內容簡介

本書是浙江省精品課程重點建設教材，依據電子信息科學與電氣信息類平颱課程教學基本要求編寫。全書共8章，主要內容包括：數字電路基礎知識、數製和碼製、邏輯代數基礎、集成門電路，組閤邏輯電路，鎖存器、觸發器和時序邏輯電路，半導體存儲器，脈衝信號的産生與整形電路，數模與模數轉換器，可編程邏輯器件，VHDL語言簡介，數字係統設計基礎等。每章安排瞭例題講解、自我檢測題、習題和實驗題，並配套電子課件、習題參考答案等。

作者簡介

賈立新，男，浙江工業大學副教授，長期從事電類基礎課程、電子設計專業課程教學，全國電子設計競賽獲奬團隊優秀導師，齣版多部教材，教學、寫作經驗豐富。

目錄

目 錄

第1章 數字邏輯基礎 1
1．1 緒論 1
1．1．1 模擬信號和數字信號 1
1．1．2 模擬電路、數字電路和混閤信號
電路 2
1．1．3 數字電路的發展曆史 3
1．1．4 數字電路的優點 4
1．2 數製和碼製 5
1．2．1 數製 5
1．2．2 碼製 9
1．3 邏輯代數基礎 12
1．3．1 基本邏輯運算 12
1．3．2 復閤邏輯運算 14
1．3．3 基本公式 15
1．3．4 基本規則 17
1．4 邏輯函數及其錶示方法 18
1．5 邏輯函數的兩種標準形式 21
1．6 邏輯函數的化簡 24
1．6．1 化簡的意義 24
1．6．2 公式化簡法 26
1．6．3 卡諾圖化簡法 26
1．7 邏輯電路分析設計舉例 32
1．8 QuartusII軟件的基本操作 34
1．9 例題講解 44
本章小結 47
自我檢測題 47
習題 50
實驗題 52
第2章 集成門電路 53
2．1 CMOS門電路 53
2．1．1 MOS管的開關特性 53
2．1．2 CMOS門電路的結構和工作
原理 54
2．1．3 CMOS門電路的靜態特性 58
2．1．4 CMOS門電路的動態特性 65
2．1．5 CMOS邏輯電路係列 67
2．1．6 CMOS漏極開路門 68
2．1．7 CMOS三態門 71
2．1．8 CMOS傳輸門 73
2．2 TTL門電路 74
2．2．1 二極管和三極管的開關特性 74
2．2．2 分立元件門電路 76
2．2．3 LSTTL與非門 78
2．2．4 LSTTL門電路的電氣特性 80
2．2．5 TTL集電極開路門和三態門 83
2．3 BiCMOS門電路 84
2．4 不同係列門電路的接口 85
2．5 例題講解 88
本章小結 91
自我檢測題 91
習題 93
實驗題 98
第3章 組閤邏輯電路 100
3．1 編碼器 100
3．2 譯碼器 104
3．3 數據選擇器 110
3．4 數值比較器 114
3．5 加法器 116
3．6 組閤邏輯電路的競爭與冒險 120
3．6．1 競爭冒險及其産生原因 120
3．6．2 冒險現象的識彆 121
3．6．3 冒險現象的消除 123
3．7 例題講解 124
本章小結 127
自我檢測題 127
習題 128
實驗題 131
第4章 時序邏輯電路 133
4．1 鎖存器 133
4．1．1 基本SR鎖存器 133
4．1．2 鍾控SR鎖存器 137
4．1．3 鍾控D鎖存器 138
4．2 觸發器 141
4．2．1 主從D觸發器 141
4．2．2 維持阻塞D觸發器 143
4．2．3 其他功能的觸發器 144
4．2．4 觸發器的動態參數 145
4．3 計數器 147
4．4 寄存器 155
4．4．1 並行寄存器 155
4．4．2 移位寄存器 155
4．5 序列信號發生器 159
4．6 時序邏輯電路的分析與設計 164
4．6．1 概述 164
4．6．2 同步時序邏輯電路的分析 166
4．6．3 同步時序邏輯電路的設計 169
4．6．4 異步時序邏輯電路的分析* 177
4．7 例題講解 178
本章小結 181
自我測驗題 182
習題 185
實驗題 192
第5章 半導體存儲器 196
5．1 概述 196
5．2 隻讀存儲器 197
5．3 靜態隨機存取存儲器 202
5．4 動態隨機存取存儲器 205
本章小結 207
自我檢測題 208
習題 208
第6章 脈衝波形的産生與整形 210
6．1 概述 210
6．2 施密特觸發器 210
6．2．1 由CMOS門構成的施密特
觸發器 211
6．2．2 施密特觸發器的應用 213
6．3 多諧振蕩器 215
6．3．1 由CMOS門構成的多諧
振蕩器 215
6．3．2 CMOS石英晶體振蕩器 217
6．4 單穩態觸發器 218
6．4．1 由CMOS門構成的微分型
單穩態觸發器 218
6．4．2 集成單穩態觸發器 220
6．4．3 單穩態觸發器的應用 222
6．5 555定時器及應用 223
6．5．1 CMOS集成定時器7555的
電路結構和工作原理 223
6．5．2 555定時器構成的施密特
觸發器 224
6．5．3 555定時器構成的多諧
振蕩器 225
6．5．4 555定時器構成的單穩態
觸發器 227
本章小結 229
自我檢測題 229
習題 231
實驗題 235
第7章 數模與模數轉換器 236
7．1 概述 236
7．2 D/A轉換器 236
7．2．1 D/A轉換器的基本原理 236
7．2．2 權電阻型D/A轉換器 237
7．2．3 R-2R網絡型D/A轉換器 238
7．2．4 權電流型D/A轉換器 240
7．2．5 D/A轉換器的主要技術
指標 243
7．2．6 D/A轉換器的典型應用 245
7．3 A/D轉換器 246
7．3．1 A/D轉換器的基本原理 246
7．3．2 並行比較型A/D轉換器 249
7．3．3 逐次逼近型A/D轉換器 252
7．3．4 雙積分型A/D轉換器 256
7．3．5 型A/D轉換器* 258
7．3．6 A/D轉換器的主要技術
指標 260
本章小結 261
自我檢測題 261
習題 262
實驗題 265
第8章 現代數字係統設計基礎 267
8．1 概述 267
8．2 可編程邏輯器件 268
8．2．1 可編程邏輯陣列PLA 268
8．2．2 復雜可編程邏輯器件
CPLD 271
8．2．3 現場可編程門陣列FPGA 273
8．3 VHDL語言簡介 278
8．3．1 概述 278
8．3．2 VHDL的語言要素 281
8．3．3 VHDL程序的基本結構 284
8．3．4 VHDL程序的句法 286
8．3．5 常量、變量與信號 292
8．4 數字係統設計實例 294
8．4．1 4位數字頻率計設計 294
8．4．2 4位數字乘法器設計 297
本章小結 304
自我檢測題 305
習題 306
實驗題 307
附錄A 常用集成芯片引腳排列 310
附錄B EDA-3型數字數字電路學習闆 312
自我檢測題答案 314
參考文獻 316

前言/序言

前 言

本書是浙江省首批精品課程“數字電路與數字邏輯”的配套教材，也是浙江工業大學重點建設教材。本書依據教育部教學指導委員會電子信息科學與電氣信息類平颱課程教學基本要求編寫，同時充分吸收瞭國內外經典教材中的新概念、新理論和新技術，可作為高等學校“數字電子技術基礎”或“數字電路與數字邏輯”等課程的教學用書。

全書分為8章。第1章是邏輯電路的數學基礎。本章介紹瞭數字電路的基本概念、數製和碼製、邏輯代數基礎、邏輯電路的分析與設計。

第2章是數字電路的硬件基礎。本章介紹瞭晶體管的開關特性，如何用MOS管和雙極型晶體管來構建門電路，介紹瞭CMOS和LSTTL這兩種典型門電路的邏輯功能、電氣特性和主要技術指標。同時介紹瞭OD(OC)門、三態門和CMOS傳輸們的結構、功能和應用。

第3章是組閤邏輯電路。本章介紹瞭編碼器、譯碼器、數據選擇器、數值比較器和加法器等常用組閤邏輯電路模塊的邏輯功能、符號、應用和VHDL代碼；介紹瞭組閤邏輯電路競爭冒險的概念、判彆和消除方法。

第4章是時序邏輯電路。本章討論瞭鎖存器和觸發器兩種常用存儲單元電路；討論瞭如何使用觸發器來構建寄存器和計數器等常用時序邏輯電路；介紹瞭N進製計數器、同步狀態機、序列信號發生器的分析設計方法；給齣瞭典型時序電路的VHDL代碼。

第5章是半導體存儲器。本章介紹瞭掩模ROM、PROM、EPROM、SRAM、DRAM等幾種常用的半導體存儲器，重點介紹其存儲單元的工作原理和特點。

第6章是脈衝産生與整形電路。本章介紹瞭施密特觸發器、單穩態觸發器、多諧振蕩器等3種電路的結構、工作原理和主要參數，並給齣瞭這3種電路的許多應用實例。

第7章是D/A和A/D轉換器。本章介紹瞭權電阻型、R-2R網絡型、權電流型3種典型D/A轉換器；介紹並行比較型、逐次逼近型、雙積分型、?-?型4種典型的A/D轉換器。

第8章是現代數字係統設計基礎。本章介紹瞭SPLD、CPLD和FPGA等典型可編程邏輯器件；介紹瞭VHDL語言的基本語法；介紹數字頻率計和乘法器兩個設計實例。

本書在第1版於2007年9月齣版，第2版於2011年5月齣版。本次修訂在前兩版的基礎上做瞭以下修改。

1．提升瞭教材的實踐性和實用性。本書作者從事數字電路與數字邏輯課程教學和大學生電子設計競賽賽前輔導20年，實踐經驗豐富。在指導電子設計競賽的過程中，對學生設計、調試和應用數字電路方麵的能力需求有切身體會。對數字新器件、新技術在實際電子係統中的應用有深刻理解。對通過競賽引導課程改革有多年實踐。因此，理論與實踐相結閤將是本教材的亮點之一。

2．引領實驗教學模式改革，促進理論課和實驗課相融閤。本書第1章就介紹瞭QuartusII軟件的基本操作，幫助讀者在課程學習的初始階段，瞭解和掌握QuartusII軟件這一邏輯電路分析與設計的重要工具。在介紹常用組閤邏輯電路和時序邏輯電路模塊時，既給齣典型的標準集成電路芯片，也給齣相應的VHDL代碼。本書總共給齣瞭20多種典型數字模塊的VHDL代碼，通過這些代碼，讓學生掌握入門級的VHDL語言。每一章後麵均安排瞭實驗題。理論課教材與實驗指導書閤二為一，例題、習題和實驗題有機結閤。將課程實驗平颱，這些實驗題教學內容緊密結閤，可由學生在課外完成。從傳統的數字電子技術實驗箱切換到以FPGA為核心的數字電路學習闆，有利於將數字係統的設計方法從傳統手工設計方法切換到應用EDA工具的現代數字係統設計方法，有利於數字設計能力的提高，有利於理論教學、基礎實驗、大型實驗有機融閤，有利於課程教學從課內延伸到課外，促進教學模式的改革。

3．教材內容編排的優化。將組閤邏輯電路的分析與設計內容從第3章移到第1章，因為這部分內容與邏輯代數緊密相關；在第4章中，將時序邏輯電路的分析與設計移到寄存器和計數器之後，這樣講完觸發器後可以自然地過渡到寄存器和計數器，而且可以突齣時序邏輯電路的分析與設計。將可編程邏輯器件、VHDL語言簡介、數字係統設計閤並成一章，因為這3部分內容緊密相關。大部分章節安排瞭例題講解，幫助讀者提高解題能力。書尾提供瞭自我檢測題答案，便於學生課後自學。

4．本書配套教學資源網站（http://kczy.zjut.edu.cn/szdl）提供豐富的教學資源。本書的多媒體電子課件、習題參考答案、試題庫、50多學時的課程教學視頻，讀者也可通過華信教育資源網（http://www.hxedu.com.cn）注冊下載。

本書由賈立新負責編寫。浙江工業大學數字電路和數字邏輯課程組各位教師對第3版教材的修訂提齣瞭許多有益的建議。教育部電子信息科學與電氣信息類基礎課程教學指導委員會委員南餘榮教授仔細審閱瞭全書，提齣瞭許多建設性意見。在此一並錶示衷心感謝。

本書的齣版得到瞭2015年度浙江工業大學重點教材建設項目和2015年度浙江省課堂教學改革項目“《數字電路與數字邏輯》理論與實驗相融閤的課堂教學改革”（kg2015056）項目資助。

由於作者學識有限，書中難免有錯誤和不妥之處，望廣大讀者批評指正。如果在閱讀本書的過程中發現錯誤或對本書有改進建議，請與本書的策劃編輯聯係E-mail：wyj@phei.com.cn。

作 者

2017年1月於浙江工業大學