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目录 1

第1章　数字系统的基本原理 1

1.1 数字电子学与模拟电子学 2

1.2　数字逻辑电平 3

1.3　二进制系统 4

1.3.1　进位计数表示 4

1.3.2　二进制输入 5

1.3.3　十进制数到二进制数的转换 9

1.3.4 二进制小数 11

1.4　十六进制系统 13

1.4.1　十六进制计数规则 13

1.4.2　十六进制数到十进制数的转换 15

1.4.3 十进制数到十六进制数的转换 15

1.4.4　十六进制数与二进制数的相互转换 16

1.5　数字波形 17

1.5.1 周期波形 17

1.5.2　非周期波形 18

1.5.3 脉冲波形 19

1.6 小结 22

1.7 术语 23

1.8 习题 24

1.9　思考题答案 28

第2章　逻辑函数与逻辑门 29

2.1　基本逻辑函数 30

2.1.1　非、与以及或函数 30

2.1.2　有效电平 36

2.2　逻辑开关和发光二极管指示器 37

2.2.1 逻辑开关 37

2.2.2　发光二极管指示器 38

2.3　导出的逻辑函数 40

2.3.1 与非（NAND）函数和或非（NOR）函数 40

2.3.2　多输入与非门和多输入或非门 42

2.3.3 异或（XOR）以及异或非（XNOR）函数 42

2.4 德摩根（DeMorgan）定理和逻辑门的等效形式 44

2.5　逻辑门的使能和禁止特性 48

2.5.1　与门和或门 49

2.5.2　与非门和或非门 51

2.5.3　异或门和异或非门 52

2.5.4　三态缓冲器 53

2.6　集成电路逻辑门 55

2.7 小结 60

2.8 术语 61

2.9　习题 65

2.10　思考题答案 69

第3章　布尔代数和组合逻辑 70

3.1　布尔表达式、逻辑图和真值表 70

3.1.1 由逻辑图得到布尔表达式 71

3.1.2　由布尔表达式得到逻辑图 74

3.1.3 由逻辑图或布尔表达式得到真值表 77

3.2　SOP和POS模式 79

3.3　布尔代数定理 86

3.3.1　交换律、结合律和分配律 86

3.3.2　单变量定理 88

3.3.3 多变量定理 93

3.4　化简SOP和POS表达式 99

3.5　用卡诺图方法化简 104

3.5.1　两变量卡诺图 106

3.5.2　三变量和四变量卡诺图 107

3.5.3　沿卡诺图的外边对单元分组 108

3.5.4 由真值表得到卡诺图 109

3.5.5　卡诺图中的多个组 110

3.5.6　重叠分组 111

3.5.7　最简条件 113

3.5.8　使用卡诺图对部分化简的电路进一步化简 114

3.5.9　无关状态 117

3.5.10　POS表达式化简 120

3.6　小结 122

3.7　术语 123

3.8　习题 124

3.9　思考题答案 140

第4章 可编程逻辑器件和MAX+PLUSⅡ简介 142

4.1　什么是可编程逻辑器件 143

4.2 用MAX+PLUS Ⅱ对PLD进行编程 145

4.3 图形设计文件 146

4.3.1　输入元件 147

4.3.2　连接元件 150

4.3.3 指定引脚名称 152

4.4　编译MAX+PLUS Ⅱ文件 152

4.5　层次化设计 154

4.5.1　默认符号以及用户元件库 155

4.5.2　创建设计层次 157

4.6　文本设计文件（VHDL） 158

4.6.1　实体和结构体 158

4.6.2 MAX+PLUS Ⅱ中的VHDL模板 163

4.6.3　集成VHDL和图形设计元件 164

4.7　创建物理设计 165

4.7.1　分配引脚号 165

4.7.2　在Altera UP-1电路板上对CPLD进行编程 167

4.7.3 MAX+PLUS Ⅱ编程器 169

4.8 小结 171

4.9　术语 173

4.10　习题 176

第5章　组合逻辑函数 180

5.1　译码器 181

5.1.1　单逻辑门译码器 181

5.1.2 多输出译码器 183

5.1.3　2-4译码器的仿真 186

5.1.4　VHDL二进制译码器 190

5.1.5　MAX+PLUS Ⅱ报告文件 194

5.1.6　7段译码器 195

5.2　编码器 203

5.2.1　优先编码器 204

5.2.2　VHDL优先编码器 206

5.2.3　BCD码优先编码器 208

5.3　多路选择器 209

5.3.1 时变信号的多路选择 211

5.3.2　多路选择器的VHDL实现 212

5.3.3　多路选择器的应用 214

5.4　多路输出选择器 221

5.4.1 时分复用信号的多路输出选择 222

5.4.2　CMOS模拟多路选择器／多路输出选择器 224

5.5　数值比较器 226

5.6　奇偶产生器和校验器 232

5.7 小结 237

5.8　术语 239

5.9　习题 241

5.10　思考题答案 245

第6章　数字运算与运算电路 247

6.1 数字运算 248

6.2　有符号二进制数的表示 251

6.2.1 原码形式 251

6.2.2 反码形式 251

6.2.3　补码形式 252

6.3 有符号二进制运算 252

6.3.1 有符号加法 252

6.3.2　减法 253

6.3.3 负的和或差 254

6.3.4　有符号数的值域 254

6.3.5　符号位溢出 256

6.4　十六进制运算 258

6.4.1　十六进制加法 259

6.4.2　十六进制减法 260

6.5　数字和字符代码 261

6.5.1　BCD码 261

6.5.2　格雷码 263

6.5.3　ASCII码 264

6.6　二进制加法器和减法器 266

6.6.1　全加器和半加器 266

6.6.2　并行二进制加法／减法器 272

6.6.3　使用VHDL元件实现并行加法器 275

6.6.4　溢出检测 284

6.7　BCD码加法器 287

6.7.1　进位输出 289

6.7.2　和的修正 289

6.7.3 多位数字BCD码加法器 291

6.8　MAX+PLUSⅡ中的进位产生 292

6.9 小结 295

6.10　术语 298

6.11 习题 300

6.12　思考题答案 305

第7章　时序逻辑电路 306

7.1 锁存器 307

7.2　NAND/NOR锁存器 310

7.2.1　NAND锁存器的操作 311

7.2.2　锁存器用作开关反跳器 317

7.3 门控锁存器 320

7.3.1 门控SR锁存器 320

7.3.2　透明式锁存器（门控D锁存器） 322

7.3.3　用MAX+PLUSⅡ实现D锁存器 323

7.3.4　VHDL中的多位锁存器 326

7.4　边沿触发D触发器 328

7.5　边沿触发的JK触发器 332

7.5.1　同步和异步电路 335

7.5.2　异步输入（预置和清零） 337

7.6　边沿触发的T触发器 340

7.7 时序参数 341

7.8　小结 343

7.9　术语 345

7.10　习题 346

7.11　思考题答案 357

第8章　可编程逻辑电路 359

8.1　可编程SOP阵列 360

8.2　PAL熔丝矩阵和组合输出逻辑 362

8.3 极性可编程的PAL输出 367

8.4　寄存器输出的PAL器件 370

8.5　通用PAL和通用阵列逻辑（GAL） 373

8.5.1　PALCE16V8 374

8.5.2　GAL22V10 377

8.6 MAX7000S CPLD 379

8.7 FLEX10K CPLD 381

8.8　小结 386

8.9　术语 387

8.10　习题 389

第9章　计数器与移位寄存器 392

9.1 数字计数器的基本概念 393

9.1.1　状态转移图 394

9.1.2 比特数和最大系数 395

9.1.3　计数序列表和时序图 395

9.2　同步计数器 398

9.2.1 同步计数器的分析 399

9.2.2　确定一个同步计数器的系数 402

9.3 同步计数器的设计 404

9.3.1　典型设计方法 404

9.3.2　触发器激励表 405

9.3.3　模12同步计数器的设计 405

9.4　二进制计数器的VHDL编程 411

9.4.1　计数器的行为描述 412

9.4.2　VDHL中的LPM计数器 413

9.5.1 并行载入 415

9.5 同步计数器的控制选项 415

9.5.2　计数使能 420

9.5.3　双向计数器 421

9.5.4　计数器输出的译码 423

9.6　采用VHDL编写可预置双向计数器 426

9.6.1　行为描述 427

9.6.2　LPM计数器 430

9.7　移位寄存器 435

9.7.1 串行移位寄存器 436

9.7.2　双向移位寄存器 440

9.7.3　带并行载入功能的移位寄存器 441

9.8　用VHDL编写移位寄存器 443

9.8.1　结构化设计 444

9.8.2　数据流设计 446

9.8.3　行为描述设计 447

9.8.4　指定位数的移位寄存器 448

9.8.5　LPM移位寄存器 451

9.9　移位寄存计数器 455

9.9.1　环形计数器 455

9.9.2　Johnson计数器 458

9.10　小结 463

9.11 术语 465

9.12 习题 467

9.13　思考题答案 473

第10章　状态机设计 475

10.1　状态机 475

10.2　不带控制输入的状态机 477

10.2.1　经典设计方法 477

10.2.2　状态机的VHDL设计 480

10.3　带控制输入的状态机 483

10.3.1 设计带控制输入状态机的经典方法 484

10.3.2　用VHDL实现带控制输入的状态机 487

10.4　常开按键的开关反跳器 492

10.4.1　基于4位移位寄存器的开关反跳器 492

10.4.2　通过行为描述设计的开关反跳电路 495

10.5　状态机的无用状态 498

10.6　交通灯控制器 504

10.7　小结 506

10.9 习题 507

10.8　术语 507

10.10　思考题答案 512

第11章　逻辑门电路 514

11.1　逻辑门电路的电特性 515

11.2　传输延时 519

11.3　扇出 521

11.4　功耗 526

11.4.1　TTL器件的功耗 527

11.4.2　高速CMOS器件中的功耗 529

11.5　噪声容限 531

11.6　TTL与CMOS门的交互 533

11.6.1　高速CMOS驱动74LS 534

11.6.2　74LS驱动74HC 534

11.6.3　74LS驱动74HCT 534

11.6.4　74LS驱动低电压CMOS 534

11.7　TTL门内部电路 535

11.7.1　作为逻辑器件的双极型晶体管 536

11.7.2　TTL集电极开路反相器和与非门 538

11.7.3　集电极开路的应用 544

11.7.4　推挽输出极 548

11.7.5　三态门 554

11.7.6　其他基础的TTL门 555

11.8　MOS逻辑门内部电路 557

11.8.1　MOSFET结构 558

11.8.2　MOS晶体管偏置要求 559

11.8.3　COMS反相器 561

11.8.4　CMOS与非门／或非门 562

11.8.5　CMOS与门和或门 565

11.8.6　CMOS传输门 566

11.9　TTL和CMOS的变体 567

11.9.1　TTL逻辑器件系列 568

11.9.2　CMOS逻辑器件系列 570

11.10 小结 572

11.11　术语 575

11.12　习题 578

11.13　思考题答案 583

第12章　模拟电路与数字电路的连接 585

12.1　模拟信号和数字信号 586

12.2　数模转换 591

12.2.1　加权型电阻D/A转换器 593

12.2.2　R-2R梯形D/A转换器 595

12.2.3　集成电路D/A转换器MC1408 598

12.2.4　DAC性能说明 607

12.3　模数转换 610

12.3.1　并行A/D转换器 610

12.3.2　逐次逼近A/D转换器 612

12.3.3　双斜率A/D转换器 615

12.3.4　采样保持电路 620

12.3.5　采样频率和混叠现象 621

12.4.1　ADC的CPLD接口 624

12.4　数据采集 624

12.4.2　基于CPLD的数据采集网络 629

12.5 小结 631

12.6　术语 633

12.7 习题 635

12.8　思考题答案 640

第13章　存储器件与系统 641

13.1　存储器的基本概念 642

13.1.1　地址和数据 642

13.1.3　存储容量 645

13.1.2　RAM和ROM 645

13.1.4　控制信号 647

13.2　随机存取存储器 648

13.2.1　静态RAM单元 649

13.2.2　静态RAM单元阵列 651

13.2.3　动态RAM单元 653

13.3　只读存储器（ROM） 655

13.3.1　掩模编程ROM 655

13.3.2　可擦除可编程只读存储器EPROM 656

13.3.3 电可擦除可编程只读存储器EEPROM 660

13.3.4　闪存 661

13.4　顺序存储器：FIFO和LIFO 663

13.5　动态RAM模块 664

13.6　存储系统 665

13.7　小结 669

13.8　术语 670

13.9　习题 673

13.10　思考题答案 674

附录A　奇数题号习题答案 676