數(shù)字邏輯設計

隨著科學技術的發(fā)展，計算機與電子技術在各個領域得到了廣泛的應用，而數(shù)字邏輯是計算機、電子及相關專業(yè)不可缺少的專業(yè)技術基礎。本書是根據(jù)教育部最新制定的《高職高專教育數(shù)字電子技術基礎課程教學基本要求》來為高職高專的計算機、電子等專業(yè)的學生及有關技術人員編寫的。

本書在編寫中突出基本概念、基本知識，強調數(shù)字邏輯設計的思路、方法和步驟，注重實際應用設計。對于各種集成芯片不研究其內部的結構，只注重它的功能，強調掌握它的外部特性，讀者不必對芯片的內部電路進行深究，關鍵是在設計中能靈活地應用它。

全書共9章。第1章數(shù)制與編碼，介紹了進制的概念、數(shù)制之間的轉換方法、編碼的意義及常用的編碼方法。第2章邏輯代數(shù)，介紹邏輯代數(shù)的基本概念、公理、基本定理和規(guī)則，邏輯函數(shù)的表示形式、邏輯函數(shù)的化簡方法。第3章組合邏輯電路，著重討論了組合邏輯電路分析和設計的方法、步驟，強調了中規(guī)模集成電路應用設計方法的特點及各方面的應用。第4章時序邏輯電路概述，講述了時序邏輯電路的一般結構與分類、描述方法，以基本R-S觸發(fā)器結構和工作過程分析為基礎，推導出其他觸發(fā)器的功能。第5章同步時序電路，著重討論了同步時序電路分析和設計的方法、步驟、強調了計數(shù)器和寄存器在各方面的應用設計方法及特點。第6章存儲器和可編程邏輯器件，介紹了存儲器的分類、特點及結構與應用、一些大規(guī)模集成電路的邏輯功能、設計方法、應用及開發(fā)工具。第7章脈沖波形的產生與變換，主要以555中規(guī)模集成時基電路基礎，介紹了實現(xiàn)脈沖波形產生、整形、延時的多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器電路及應用。第8章數(shù)/模和模/數(shù)轉換，講述DAC和ADC的工作原理，介紹常用DAC、ADC特點及應用。第9章邏輯門器件，介紹了基本門電路、復合邏輯門以及集成邏輯門電路的基本工作原理、邏輯功能、性能指標、使用范圍，數(shù)字集成電路接口轉換電路。附錄介紹了EWB的使用，提供了一個在計算機上進行數(shù)字邏輯設計的仿真實驗的平臺。

每章前有學習目標，強調了應掌握的知識；每章后進行了小結，并提供了大量的習題，讀者可以多練習，加深理解。如果結合EWB的使用，將電路的設計在EWB進行仿真實驗，可收到意想不到的效果。對于第9章邏輯門器件，在第2章后學習也可，讀者可根據(jù)自己的需要進行調整。

本書由蔡燕娟、吳嬌梅擔任主編，葉雪軍、呂淑琴、王宏秦、蔡在秋任副主編，其中第1、3、4章由蔡燕娟編寫；第2章由葉雪軍；第5章由呂淑琴編寫；第6章由王宏秦編寫；第7、8、9章由吳嬌梅編寫；附錄由蔡在秋編寫；陳瑩、蔡超參加了部分編寫工作。全書由蔡燕娟編寫大綱并進行全書統(tǒng)稿、修訂、定稿；蔡在秋負責全書的編輯、排版與校對工作。

由于時間倉促及作者水平有限，書中不妥和錯誤之處在所難免，敬請讀者批評指正。

編者

2004年8月

序
前言
第1章 數(shù)制與編碼 1
本章學習目標 1
1.1 進位計數(shù)制 1
1.2 數(shù)制的轉換 3
1.2.1 二進制數(shù)轉換為十進制數(shù) 3
1.2.2 十進制數(shù)轉換成二進制數(shù) 5
1.2.3 二進制數(shù)與2n進制數(shù)之間的轉換 6
1.3 編碼 7
1.3.1 BCD碼 7
1.3.2 可靠性編碼 10
1.3.3 字符代碼 12
小結 13
習題1 15
第2章 邏輯代數(shù) 17
本章學習目標 17
2.1 邏輯代數(shù)的基本運算 17
2.1.1 或運算 18
2.1.2 與運算 18
2.1.3 非運算 19
2.2 邏輯函數(shù)間的相等 20
2.2.1 邏輯函數(shù)的定義 20
2.2.2 邏輯函數(shù)的表示方法 21
2.2.3 邏輯函數(shù)的相等 21
2.3 邏輯代數(shù)的公理、基本定律和規(guī)則 22
2.3.1 公理 22
2.3.2 基本定理 23
2.3.3 重要規(guī)則 23
2.3.4 復合邏輯 26
2.4 邏輯函數(shù)的表示形式 28
2.4.1 邏輯函數(shù)的基本表示形式 28
2.4.2 最小項和最大項 29
2.4.3 邏輯函數(shù)的標準表達式 31
2.5 邏輯函數(shù)化簡 34
2.5.1 代數(shù)化簡法 34
2.5.2 卡諾圖化簡法 36
2.6 邏輯函數(shù)化簡中的兩個實際問題 44
2.6.1 帶有任意項的邏輯函數(shù)化簡 44
2.6.2 多個輸出的邏輯函數(shù)化簡 45
小結 47
習題2 48
第3章 組合邏輯電路 51
本章學習目標 51
3.1 組合電路的分析 52
3.2 組合電路的設計 56
3.2.1 邏輯函數(shù)的變換及其實現(xiàn) 57
3.2.2 組合邏輯電路設計舉例 59
3.3 組合邏輯中的中規(guī)模集成電路 64
3.3.1 編碼器 64
3.3.2 譯碼器 69
3.3.3 數(shù)據(jù)選擇器 75
3.3.4 數(shù)據(jù)比較器 81
3.3.5 加法器 82
3.4 組合電路的競爭和冒險 87
3.4.1 競爭與冒險 88
3.4.2 冒險的判斷 89
3.4.3 冒險的消除 90
小結 92
習題3 92
第4章 時序邏輯電路概述 97
本章學習目標 97
4.1 時序邏輯電路模型 97
4.2 同步時序電路的描述方法 98
4.2.1 代數(shù)法 98
4.2.2 狀態(tài)表 99
4.2.3 狀態(tài)圖 100
4.2.4 時序圖（時間波形圖） 102
4.3 觸發(fā)器 103
4.3.1 基本R-S觸發(fā)器 103
4.3.2 鐘控觸發(fā)器 105
4.3.3 主從觸發(fā)器 111
4.3.4 邊沿觸發(fā)器 112
4.4 觸發(fā)器之間的轉換 114
4.4.1 D觸發(fā)器轉換成其他邏輯功能的觸發(fā)器 114
4.4.2 J-K觸發(fā)器轉換成其他邏輯功能的觸發(fā)器 116
小結 117
習題4 119
第5章 同步時序電路 122
本章學習目標 122
5.1 同步時序電路分析 122
5.1.1 代數(shù)法 123
5.1.2 列表法 126
5.2 同步時序電路設計 127
5.2.1 建立原始狀態(tài)表和狀態(tài)圖 128
5.2.2 狀態(tài)化簡 130
5.2.3 狀態(tài)編碼 136
5.2.4 確定激勵函數(shù)和輸出函數(shù)表達式 137
5.2.5 畫出邏輯電路圖 140
5.2.6 一般同步時序邏輯設計舉例 140
5.2.7 典型同步時序電路的設計 143
5.3 時序集成器件的應用 146
5.3.1 寄存器 146
5.3.2 計數(shù)器 155
5.3.3 異步計數(shù)器 159
小結 162
習題5 162
第6章 存儲器和可編程邏輯器件 167
本章學習目標 167
6.1 存儲器 167
6.1.1 存儲器的分類及特點 167
6.1.2 只讀存儲器（ROM） 167
6.1.3 隨機存儲器（RAM） 173
6.2 可編程邏輯器件 178
6.2.1 PLD電路的表示方法 179
6.2.2 可編程邏輯陣列PLA 181
6.2.3 可編程陣列邏輯PAL 183
6.2.4 通用陣列邏輯GAL 189
6.2.5 PAL和GAL器件的開發(fā)工具和編程 193
小結 204
習題6 205
第7章 脈沖波形的產生與變換 206
本章學習目標 206
7.1 集成時基電路 206
7.1.1 555電路的結構 207
7.1.2 555電路的邏輯功能 208
7.1.3 雙極型和CMOS型555的性能比較 209
7.2 施密特觸發(fā)器 210
7.2.1 概述 210
7.2.2 集成施密特觸發(fā)器 211
7.2.3 用555電路構成的施密特觸發(fā)器 212
7.2.4 施密特觸發(fā)器的應用 213
7.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 214
7.3.1 概述 214
7.3.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 215
7.3.3 用555電路構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 217
7.3.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用 218
7.4 多諧振蕩器 219
7.4.1 概述 219
7.4.2 石英晶體多諧振蕩器 219
7.4.3 用555電路構成的多諧振蕩器 221
小結 222
習題7 223
第8章 數(shù)/模和模/數(shù)轉換 225
本章學習目標 225
8.1 概述 225
8.2 數(shù)/模轉換器（DAC） 226
8.2.1 R-2R倒T型電阻網(wǎng)絡D/A轉換器 226
8.2.2 D/A轉換器的主要指標 229
8.2.3 集成DAC 229
8.3 模/數(shù)轉換器（ADC） 233
8.3.1 模/數(shù)轉換器的基本原理 233
8.3.2 常見的A/D轉換器 235
8.3.3 集成ADC 242
小結 244
習題8 244
第9章 邏輯門器件 245
本章學習目標 245
9.1 晶體管的開關特性 245
9.1.1 二極管的開關特性 245
9.1.2 三極管的開關特性 246
9.2 基本邏輯門和復合邏輯門 247
9.2.1 基本邏輯門 248
9.2.2 復合邏輯門 250
9.2.3 TTL集成邏輯電路 251
9.3 其他類型的TTL門電路 257
9.3.1 集電極開路門（OC門） 258
9.3.2 三態(tài)輸出門（TSL門） 262
9.3.3 TTL集成電路系列簡介 263
9.4 MOS邏輯門 263
9.4.1 CMOS反相器 264
9.4.2 CMOS傳輸門 264
9.4.3 CMOS門電路使用特點 265
9.4.4 CMOS與TTL電路的接口 266
9.4.5 CMOS電路操作保護措施 266
小結 267
習題9 267
附錄 Electronics Workbench5.0（電子學工作臺）簡介 269
參考文獻 289

1. 數(shù)字邏輯基礎 [管庶安 等編著]
2. 數(shù)字邏輯電路 [李中發(fā) 主編 向陽 彭敏放 張晚英]