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第1章 数字电路基础 1

1.1 数字电路概述 1

1.1.1 模拟信号与数字信号 1

1.1.2 数字信号的表示方法 1

1.1.3 数字电路 2

1.2 数制和码制 3

1.2.1 几种常用数制 4

1.2.2 不同数制之间的相互转换 5

1.2.3 码制 7

1.3 二进制算术运算 9

1.4 逻辑代数基础 10

1.4.1 逻辑代数的三种基本运算 10

1.4.2 逻辑代数的基本公式和常用公式 13

1.4.3 逻辑代数的基本规则 14

1.5 逻辑函数的化简 15

1.5.1 逻辑函数的最简形式及变换 15

1.5.2 逻辑函数的公式化简法 16

1.5.3 用卡诺图化简逻辑函数 17

1.6 逻辑关系描述方法的相互转换 23

1.6.1 用波形图描述逻辑函数 23

1.6.2 逻辑函数描述方法间的转换 24

1.7 硬件描述语言VHDL简介 26

1.7.1 VHDL的基本结构 26

1.7.2 VHDL的语言元素 28

1.7.3 VHDL的基本语句 31

本章小结 33

自测题 34

习题1 35

第2章 逻辑门电路 37

2.1 半导体器件的开关特性 37

2.1.1 半导体二极管的开关特性 38

2.1.2 晶体三极管的开关特性 39

2.2 分立元件门电路 40

2.3 TTL集成逻辑门 42

2.3.1 TTL与非门的电路结构与工作原理 42

2.3.2 TTL与非门的外部电气特性与主要参数 43

2.3.3 TTL与非门的改进系列 50

2.3.4 其他逻辑功能的TTL门电路 52

2.3.5 TTL集电极开路门（OC门）和三态输出门（TS门） 53

2.3.6 TTL门电路的使用规则 57

2.4 其他类型的双极型数字集成电路 59

2.4.1 发射极耦合逻辑（ECL）门 59

2.4.2 集成注入逻辑（I2L）门 60

2.5 CMOS逻辑门 61

2.5.1 MOS管的开关特性 62

2.5.2 CMOS反相器 63

2.5.3 其他逻辑功能的CMOS门电路 66

2.5.4 CMOS传输门 67

2.5.5 CMOS漏极开路门与CMOS三态输出门 68

2.5.6 各种系列CMOS数字集成电路的比较 69

2.5.7 CMOS门电路的使用规则 70

2.6 Bi-CMOS门电路 71

2.7 门电路的VHDL描述 72

本章小结 73

自测题 73

习题2 74

第3章 组合逻辑电路 77

3.1 概述 77

3.2 基于门电路的组合逻辑电路的分析与设计 77

3.2.1 基于门电路的组合逻辑电路的分析 78

3.2.2 基于门电路的组合逻辑电路的设计 79

3.3 常用集成中规模组合逻辑电路 80

3.3.1 编码器 80

3.3.2 译码器 83

3.3.3 数据选择器 89

3.3.4 数值比较器 91

3.3.5 加法器 92

3.4 中规模组合逻辑电路的应用 95

3.4.1 译码器的应用 96

3.4.2 数据选择器的应用 99

3.4.3 全加器的应用 101

3.5 竞争－冒险 102

3.5.1 竞争－冒险的基本概念 102

3.5.2 竞争－冒险的判断方法 103

3.5.3 竞争－冒险的消除方法 104

3.6 组合逻辑电路的VHDL描述 105

3.6.1 编码器的VHDL描述 105

3.6.2 译码器的VHDL描述 106

3.6.3 4选1数据选择器的VHDL描述 106

本章小结 107

自测题 107

习题3 109

第4章 触发器 113

4.1 概述 113

4.2 基本RS触发器 114

4.2.1 与非门组成的基本RS触发器 114

4.2.2 或非门组成的基本RS触发器 116

4.2.3 应用举例 117

4.3 同步触发器 118

4.3.1 同步RS触发器 118

4.3.2 同步D触发器 120

4.3.3 同步触发器的空翻现象 121

4.4 主从触发器 121

4.4.1 主从RS触发器 121

4.4.2 主从JK触发器 122

4.4.3 其他主从结构的触发器 125

4.5 边沿触发器 126

4.5.1 维持－阻塞边沿D触发器 126

4.5.2 用CMOS传输门组成的边沿D触发器 128

4.5.3 利用传输延迟时间的边沿JK触发器 128

4.6 触发器的电路结构和逻辑功能的关系 130

4.7 集成触发器简介及其应用举例 130

4.8 触发器的VHDL描述 133

本章小结 135

自测题 135

习题4 137

第5章 时序逻辑电路 141

5.1 概述 141

5.2 时序逻辑电路的分析 142

5.2.1 分析时序逻辑电路的一般步骤 142

5.2.2 寄存器和移位寄存器 142

5.2.3 计数器 147

5.3 时序逻辑电路的设计 163

5.4 中规模集成时序逻辑电路及其应用 171

5.4.1 集成计数器的应用 172

5.4.2 寄存器的应用 177

5.5 顺序脉冲发生器和序列信号发生器 178

5.5.1 顺序脉冲发生器 178

5.5.2 序列信号发生器 180

5.6 利用VHDL硬件描述语言的时序逻辑电路设计 182

5.6.1 VHDL中的状态描述 182

5.6.2 一般时序逻辑电路的VHDL描述举例 183

5.6.3 状态机及其VHDL描述 184

本章小结 189

自测题 189

习题5 191

第6章 脉冲信号的产生与整形 196

6.1 概述 196

6.2 施密特触发器 197

6.2.1 门电路构成的施密特触发器 197

6.2.2 集成施密特触发器 199

6.2.3 用555定时器构成的施密特触发器 201

6.2.4 施密特触发器的应用 204

6.3 单稳态触发器 205

6.3.1 门电路构成的单稳态触发器 205

6.3.2 集成单稳态触发器 207

6.3.3 用555定时器构成的单稳态触发器 209

6.3.4 单稳态触发器的应用 211

6.4 多谐振荡器 213

6.4.1 用门电路组成的多谐振荡器 213

6.4.2 石英晶体组成的多谐振荡器 214

6.4.3 由555定时器构成的多谐振荡器 215

6.4.4 多谐振荡器的应用——燃气灶熄火声光报警电路 217

本章小结 218

自测题 218

习题6 219

第7章 半导体存储器 222

7.1 概述 222

7.1.1 半导体存储器的特点 222

7.1.2 半导体存储器的分类 222

7.1.3 半导体存储器的主要技术指标 223

7.1.4 半导体存储器的相关概念 223

7.2 只读存储器（ROM） 223

7.2.1 固定ROM 223

7.2.2 可编程ROM 225

7.2.3 可擦除可编程ROM 226

7.2.4 ROM芯片应用举例 229

7.2.5 常用集成ROM存储器芯片 231

7.3 随机存储器（RAM） 232

7.3.1 RAM的基本结构 233

7.3.2 SRAM的静态存储单元 234

7.3.3 DRAM的动态存储单元 236

7.4 存储容量的扩展 237

7.4.1 位扩展 237

7.4.2 字扩展 238

7.4.3 字、位同时扩展 239

7.5 存储器的VHDL描述 240

7.5.1 只读存储器的VHDL描述 240

7.5.2 随机存储器的VHDL描述 240

本章小结 241

自测题 241

习题7 243

第8章 可编程逻辑器件 244

8.1 概述 244

8.1.1 PLD的基本结构 244

8.1.2 PLD的分类 245

8.1.3 PLD的电路表示方法 245

8.1.4 PLD的性能特点 246

8.2 可编程阵列逻辑（PAL） 246

8.2.1 PAL的基本电路结构 247

8.2.2 PAL的应用举例 247

8.3 通用阵列逻辑器件（GAL） 248

8.3.1 GAL的基本电路结构 248

8.3.2 GAL的输出逻辑宏单元（OLMC）的组成结构 248

8.3.3 GAL的特点 251

8.4 复杂可编程逻辑器件（CPLD） 252

8.4.1 CPLD的基本结构 252

8.4.2 MAX7000系列的结构和功能 252

8.4.3 MAX7000系列中的宏单元 253

8.4.4 逻辑阵列块 254

8.4.5 MAX7000系列的其他组成部分 254

8.4.6 CPLD的特性 255

8.5 现场可编程门阵列器件（FPGA） 255

8.5.1 FPGA的基本结构 256

8.5.2 查找表的原理与结构 256

8.5.3 FLEX 10K系列的基本结构 257

8.5.4 FPGA的特点 260

8.5.5 FPGA与CPLD在功能和性能上的主要差别 261

8.6 基于可编程逻辑器件的数字系统设计 262

8.6.1 基于可编程逻辑器件的数字系统设计流程 262

8.6.2 设计举例 264

本章小结 266

自测题 266

习题8 266

第9章 模数与数模转换器 267

9.1 数模（D/A）转换器 267

9.1.1 D/A转换器的转换特性及其主要技术指标 268

9.1.2 D/A转换器的工作原理 268

9.1.3 集成D/A转换器及其应用 271

9.2 模数（A/D）转换器 274

9.2.1 A/D转换器的基本原理及分类 274

9.2.2 并行比较型A/D转换器 276

9.2.3 逐次逼近型A/D转换器 278

9.2.4 双积分型A/D转换器 280

9.2.5 A/D转换器的主要技术指标 282

9.2.6 集成A/D转换器及其应用 282

本章小结 284

自测题 285

习题9 286

参考文献 287