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第1章　引论（Introduction） 1

1.1　模拟与数字（Analog Versus Digital） 1

1.2　数字电路与数字系统（Digital Circuit and System） 4

本章小结（Brief Summary of this Chapter） 7

思考题和习题 7

第2章　数制与编码（Number Systems and Codes） 8

2.1　数制的基本概念（Basic Conceptions of Number Systems） 8

2.1.1　按位计数制（Positional Number Systems） 9

2.1.2 数的自然二进制表示法——二进制（Binary Number System） 9

2.1.3 八进制和十六进制（Octal and Hexadecimal Numbers） 10

2.2 常用数制系统的转换（General Number-System Conversions） 12

2.3　基本的二进制运算（Basic Binary Algebra） 13

2.4　带符号数的表示（Representation of Signed-Numbers） 14

2.4.1 符号数值（原码）表示法（Signed-Magnitude Representation） 15

2.4.2 基数补码——补码与反码表示法（Radix Complement-Radix-Complement and Diminished Radix-Complement Representation） 15

2.4.3 带符号数的运算（Signed Numbers Operation） 17

2.5 定点数和浮点数的表示（Representation of Fixed Point Numbers and Floating Point Numbers） 18

2.6 数码和字符的二进制编码表示（Representation of Binary Codes for Digits and Characters） 18

2.6.1 十进制数的二进制编码（Binary Codes for Decimal Number） 19

2.6.2　格雷码（Gray Code） 20

2.6.3 字符、动作、条件和状态编码（Codes for Characters,Actions,Conditions,and States） 22

本章小结（Brief Summary of this Chapter） 22

思考题和习题 23

第3章　逻辑代数基础（Basis of Logic Algebra） 26

3.1 概述（Summary） 26

3.2　逻辑运算（Boolean Operation） 27

3.2.1 逻辑代数中的三种基本运算（Three Basic Operations in Boolean Algebra） 27

3.2.2　几种导出的逻辑运算（Several Educed Logic Operation） 29

3.3　逻辑代数的公理和定理（Axioms and Theorems in Logic Algebra） 30

3.4　逻辑函数的基本定理（Basic Theorems of Logic Algebra） 34

3.4.1　代入定理（Substitution Theorems） 34

3.4.2　反演定理（Complement Theorems） 34

3.4.3　对偶定理（Duality Theorems） 35

3.4.4　香农展开定理（Shannon's Expansion Theorems） 35

3.5 逻辑函数的表示方法（Representations of Logic Functions） 36

3.5.1　逻辑真值表（Logic Truth Table） 36

3.5.2　逻辑表达式（Logic Expression） 36

3.5.3 逻辑图（Logic Circuit） 37

3.5.4 波形图（Wave Form） 37

3.5.5 各种表示方法间的相互转换（Conversions of Several Representations） 37

3.6 逻辑函数的标准形式（Standard Representations of Logic Functions） 39

3.6.1 最小项和最大项（Minterm and Maxterm） 39

3.6.2　逻辑函数的标准形式（Standard Forms of Logic Functions） 41

3.6.3 最小项和最大项之间的关系（Relationship of Minterms and Maxterms） 42

3.7　逻辑函数的化简（Logic Functions Minimization） 43

3.7.1 逻辑函数的最简形式（Minimization Forms of Logic Functions） 43

3.7.2　公式法化简（Formula Method Simplification） 44

3.7.3 卡诺图法化简逻辑函数（Logic Functions Simplified by Karnaugh Map） 47

3.8　具有无关项的逻辑函数及其化简（Logic Function with Don't Care Terms and its Simplifications） 54

3.8.1 约束项、任意项和逻辑函数式中的无关项（Restriction Terms、Random Terms and Don't Care Terms of Logic Functions） 54

3.8.2 无关项在化简逻辑函数中的应用（Don't Care Terms Application in Logic Function Simplifications） 55

3.9　多输出函数的化简（Multiple-Output Function Simplifications） 56

本章小结（Brief Summary of this Chapter） 57

思考题和习题 58

第4章　逻辑门电路（Logic Gate Circuits） 61

4.1 半导体二极管、三极管和场效应管的开关特性（Switch Characteristics ofSemiconductor Diode,Transistor and Field-Effect Transistor） 61

4.2　分离元件门电路（Separated Element Gates） 63

4.2.1 二极管与门（Diode AND Gate） 63

4.2.2　二极管或门（Diode OR Gate） 64

4.2.3 三极管非门（Transistor NOT Gate） 65

4.3　TTL门电路（TTL Gate Circuits） 65

4.3.1 TTL集成门电路结构（TLL Integrated Gates Structure） 66

4.3.2 TTL与非门工作原理及外部特性（TTL NAND Gate Operating Principle and External Behaviors） 69

4.3.3 其他类型的TTL门电路（Other Types of TTL Gate Circuit） 74

4.4　ECL门电路（Emitter-Coupled Logic Gate Circuit） 77

4.4.1 ECL门电路的基本单元（Basic Unit ECL Gate Circuit） 78

4.4.2 ECL门电路（ECL Gate Circuit） 79

4.4.3 ECL门电路的工作特点（Operating Behavior of ECL Gate Circuit） 80

4.5　MOS门电路（MOS Gate Circuit） 80

4.5.1 NMOS门电路（NMOS Gate Circuit） 80

4.5.2 CMOS门电路（CMOS Gate Circuit） 81

4.5.3　高速和超高速CMOS门电路（High-speed and Ultrahigh-speed CMOS Gate Circuit） 87

4.5.4 CMOS门电路特点和使用中应注意的问题（Characteristic of CMOS Gate Circuit and Notice in Practice） 89

4.6 TTL门电路与CMOS门电路的接口（Interface of TTL Gate Circuits and CMOS Gate Circuits） 89

4.6.1 TTL门电路驱动CMOS门电路（TTL Gate Circuits Drive CMOS Gate Circuits） 90

4.6.2 CMOS 门电路驱动TTL门电路（CMOS Gate Circuits Drive TTL Gate Circuits） 91

本章小结（Brief Summary of this Chapter） 91

思考题和习题 92

第5章　组合逻辑电路（Combinational Logic Circuits） 98

5.1　组合逻辑电路结构（Structure of Combinational Logic Circuits） 98

5.2　组合逻辑电路的分析（Analysis of Combinational Logic Circuit） 99

5.2.1　分析步骤（Analysis Steps） 99

5.2.2　分析举例（Analysis Examples） 100

5.3　组合逻辑电路的设计（Design of Combinational Logic Circuit） 103

5.3.1　设计步骤（Design Steps） 103

5.3.2　设计举例（Design Examples） 104

5.3.3　门的符号和信号的有效电平（Gate Symbols and Signal Active Levels） 106

5.3.4　“圈到圈”逻辑设计（Bubble-to-Bubble Logic Design） 109

5.4　组合逻辑电路中的险象（Hazards of Combinational Logic Circuit） 111

5.4.1 产生险象的原因（Causes of Hazard） 111

5.4.2 险象的判断（Judgment of Hazard） 113

5.4.3 险象的消除方法（Methods of Eliminate Hazard） 114

5.5　常用组合逻辑器件（Commonly Used Combinational Logic Devices） 115

5.5.1　编码器（Encoder） 115

5.5.2　译码器（Decoder） 120

5.5.3 数据选择器和数据分配器（Multiplexer and Demultiplexer） 129

5.5.4 算术运算电路（Arithmetic Operation Circuits） 132

5.6　组合逻辑器件的应用（Applications of Combinational Logic Devices） 140

5.6.1　译码器的应用（Applications of Decoder） 141

5.6.2 数据选择器的应用（Applications of Multiplexer） 142

5.6.3　加法器的应用（Applications of Adder） 144

本章小结（Brief Summery of this Chapter） 146

思考题和习题 147

第6章　存储电路（Memory Circuits） 150

6.1 概述（Summary） 150

6.2　锁存器（Latches） 151

6.2.1 基本S-R锁存器（Set-Reset Latch） 151

6.2.2 同步S-R锁存器（Synchronous Set-Reset Latch） 155

6.2.3　D锁存器（D Latch） 158

6.2.4　锁存器的时序条件（Timing Margin of Latches） 159

6.3　主从触发器（Master-Slave Flip-Flops） 161

6.3.1 主从S-R触发器（Master-Slave S-R Flip-Flop） 161

6.3.2 主从J-K触发器（Master-Slave J-K Flip-Flop） 164

6.3.3 主从D触发器（Master-Slave D Flip-Flop） 167

6.3.4　T触发器（T Flip-Flop） 168

6.4　维持阻塞D触发器（Remain Block D Flip-Flop） 169

6.4.1 物理结构（Physical Structure） 169

6.4.2　工作原理（Operating Principle） 170

6.4.3　逻辑功能（Logic Function） 171

6.5　集成触发器（Integrated Flip-Flops） 172

6.5.1 集成J-K触发器（Integrated J-K Flip-Flop） 172

6.5.2 集成D触发器（Integrated D Flip-Flop） 173

6.6　触发器之间的相互转换（Conversion Between Flip-Flops） 173

6.6.1 D触发器转换成J-K触发器和T触发器（D Flip-Flop to J-K Flip-Flop and T Flip-Flop） 174

6.6.2 J-K触发器转换成D触发器和T触发器（J-K Flip-Flop to D Flip Flop and T Flip-Flop） 174

本章小结（Brief Summary of this Chapter） 175

思考题和习题 176

第7章　时序逻辑电路（Sequential Logic Circuits） 181

7.1　概述（Summary） 181

7.2　时序逻辑电路的分析（Sequential Logic Circuit Analysis） 183

7.2.1 时钟同步状态机的分析（Analysis of Clocked Synchronous State Machine） 184

7.2.2 时钟异步状态机的分析（Analysis of Clocked Asynchronous State Machine） 187

7.3　时钟同步状态机的设计（Design of Clocked Synchronous State Machine） 190

7.4　寄存器和移位寄存器（Registers and Shift Registers） 193

7.4.1 由D触发器构成的移位寄存器（Shift Register Composed of D Flip Flops） 194

7.4.2 由J-K触发器构成的移位寄存器（Shift Register Composed of J-K Flip-Flop） 195

7.4.3 双向移位寄存器（Bidirectional Shift Register） 195

7.4.4 移位寄存器的应用（Shift Register Applications） 195

7.4.5 MSI寄存器／移位寄存器及其应用（MSI Registers/Shift Registers and their Applications） 196

7.5　计数器（Counters） 200

7.5.1 同步计数器（Synchronous Counters） 201

7.5.2 异步二进制计数器（Asynchronous Binary Counters） 202

7.5.3 异步N进制计数器（Asynchronous Modulo-N Counters） 204

7.5.4 采用直接复0法设计异步N进制计数器（Design Asynchronous Modulo-N Counters by Direct Preset） 208

7.5.5　环形计数器（Ring Counter） 209

7.5.6　扭环计数器（Twisted-Ring Counter） 212

7.5.7 MSI型计数器及应用（MSI Counters and their Applications） 214

7.6　序列信号码发生器（Sequence Signal Code Generators） 221

7.7　同步系统设计（Syncronous System Design） 227

7.7.1 同步系统的结构（Syncronous System Structure） 227

7.7.2 时钟偏移（Clock Skew） 229

7.7.3　选通时钟（Gating the Clock） 231

7.7.4 异步输入（Asynchronous Inputs） 232

本章小结（Brief Summary of this Chapter） 234

思考题和习题 235

第8章 半导体存储器和可编程逻辑器件（Semiconductor Memory and Programmable Logic Devices） 241

8.1　半导体存储器（Semiconductor Memory） 241

8.2　只读存储器（Read-Only Memory,ROM） 242

8.2.1 掩模只读存储器（Mask Read-Only Memory,ROM） 242

8.2.2 可编程只读存储器（Programmable Read-Only Memory,PROM） 244

8.2.3 可擦除的可编程只读存储器（Erasable Programmable Read-Only Memory,EPROM） 245

8.3　随机存取存储器（Random Access Memory,RAM） 246

8.3.1　静态随机存储器（Static Random Access Memory,SRAM） 246

8.3.2 动态随机存储器（Dynamic Random Access Memory,DRAM） 249

8.4　用存储器实现组合逻辑函数（Implement Combinational Logic Functions with Memory） 252

8.5　可编程逻辑器件（Programmable Logic Devices） 254

8.6 可编程阵列逻辑器件（Programmable Array Logic Device,PALD） 255

8.6.1　PAL器件的基本结构（Basic PAL Device Structure） 255

8.6.2　PAL器件的应用举例（Application Examples of PAL Devices） 259

8.7　通用阵列逻辑器件（General Array Logic Devices） 264

8.7.1 GAL器件的基本类型（Basic GAL Device Type） 264

8.7.2 PAL型GAL器件（GAL Devices of PAL Type） 264

8.7.3　GAL器件的应用（Applications of GAL Devices） 267

8.8　复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device,CPLD） 268

8.9 现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA） 270

8.10　可编程逻辑器件的开发（PLD Research and Development） 271

本章小结（Brief Summary of this Chapter） 272

思考题和习题 273

第9章　数模和模数转换（D/A and A/D Conversion） 275

9.1　概述（Summary） 275

9.2　数模转换器（Digital to Analog Converter,DAC） 276

9.2.1 权电阻网络数模转换器（Weight Resistance Network D/A Converter） 276

9.2.2 倒T形电阻网络数模转换器（Inverse T Form Resistance Network D/A Converter） 279

9.2.3 权电流型数模转换器（Weight Current D/A Converter） 281

9.2.4 数模转换器的转换精度与转换速度（Conversion Precision and Conversion Speed of D/A Converter） 283

9.3　模数转换器（Analog to Digital Converter,ADC） 286

9.3.1 模数转换的基本原理（Fundamental Principle of ADC） 286

9.3.2　取样-保持电路（Sampling-Holding Circuits） 289

9.3.3 并联比较型模数转换器（Parallel Comparative ADC） 291

9.3.4 逐次渐近型模数转换器（Gradually Approach ADC） 293

9.3.5 双积分型模数转换器（Double Integral ADC） 295

9.3.6　模数转换器的转换精度与转换速度（Conversion Precision and Conversion Rate of ADC） 298

本章小结（Brief Summary of this Chapter） 300

思考题和习题 300

第10章　现代数字系统设计（Modern Digital System Design） 302

10.1　数字系统的计算机辅助设计（Computer Aided Design for Digital System） 302

10.1.1 设计工具的演变（Evolvement for Design Tools） 302

10.1.2 数字系统设计方法（Design Method for Digital System） 303

10.1.3 数字系统EDA（EDA for Digital System） 305

10.1.4 基于HDL的现代数字系统设计（Modern Digital System Design Based on HDL） 306

10.1.5 数字系统设计的重要主题（Important Themes in Digital System Design） 309

10.2　可测性设计（Design for Testability,DFT） 311

10.2.1 测试与故障模型（Test and Fault Model） 311

10.2.2 测试向量与测试集（Test Vector and Test Set） 312

10.2.3 可测性设计（Design for Testability,DFT） 313

10.3　数字系统的可靠性（Reliability of Digital System） 314

10.3.1 可靠度和失效率（Reliability and Failure Rate） 314

10.3.2 可靠度和平均寿命（Reliability And MTBF） 316

10.3.3 系统的可靠性（System Reliability） 316

10.4 高速数字系统中的信号传输问题（Signal Transmission Problem in High Speed Digital System） 317

本章小结（Brief Summary of this Chapter） 322

思考题和习题 323

参考文献 324