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第1章 数制与码制 1

内容提要 1

1.1 概述 1

1.2 数制的表示方法 2

1.3 十进制数与二进制数之间的转换 3

1.4 二进制算术运算 5

1.5 二进制数的反码和补码 7

1.6 带符号数的表示方法 8

1.7 十六进制数的转换及运算 9

1.8 码制的表示方法 13

本章小结 15

习题 16

第2章 逻辑代数基础 18

内容提要 18

2.1 概述 18

2.2 逻辑代数的3种基本运算 18

2.3 逻辑代数的基本公式和常用公式 21

2.3.1 逻辑代数的基本公式 21

2.3.2 逻辑代数的常用公式 23

2.4 逻辑函数及其表示方法 25

2.4.1 逻辑函数 25

2.4.2 逻辑函数的表示 25

2.5 逻辑函数的两种标准形式 29

2.5.1 逻辑函数的最小项和最大项 29

2.5.2 逻辑函数的最小项之和表达式 30

2.5.3 逻辑函数的最大项之积表达式 32

2.5.4 最小项之和与最大项之积之间的相互转换 34

2.6 逻辑函数的公式化简法 34

2.7 逻辑函数的卡诺图化简法 37

2.7.1 逻辑函数的卡诺图表示法 37

2.7.2 逻辑函数的卡诺图化简法 39

2.8 具有无关最小项的逻辑函数及其化简方法 41

本章小结 44

习题 44

第3章 门电路 49

内容提要 49

3.1 概述 49

3.2 CMOS逻辑电路 50

3.2.1 MOS晶体管的基本开关电路 50

3.2.2 CMOS反相器 51

3.2.3 CMOS与非门和或非门 52

3.2.4 扩展输入门 53

3.2.5 驱动门 54

3.2.6 CMOS与－或－非门 54

3.3 CMOS逻辑门的电气特性 55

3.3.1 CMOS逻辑门的静态特性 55

3.3.2 HC和HCT系列 59

3.4 其他CMOS逻辑门 59

3.4.1 CMOS异或罗辑门 59

3.4.2 CMOS传输门 61

3.4.3 三态输出门 61

3.4.4 漏极开路输出门（OD门） 62

3.5 TTL门电路 64

3.5.1 双极型晶体管的开关特性 64

3.5.2 TTL反相门 66

3.5.3 TTL系列其他类型的逻辑门 68

3.6 TTL逻辑系列的电气特性 72

本章小结 73

习题 74

第4章 VHDL语言基础 78

内容提要 78

4.1 概述 78

4.1.1 EDA技术和HDL的发展 78

4.1.2 VHDL和Verilog HDL 79

4.2 VHDL程序结构 81

4.3 实体和结构体 82

4.4 用QuartusⅡ开发数字系统 86

4.4.1 QuartusⅡ集成环境开发软件 86

4.4.2 QuartusⅡ集成开发软件的特点 86

4.4.3 QuartusⅡ的基本开发流程 87

4.5 VHDL语法Port、Mode、Type 94

4.6 VHDL信号的表示 107

4.7 VHDL程序结构语句 112

4.7.1 程序结构语句 112

4.7.2 并行语句结构 115

4.7.3 顺序语句 119

4.7.4 赋值语句 123

本章小结 124

习题 125

第5章 组合逻辑电路 129

内容提要 129

5.1 概述 129

5.2 组合逻辑电路的分析方法 130

5.3 组合逻辑电路的设计方法 131

5.4 加法器 133

5.4.1 半加器与全加器 133

5.4.2 二进制加法器 135

5.4.3 用VHDL实现加法器 139

5.5 译码器 150

5.5.1 二进制译码器 151

5.5.2 译码器应用 154

5.5.3 用VHDL语言设计译码器 156

5.6 BCD译码器和七段显示译码器 160

5.6.1 BCD译码器 160

5.6.2 BCD-7段显示译码器 162

5.6.3 用VHDL设计7段显示译码器 164

5.7 多路选择器 166

5.7.1 多路选择器的概念 166

5.7.2 MSI多路选择器 167

5.7.3 VHDL设计多路选择器 171

5.8 数值比较器 173

5.8.1 4位数值比较器 173

5.8.2 中规模（MSI）4位数值比较器 173

5.8.3 VHDL设计数值比较器 176

5.9 编码器 180

5.9.1 二进制编码器 180

5.9.2 优先编码器 181

5.9.3 VHDL优先编码器 184

本章小结 186

习题 187

第6章 触发器 192

内容提要 192

6.1 概述 192

6.2 SR锁存器 193

6.3 同步触发器 195

6.3.1 有使能控制端的SR锁存器 195

6.3.2 同步式SR触发器 196

6.3.3 同步式D触发器 197

6.4 主从式触发器 198

6.4.1 主从式触发器的结构 198

6.4.2 主从式D触发器 199

6.5 主从式JK触发器 201

6.6 边沿触发的触发器 203

6.6.1 边沿触发的方法 203

6.6.2 边沿触发的JK触发器 205

6.7 触发器的动态特性和时间参数 206

6.8 VHDL设计锁存器和触发器的库与程序包 208

6.8.1 库的概念及语法 208

6.8.2 库的分类 209

6.8.3 程序包 210

6.9 VHDL语言设计锁存器和触发器 211

6.9.1 SR锁存器方法 211

6.9.2 D锁存器设计方法 213

6.9.3 边沿触发的D触发器设计 220

6.9.4 异步置位／复位描述方法 222

6.9.5 同步置位／复位描述方法 224

6.9.6 JK触发器和T触发器的设计 224

本章小结 228

习题 229

第7章 时序逻辑电路的分析与设计 234

内容提要 234

7.1 概述 234

7.2 时序逻辑电路的分析方法 235

7.2.1 同步时序逻辑电路的分析 236

7.2.2 异步时序逻辑电路的分析 240

7.3 寄存器和移位寄存器 242

7.3.1 寄存器 242

7.3.2 移位寄存器 244

7.4 IC移位寄存器 246

7.4.1 74LS95B集成电路移位寄存器 246

7.4.2 双向移位寄存器 247

7.4.3 通用移位寄存器（741S194） 248

7.5 寄存器与移位寄存器的VHDL设计 251

7.5.1 4D寄存器的VHDL设计 251

7.5.2 移位寄存器的VHDL设计 252

7.5.3 通用移位寄存器（74LS194）的VHDL设计 254

7.5.4 循环移位寄存器的VHDL设计 255

7.6 计数器 258

7.6.1 异步计数器 258

7.6.2 同步计数器 265

7.6.3 任意进制计数器 271

7.7 可逆计数器 276

7.7.1 减法计数器 276

7.7.2 同步可逆计数器 277

7.8 移位寄存器型计数器 279

7.8.1 环形计数器 279

7.8.2 扭环形计数器 281

7.8.3 移位寄存器型计数器的应用 282

7.9 VHDL计数器设计 284

7.9.1 VHDL设计二进制同步计数器 285

7.9.2 VHDL可逆计数器设计 288

7.9.3 VHDL设计具有置数、进位输出功能的同步计数器 290

7.10 状态机的设计 292

7.10.1 概述 292

7.10.2 状态机 292

7.10.3 状态机的设计方法与步骤 293

7.10.4 摩尔型状态机的设计 294

7.10.5 状态机的自启动设计 297

7.10.6 米利型状态机的设计 300

7.11 VHDL实现状态机的设计 302

7.11.1 摩尔型VHDL有限状态机的设计 303

7.11.2 米利型VHDL有限状态机设计 307

7.11.3 状态机的自启动VHDL设计 312

本章小结 316

习题 316

第8章 半导体存储器 325

内容提要 325

8.1 概述 325

8.2 随机存储器（RAM） 326

8.2.1 静态RAM 327

8.2.2 动态RAM（DRAM） 330

8.3 只读存储器（ROM） 333

8.3.1 掩膜只读存储器 334

8.3.2 可编程只读存储器（PROM和EPROM） 335

8.4 快闪存储器 337

8.5 存储器扩展及应用 340

8.5.1 位扩展方式 341

8.5.2 字扩展方式 341

8.6 存储器应用设计 342

8.6.1 ROM存储器应用的VHDL设计 342

8.6.2 RAM存储器应用的VHDL设计 344

本章小结 346

习题 347

第9章 可编程逻辑器件 349

内容提要 349

9.1 概述 349

9.2 基本可编程逻辑器件 349

9.3 通用阵列逻辑GAL 352

9.3.1 GAL的结构与原理 352

9.3.2 GAL16V8的结构及应用 355

9.4 HDPLD 361

9.4.1 阵列扩展型CPLD 362

9.4.2 现场可编程门阵列（FPGA） 370

9.5 用PLD实现数字系统 378

本章小结 379

习题 379

第10章 波形发生和整形电路 380

内容提要 380

10.1 概述 380

10.2 施密特触发器 381

10.3 555多谐振荡器 383

10.4 单稳态多谐振荡器 387

本章小结 389

习题 389

第11章 模数－数模转换器 390

内容提要 390

11.1 概述 390

11.2 D/A转换器 391

11.2.1 权电阻网络D/A转换器 391

11.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器 392

11.2.3 双极性输出的D/A转换器 394

11.2.4 D/A转换器的转换精度和转换速度 395

11.3 A/D转换器 397

11.3.1 逐次逼近型A/D转换器 397

11.3.2 积分型A/D转换器 399

11.3.3 A/D转换器的几个主要参数 402

本章小结 402

习题 403

附录A QuartusⅡ的使用方法 404

参考文献 433