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第Ⅰ部分 数字基础 1

第1章 从模拟到数字 1

月球漫步 1

引言 2

1.1 模拟和数字数据及设备 2

1.1.1 模拟数据和设备 2

1.1.2 数字数据和设备 3

1.2 模拟信号与数字信号的相互转换 7

复习题 8

第2章 计数系统和编码 10

取得成就 10

引言 10

2.1 十进制计数系统 11

2.1.1 位权 11

2.1.2 复位和进位 11

2.2 二进制计数系统 12

2.2.1 位权 13

2.2.2 复位和进位 14

2.2.3 将二进制数转换为十进制数 14

2.2.4 将十进制数转换为二进制数 15

2.2.5 信息信号的转换 16

2.3 十六进制计数系统 18

2.3.1 将十六进制数转换为十进制数 19

2.3.2 将十进制数转换为十六进制数 20

2.3.3 二进制与十六进制之间的相互转换 21

2.4 二进制码 24

2.4.1 BCD码 24

2.4.2 余3码 25

2.4.3 格雷码 26

2.4.4 ASCII码 27

复习题 29

引言 33

第3章 逻辑门 33

无线 33

3.1 基本逻辑门 34

3.1.1 或门 34

3.1.2 与门 38

3.2 反相逻辑门 43

3.2.1 非门 44

3.2.2 或非门 45

3.2.3 与非门 48

3.3 互斥逻辑门 50

3.3.1 异或门 51

3.3.2 同或门 53

3.4 逻辑门的IEEE/ANSI符号 55

复习题 57

从荒唐到精明 62

第4章 逻辑电路化简 62

引言 63

4.1 逻辑门的布尔表达式 63

4.1.1 “非”运算表达式 63

4.1.2 “或”运算表达式 64

4.1.3 “与”运算逻辑 64

4.1.4 “或非”运算表达式 67

4.1.5 “与非”运算表达式 68

4.1.6 “异或”运算表达式 69

4.1.7 “同或”运算表达式 70

4.2 布尔代数的定理和规则 72

4.2.1 交换律 72

4.2.2 结合律 72

4.2.3 分配律 73

4.2.4 布尔代数的规则 74

4.3 从真值表到门电路 79

4.4.1 布尔代数化简法 82

4.4 门电路化简 82

4.4.2 卡诺图化简法 84

复习题 89

第5章 标准逻辑器件（SLD） 93

诺伊斯的发明 93

引言 94

5.1 双极型数字集成电路系列 94

5.1.1 标准TTL逻辑门电路 96

5.1.2 低功耗TTL逻辑门和先进的TTL逻辑门 103

5.1.3 肖特基TTL逻辑门 103

5.1.4 集电极开路TTL门（Open-Collector TTL Gate） 105

5.1.5 三态输出TTL门 107

5.1.6 缓冲器／驱动器TTL门 109

5.1.7 施密特触发器TTL门 109

5.1.8 射极耦合逻辑（ECL）门电路 109

5.1.9 集成注入逻辑（I2L）门电路 111

5.2 MOS数字集成电路系列 113

5.2.1 PMOS（P沟道MOS）逻辑电路 113

5.2.2 NMOS（N沟道MOS）逻辑电路 114

5.2.3 CMOS（互补MOS）逻辑电路 115

5.2.4 MOSFET操作注意事项 118

5.3 数字封装类型和复杂性分类 119

5.3.1 早期的数字IC封装类型 119

5.3.2 当前的数字IC封装类型 120

5.3.3 数字IC电路的复杂性分类 120

5.4 双极型和MOS逻辑系列的比较和接口 121

5.4.1 双极型系列 123

5.4.2 MOS系列 123

5.4.3 逻辑系列接口 123

5.4.4 其他逻辑门系列 126

复习题 127

不要提它（Don't Mention It）！ 132

第6章 可编程逻辑器件（PLD） 132

引言 133

6.1 为什么使用可编程逻辑器件 133

6.1.1 用标准逻辑器件构造电路 133

6.1.2 使用可编程逻辑器件构造电路 134

6.2 可编程逻辑器件的类型 137

6.2.1 早期的可编程逻辑器件 137

6.2.2 当前的可编程逻辑器件 138

复习题 139

第7章 测试和故障诊断 143

太空，最后的前沿 143

引言 144

7.1 数字测试设备 144

7.1.1 用万用表进行测试 144

7.1.2 用示波器进行测试 146

7.1.3 用逻辑钳进行测试 149

7.1.4 用逻辑探针进行测试 150

7.1.5 用逻辑脉冲发生器进行测试 151

7.1.6 用电流寻迹器进行测试 153

7.2 数字电路问题 155

7.2.1 数字IC问题 155

7.2.2 数字电路器件的其他问题 159

7.3 电路修复 162

复习题 163

第Ⅱ部分 数字电路 167

第8章 组合逻辑电路 167

复印之父 167

引言 168

8.1 译码器 168

8.1.1 基本译码电路 168

8.1.2 十进制译码器 168

8.1.3 十六进制译码器 170

8.1.4 显示译码器 172

8.2.1 基本编码器电路 177

8.2 编码器 177

8.2.2 十进制-BCD编码器 178

8.3 多路器 180

8.3.1 8选1数据多路器／选择器 181

8.3.2 8选4数据选择器 184

8.4 多路输出选择器 185

8.4.1 1线-8线多路输出选择器 186

8.4.2 1线-16线多路输出选择器 188

8.4.3 3线-8线译码器／多路输出选择器 189

8.5 比较器 191

8.6 奇偶发生器和奇偶检验器 193

8.6.1 奇数或偶数奇偶校验 193

8.6.2 九位奇偶发生器／检验器 195

8.7 对组合逻辑电路进行故障检测 197

8.7.1 组合逻辑电路 197

复习题 201

8.7.2 举例 201

第9章 触发器和定时器 207

冷持管 207

引言 208

9.1 置位-复位（S-R）触发器 208

9.1.1 或非门构成的S-R触发器和与非门构成的S-R触发器 208

9.1.2 电平触发S-R触发器 212

9.1.3 边沿触发S-R触发器 213

9.1.4 脉冲触发S-R触发器 216

9.2 数据型（D）触发器 220

9.2.1 电平触发D触发器 220

9.2.2 边沿触发D触发器 222

9.2.3 脉冲触发D触发器 225

9.3 J-K触发器 226

9.3.1 边沿触发J-K触发器 227

9.3.2 脉冲触发J-K触发器 231

9.4 数字定时器和控制电路 233

复习题 240

第10章 时序逻辑电路 246

Trash 246

引言 246

10.1 缓冲寄存器 247

10.2 移位寄存器 248

10.2.1 串入串出（SISO）移位寄存器 248

10.2.2 串入并出（SIPO）移位寄存器 251

10.2.3 并入串出（PISO）移位寄存器 252

10.2.4 双向移位寄存器 254

10.3 三态输出寄存器 257

10.4 寄存器的应用 261

10.4.1 存储寄存器 261

10.4.2 串行-并行和并行-串行数据转换器 262

10.4.3 算术运算 264

10.4.4 移位寄存器计数器／时序器 264

10.5.1 异步二进制加计数器 269

10.5 异步计数器 269

10.5.2 异步二进制减计数器 274

10.5.3 异步二进制加／减计数器 275

10.5.4 异步十进制（模为10）计数器 275

10.5.5 异步可预置数的计数器 278

10.6 同步计数器 281

10.6.1 同步二进制加计数器 281

10.6.2 同步计数器的优点 281

10.6.3 同步可预置数二进制计数器 283

10.6.4 同步十进制（模为10）计数器 285

10.6.5 同步加／减计数器 286

10.7 计数器的应用 288

10.7.1 数字钟 288

10.7.2 频率计 290

10.7.3 多路显示器 293

10.8.1 计数器电路 295

10.8 计数器电路的故障诊断 295

10.8.2 例题 297

复习题 298

第11章 算术运算电路 302

Menlo公园里的奇才 302

引言 302

11.1 算术运算 303

11.1.1 二进制算术 303

11.1.2 正、负数表示法 309

11.1.3 补码算术 315

11.1.4 更大和更小数字的表示法 322

11.2 算术电路 323

11.2.1 半加器 324

11.2.2 全加器 326

11.2.3 并行加法器 326

11.3.1 基本补码加法／减法电路 329

11.3 算术电路的应用 329

11.3.2 算术逻辑单元（ALU）集成电路 331

复习题 332

第12章 半导体存储器 336

展翅高飞 336

引言 336

12.1 只读存储器（ROM） 338

12.1.1 基本的二极管ROM 339

12.1.2 带地址译码的二极管ROM 339

12.1.3 半导体ROM特性 339

12.1.4 ROM的分类 344

12.1.5 ROM的应用 347

12.1.6 ROM的测试 349

12.2 半导体读／写存储器（RAM） 350

12.2.1 顺序连接存储器SAM与随机存储器RAM 350

12.2.2 RAM分类 353

12.2.3 RAM的应用 361

12.2.4 RAM的测试 364

复习题 365

第Ⅲ部分 数字系统 371

第13章 模拟和数字信号转换器 371

去做一些更有意义的事情 371

引言 371

13.1 模拟和数字信号转换 372

13.1.1 模拟和数字设备与计算机的连接 372

13.1.2 信息信号的转换 373

13.2 数／模转换器（DAC） 375

13.2.1 二进制加权电阻DAC 375

13.2.2 R/2RT型电阻DAC 378

13.2.3 DAC的主要技术指标 381

13.2.4 一个DAC应用电路 384

13.2.5 DAC的测试 385

13.3.1 阶梯式ADC 386

13.3 模／数转换器（ADC） 386

13.3.2 逐次逼近ADC 388

13.3.3 快速ADC 390

13.3.4 一个ADC应用电路 390

13.3.5 ADC测试 393

复习题 394

第14章 计算机硬件和软件 398

影响 398

引言 398

14.1 微型计算机基础知识 399

14.1.1 硬件 399

14.1.2 软件 400

14.2 微型计算机系统 406

复习题 425

附录A 自测题参考答案 432

附录B 复习题单号题参考答案 439