 (2) 检验一个设计正确与否可以在EDA工具（模拟验证）的帮助下完成，因而使设计者具备自我检查的能力。 (3) 通过实践完成一个特定的任务，必然印象深刻，并且这个设计不是纸面上的图形和文字，而是可以提交给EDA工具、可直接被综合为集成电路的设计。虽然学习EDA工具的使用方法以及学习硬件描述语言VHDL都需要花费一定的时间和精力，但是这种付出和收获相比，收获将远大于付出。从教学改革的角度看，这种教学实践实现了学校教育和产业界接轨，实现了教材和教学方法的与时俱进。高等教育强调创新人才的培养，重大理论的创新固然可贵，技术创新、产品创新也具有重要价值。从培养创新型人才出发，本课程必须强调基本理论，其理由如下： (1) 理论是应用的基石。 (2) 只有掌握基本的理论知识才能更好地使用EDA工具。 (3) 理论本身也需要继承和创新，如果不在原有的基本理论上创新，就不可能产生今天的EDA工具，而EDA工具的进一步发展仍需依赖理论的创新。限于篇幅，本书对有关EDA方面的理论有所涉及但涉及不深。培养创新人才需要通过各个教学环节来实现，对于本课程来说，除了用纸、笔完成适量的作业以巩固理论知识之外，更多的练习是使用EDA工具完成一系列设计。学生完成一个设计任务后，谁能告诉他这个设计是否与预期功能相符？是EDA工具！EDA工具提供的模拟波形将显示该目标电路的行为特性。这创造了一个自主学习的环境，当学生完成了一个个任务之后，将逐渐积累起信心，使他有勇气面对新的挑战。易学易懂是本书的一个重要目标。为此，在每章的开头有【课前思考】和【学习指南】，为学习本章提供指导性意见，每章的末尾有习题供学生作练习。在文字表述上，尽量避免长篇的文字描述，而尽量多用图形、表格、提纲等方式，以醒目的方式介绍有关知识。本书在取材方面以基本内容为主，当涉及某些难度较大而又需要一般了解的知识点时，本书给有关章节打上星号，提示有关内容不属于基本要求。数字集成电路技术发展到今天，特点之一是集成度很高，单个芯片内可以包含几百万至几千万个逻辑门，可以容纳中等规模的数字系统，因而称为片上系统（system on chip, SOC) 。过去以中小规模集成电路为基础的芯片（例如74系列）将不再是我们关注的焦点，因而略去有关内容，而把重点转向目标电路的行为描述以及调用EDA工具所提供的库元件。特点之二是本书引入了EDA工具，因而逻辑元件的符号也采用EDA工具所使用的国际通用符号。以上两点和国内某些同类教科书有所不同，在此加以说明。实践环节可分为两个层次：第一个层次是使用EDA工具进行设计和模拟验证，只要有微型计算机的地方就可以进行，对学生十分方便。第二个层次是在实验装置上做硬件实验。前者的优点是条件容易满足，后者的优点是真实的硬件实验，而不是软件模拟的结果。具体做法视学校的具体条件而定。全书共分8章和2个附录。第1章是逻辑电路导论，介绍数字电路的表示方法、逻辑代数以及化简逻辑函数的基本方法。第2章介绍数字集成电路的基本元件，讨论门电路的物理实现和特性。数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路，第3～4章介绍各种组合逻辑电路及其优化实现。第5章介绍时序电路中的记忆元件：锁存器、触发器和寄存器。第6章介绍同步时序电路的理论和设计方法，是全书的重点。第7章介绍异步时序电路，帮助读者从理论的高度认识时序电路，由于难度较大、需要较多学时，作者用星号标记其为选修内容。第8章介绍几个规模较大的数字系统，以实例展示数字系统的设计方法。第8章是第6章的延伸和提高，建议在学完第6章之后，以自学加实验的方式完成第8章的学习。

图书目录

第1章 逻辑电路导论 /11.1 开关电路数学表示方法初步 /11.1.1 真值表 /11.1.2 二进制编码 /21.1.3 真值表的常见形式 /31.1.4 分析与综合 /31.2 逻辑代数 /41.2.1 逻辑代数的基本运算 /41.2.2 逻辑函数 /61.2.3 逻辑代数的基本公式和运算规则 /61.3 用与门、或门和非门进行逻辑综合 /91.4 公式法化简逻辑函数 /101.5 卡诺图 /121.5.1 卡诺图是真值表的图形表示 /121.5.2 用卡诺图化简逻辑函数 /121.5.3 概念提升 /161.6 逻辑函数的标准形式 /181.6.1 函数的“积之和”表达式 /181.6.2 函数的“和之积”表达式 /181.6.3 两种表达形式的互换 /191.6.4 包含无关项的逻辑函数的化简 /20?*1.7 表格法化简逻辑函数 /22?*1.7.1 求质蕴含项集合 /23?*1.7.2 求最小覆盖 /251.7.3 表格法小结 /311.8 解题示例 /32【本章小结】 /33【习题】 /34

第2章 数字集成电路的基本元件--门电路 /372.1 概述 /372.2 TTL集成门电路 /402.2.1 TTL与非门简介 /402.2.2 TTL与非门的外特性及其参数 /412.2.3 集电极开路的与非门 /442.2.4 TTL三态门 /452.3 MOS场效应晶体管 /462.4 MOS门电路 /502.4.1 NMOS门电路 /502.4.2 CMOS门电路 /522.4.3 其他类型的CMOS门电路 /542.4.4 CMOS逻辑门电性能分析 /562.4.5 不同类型逻辑门的配合问题 /582.5 74系列中小规模集成电路芯片 /582.6 可编程逻辑器件 /582.6.1 可编程逻辑阵列PLA /592.6.2 可编程阵列逻辑PAL和GAL /592.6.3 复杂可编程器件 /602.6.4 现场可编程门阵列 /602.6.5 可编程开关的物理实现 /612.6.6 CPLD和FPGA特点比较 /63【本章小结】 /63【习题】 /64

第3章 组合逻辑电路的优化实现 /663.1 组合逻辑电路的特点与优化实现 /663.2 单输出函数和多输出函数 /673.2.1 多输出函数的化简 /673.2.2 多输出函数的优化实现 /713.2.3 用EDA工具优化实现组合逻辑电路示例 /723.3 多级逻辑电路的综合 /743.3.1 提取公因子 /743.3.2 功能分解 /753.4 组合逻辑电路积木块 /763.4.1 多路选择器 /763.4.2 用LUT构建更大规模的组合逻辑电路 /783.4.3 编码器 /783.4.4 译码器 /813.4.5 数值比较器 /823.4.6 算术逻辑运算电路 /833.5 组合逻辑电路中的竞争和险象 /833.5.1 险象的分析 /833.5.2 险象的消除 /863.6 解题示例 /87【本章小结】 /90【习题】 /90

第4章 数的表示方法和算术运算电路 /944.1 数制和编码 /944.1.1 数的位置表示法 /944.1.2 二进制数和十进制数的相互转换 /954.1.3 八进制数的二进制编码 /974.1.4 十六进制数的二进制编码 /974.1.5 十进制数的二进制编码 /984.1.6 格雷码 /1004.1.7 字符编码 /1004.1.8 奇偶校验码 /1024.2 无符号数的加法运算 /1044.2.1 二进制整数的加法运算 /1044.2.2 BCD码形式的十进制数加法运算 /1074.3 有符号数的表示方法和算术运算 /1104.3.1 二进制定点数的原码表示形式 /1104.3.2 二进制定点数的补码表示形式和加减运算 /1104.3.3 二进制定点数的反码表示形式和加减运算 /1144.4 用EDA工具设计算术运算电路示例 /116【本章小结】 /121【习题】 /121