第1章 数制与编码 1
1.1 模拟信号与数字信号 1
1.1.1 模拟信号与数字信号的概念 1
1.1.2 数字电路与模拟电路的区别 2
1.1.3 数字电路的特点 2
1.2 数字系统中的数制 3
1.2.1 十进制数表述方法 4
1.2.2 二进制数表述方法 5
1.2.3 十六进制数表述方法 6
1.2.4 八进制数表述方法 6
1.3 不同数制间的转换 6
1.3.1 十六进制、二进制数与十进制数间的转换 7
1.3.2 十进制数转换为二进制、十六进制数 7
1.3.3 二进制数与十六进制、八进制数间的转换 8
1.4 数字系统中数的表示方法和格式 8
1.4.1 十进制编码 9
1.4.2 格雷码 10
1.4.3 十进制数的BCD码表示方法 11
1.4.4 字母数字码 11
1.4.5 码制 12
1.4.6 用补码进行二进制数运算 15
习题 16
第2章 逻辑门功能及其电路特性 18
2.1 基本逻辑门 18
2.1.1 逻辑代数的3种基本运算模型 18
2.1.2 基本逻辑符号 19
2.2 复合逻辑门 21
2.2.1 与非门 22
2.2.2 或非门 22
2.2.3 异或门 23
2.2.4 同或门 24
2.3 其他辅助门电路 25
2.3.1 三态门 25
2.3.2 集电极开路门 26
2.4 集成电路逻辑门 28
2.4.1 逻辑门及其基本结构与工作原理 28
2.4.2 CMOS传输门及其构建的逻辑电路 32
2.4.3 TTL集成电路逻辑门及同类CMOS器件系列 33
2.4.4 集成电路门的性能参数 34
2.4.5 TTL与CMOS集成电路的传统接口技术 38
2.4.6 CMOS与TTL逻辑器件的封装 39
习题 40
实验 42
2-1集成电路TTL和CMOS器件的逻辑功能和性能参数测试 42
第3章 逻辑函数运算规则及化简 44
3.1 概述 44
3.2 逻辑代数的运算规则 45
3.2.1 逻辑代数的基本公理 45
3.2.2 逻辑代数的基本定律 45
3.2.3 摩根定理 46
3.2.4 逻辑代数的基本规则 47
3.3 逻辑函数表述方法 48
3.3.1 逻辑代数表达式 48
3.3.2 逻辑图表述 48
3.3.3 真值表表述 49
3.3.4 卡诺图表述方式 49
3.4 逻辑函数的标准形式 50
3.4.1 最小项表述方式 50
3.4.2 最大项表述方式 51
3.4.3 标准与或表达式 52
3.4.4 标准或与表达式 52
3.4.5 两种标准形式的相互转换 52
3.4.6 逻辑函数表达式与真值表的相互转换 53
3.5 逻辑代数化简法 53
3.5.1 并项化简法 54
3.5.2 吸收化简法 54
3.5.3 配项化简法 54
3.5.4 消去冗余项化简法 55
3.6 卡诺图化简法 56
3.6.1 与或表达式的卡诺图表示 56
3.6.2 与或表达式的卡诺图化简 57
3.6.3 或与表达式的卡诺图化简 58
3.6.4 含无关项逻辑函数的化简 59
3.6.5 多输出逻辑函数的化简 60
习题 60
第4章 组合逻辑电路的分析与设计 63
4.1 组合逻辑电路手工分析 63
4.1.1 组合逻辑电路的定义 63
4.1.2 组合逻辑电路的手工分析步骤 64
4.1.3 组合逻辑电路分析实例 64
4.2 组合逻辑电路手工设计方法 65
4.2.1 组合逻辑电路的一般设计步骤 65
4.2.2 组合逻辑电路的设计示例 66
4.3 编码器 66
4.3.1 编码器的基本概念 67
4.3.2 二进制编码器 67
4.3.3 二-十进制编码器 69
4.4 译码器 70
4.4.1 译码器的概念 70
4.4.2 二进制译码器 70
4.4.3 二-十进制译码器 71
4.4.4 用集成译码器实现逻辑函数 72
4.4.5 显示控制译码器 73
4.5 数据选择器与数据分配器 76
4.5.1 数据选择器 76
4.5.2 用数据选择器实现逻辑函数 78
4.5.3 数据分配器 80
4.6 加法器 80
4.6.1 半加器 80
4.6.2 全加器 81
4.6.3 多位加法器 81
4.7 比较器 82
4.7.1 1位数值比较器 82
4.7.2 集成数字比较器 83
4.7.3 集成数值比较器应用举例 83
4.8 广义译码器概念 84
4.9 可编程逻辑器件的结构与原理 85
4.9.1 PLD概述 86
4.9.2 简单PLD的结构与工作原理 87
4.10 组合电路的竞争与冒险 91
4.10.1 逻辑冒险现象的判断 92
4.10.2 冒险现象解决方法 93
习题 93
实验 96
4-1楼道路灯控制电路的设计 96
4-2用与非门设计一个开关控制的报警电路 96
第5章 触发器及含触发器的PLD 97
5.1 概述 97
5.2 RS触发器 98
5.2.1 基本RS触发器 98
5.2.2 具备时钟控制的RS触发器 99
5.2.3 主从RS触发器 101
5.2.4 RS触发器的应用 102
5.3 D触发器 102
5.3.1 最简结构电平触发型D触发器 103
5.3.2 经典结构电平触发型D触发器 103
5.3.3 维持-阻塞边沿触发型D触发器 104
5.3.4 由CMOS传输门构成的各类D触发器 106
5.4 JK触发器 109
5.4.1 主从JK触发器 109
5.4.2 边沿触发型JK触发器 110
5.5 触发器间的转换 111
5.5.1 D触发器转换为JK、 T和T′触发器 111
5.5.2 JK触发器转换为D触发器 113
5.6 含触发器的PLD的结构与原理 113
5.6.1 通用可编程逻辑器件GAL 113
5.6.2 复杂可编程逻辑器件CPLD 115
5.6.3 现场可编程门阵列FPGA 117
习题 120
实验 121
5-1验证集成触发器的逻辑功能及相互转换的方法 121
5-2由RS触发器构成的多路抢答器设计 121
第6章 组合电路时序分析与自动化设计 123
6.1 传统数字技术存在的问题 123
6.2 数字系统自动设计流程 124
6.2.1 设计输入 125
6.2.2 硬件描述语言 126
6.2.3 综合 126
6.2.4 适配 126
6.2.5 仿真 126
6.2.6 硬件测试 127
6.3 原理图输入法逻辑电路设计 127
6.3.1 原理图编辑输入方法 127
6.3.2 创建工程 128
6.3.3 功能分析 130
6.3.4 编译前设置 130
6.3.5 全程编译 132
6.3.6 逻辑功能测试 133
6.4 硬件测试 135
6.4.1 引脚锁定 135
6.4.2 对FPGA编程配置 136
6.4.3 对FPGA配置器件编程 138
6.5 用HDL来表述广义译码器 140
6.5.1 用HDL表述真值表与电路设计 140
6.5.2 3人表决电路的HDL表述方式 143
6.5.3 用HDL对真值表的其他表述方式 144
6.6 数字方法去抖动和延时电路设计 146
6.6.1 数字去抖动电路设计 147
6.6.2 数字延时电路的设计与测试 150
实验 153
6-1用Quartus II库中的宏功能模块74138和与非门实现指定逻辑函数 153
6-2用两片7485设计一个8位比较器 153
6-3设计8位串行进位加法器 153
6-4设计8位十进制数动态扫描显示控制电路 153
6-5设计一个十六进制7段显示译码器 153
6-6设计一个5人表决电路 154
第7章 时序逻辑电路的分析与设计 155
7.1 时序逻辑电路的特点与功能 155
7.1.1 时序电路的结构 155
7.1.2 时序电路的分类 156
7.2 时序电路的手工分析方法 156
7.2.1 同步时序电路分析 156
7.2.2 异步时序电路的分析举例 158
7.3 时序电路的手工设计方法 161
7.3.1 时序电路的手工设计步骤 161
7.3.2 设计举例 162
7.4 寄存器 165
7.4.1 并行寄存器 165
7.4.2 移位寄存器 166
7.5 计数器及其手工设计技术 170
7.5.1 异步计数器设计 170
7.5.2 同步计数器设计 171
7.6 专用集成计数器应用示例 175
7.6.1 用74LS161构成十二进制加法计数器 175
7.6.2 用74LS160构成67进制的10位加法计数器 178
7.6.3 用74LS161设计一个8位二进制可预置计数器 178
习题 179
实验 182
7-1用74系列的专用集成器件设计不同类型的数字电路 182
7-2基于D触发器的机械键去抖动电路设计 182
7-3设计一个能将信号延时800ns的延时电路 183
第8章 时序电路的自动化设计与分析 184
8.1 用74系列宏模块设计数字电路 184
8.1.1 用74390宏模块设计一个2位十进制计数器 184
8.1.2 可预置型任意模计数器设计 185
8.2 计数器通用设计模型 188
8.2.1 时序逻辑设计方案考察 188
8.2.2 计数器的一般结构模型 189
8.2.3 普通二进制计数器设计讨论 189
8.2.4 BCD码计数器设计讨论 190
8.2.5 模可控计数器设计讨论 191
8.2.6 反馈清0法构成模12计数器设计讨论 192
8.2.7 同步加载型计数器设计讨论 193
8.2.8 异步加载型计数器设计讨论 193
8.2.9 可逆计数器设计讨论 194
8.3 从计数器的一般模型到状态机 195
8.4 基于一般模型结构的计数器设计 196
8.4.1 基于一般模型的十进制计数器设计 197
8.4.2 含自启动电路的十进制计数器的设计 198
8.4.3 异步控制型任意模计数器设计 199
8.4.4 初值可预置型计数器设计 200
8.5 基于LPM宏模块的计数器设计 201
8.6 有限状态机的设计与应用 204
8.6.1 计数器与状态机的对应关系 204
8.6.2 步进电机控制电路设计 205
8.6.3 键触点消抖动电路设计 208
8.6.4 简易温控系统设计 209
实验 211
8-1用74系列宏模块设计两种不同类型的计数器 211
8-2基于一般模型的计数器设计 212
8-3基于LPM的16位可逆计数器设计 212
8-4双向旋转可控型4相步进电机控制电路设计 212
8-5键触点消抖动电路设计 212
8-6温控系统电路设计 212
8-7序列发生器设计 212
第9章 半导体存储器及其应用 213
9.1 存储器概述 213
9.1.1 存储器分类 213
9.1.2 半导体存储器的技术指标 214
9.2 随机存取存储器 215
9.2.1 RAM的分类及其结构 215
9.2.2 SRAM的结构 217
9.2.3 DRAM工作原理 219
9.2.4 SRAM的扩展方法 219
9.3 只读存储器 220
9.3.1 ROM分类与结构 221
9.3.2 掩膜ROM 222
9.3.3 可编程ROM结构原理 222
9.3.4 其他类型的存储器 226
9.4 存储器应用电路设计 228
9.4.1 利用LPM ROM设计查表式乘法器 228
9.4.2 多通道数字信号采集电路设计 231
习题 234
实验 235
9-1查表式硬件运算器设计 235
9-2简易逻辑分析仪设计 235
第10章 D／A与A／D转换器及其应用 237
10.1 概述 237
10.2 D／A转换器 238
10.2.1 D／A转换原理 238
10.2.2 二进制权电阻网络型D／A转换器 239
10.2.3 倒T型电阻网络D／A转换器 240
10.2.4 D／A转换器的主要技术参数 241
10.2.5 DAC专用器件及其应用 242
10.3 A／D转换器 245
10.3.1 A／D工作原理 245
10.3.2 A／D转换器工作原理 246
10.3.3 A／D转换器的主要技术参数 248
10.3.4 典型集成A／D转换器及应用 249
10.4 简易正弦信号发生器设计 252
10.4.1 工作原理 252
10.4.2 定制初始化波形数据文件 253
10.4.3 定制LPM ROM元件 254
10.4.4 完成顶层设计 255
10.5 A／D采样控制电路设计 255
10.5.1 控制原理 255
10.5.2 ADC采样控制电路设计 256
10.5.3 广义译码器设计 257
10.5.4 时序仿真与时序分析 258
10.5.5 硬件实现与硬件实测 258
习题 259
实验 259
10-1简易正弦信号发生器设计 259
10-2 8通道逻辑分析仪示波器显示控制电路设计 260
10-3 A／D转换实验 260
10-4 A／D采样状态机控制电路设计 260
10-5采样保持器实验 260
第11章 脉冲电路及其分析 262
11.1 多谐振荡器 262
11.1.1 环形多谐振荡器 262
11.1.2 非对称型多谐振荡器 263
11.1.3 对称型多谐振荡器 264
11.1.4 石英晶体振荡电路 264
11.2 单稳态触发器 265
11.2.1 积分型单稳态触发器 265
11.2.2 微分型单稳态触发器 266
11.2.3 集成单稳态触发器 267
11.3 施密特触发器 269
11.3.1 施密特触发器概述 269
11.3.2 集成施密特触发器及其应用 270
11.3.3 用施密特触发器构成多谐振荡器 271
11.4 555定时器 271
11.4.1 555的内部结构和工作原理 271
11.4.2 用555构成施密特触发器 272
11.4.3 用555构成单稳态触发器 273
11.4.4 用555构成多谐振荡器 274
习题 275
第12章 实用数字系统综合设计实践 276
12.1 6位十进制数字频率计设计 276
12.2 简易电子琴模型设计 280
12.3 乐曲自动演奏电路设计 284
12.4 直流电机测控电路设计 287
12.5 DDS信号发生器设计 289
12.6 数字移相信号发生器设计 294
12.7 简易数字电压表设计 295
12.8 简易数字存储示波器设计 296
12.9 移位相加型8位硬件乘法器设计 299
12.10 基于状态机的实用数字系统设计 301
附录 数字技术实验系统及基本要求 303
1.1 基本实验内容、方式和类型 303
1.2 数字电路实验板基本结构与功能 304
1.3 mif文件生成器使用方法 308
参考文献 310