标题：数字电路与数字逻辑
图书信息
  书 名: 数字电路与数字逻辑
作　者：张虹
出版社： 北京航空航天大学出版社
出版时间： 2007年07月
ISBN: 9787811240146
开本： 16开
定价: 28.00 元
内容简介
为适应电子信息时代的新形式和应用型本科院校培养应用型人才的迫切需要，通过教学改革与实践，作者编写了这本《数字电路与数字逻辑》。 
本教材知识全面，深入浅出，通俗易懂；在保证理论知识够用的同时，注重理论联系实际，培养学生各方面的能力。 
全书共分10章：逻辑代数基础，逻辑门电路，组合逻辑电路，触发器，时序逻辑电路，脉冲波形的产生与整形，数/模、模/数转换电路，存储器和可编程逻辑器件，数字电路应用举例，EDA技术与VHDL。各章均配有经典例题和习题，书后附有习题答案。 
本教材适于作为高等院校计算机、电子、通信、机电一体化等专业本科和专科的教科书，也可作为自学考试和电子技术工程人员的自学用书。本教材总学时为54～72学时（不含实验），专科可在此基础上适当增加学时。
图书目录
第1章 逻辑代数基础 
1.1 概述1 
1.1.1 信号与电路1 
1.1.2 数字电路的特点1 
用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。
1.1.3 数字电路的分类2 
1.1.4 数字电路的应用2 
1.2 数制3 
1.2.1 各种数制3 
1.2.2 数制转换5 
1.2.3 二进制正、负数的表示法 8 
1.3 码制和常用编码9 
1.3.1 二十进制编码9 
1.3.2 可靠性编码11 
1.3.3 字符码12 
计算机中的信息包括数据信息和控制信息，数据信息又可分为数值和非数值信息。非数值信息和控制信息包括了字母、各种控制符号、图形符号等，它们都以二进制编码方式存入计算机并得以处理，这种对字母和符号进行编码的二进制代码称为字符代码（Character Code）。计算机中常用的字符编码有ASCII码（美国标准信息交换码）和EBCDIC码（扩展的BCD交换码）。 
1.4 逻辑代数13 
逻辑运算又称布尔运算 布尔用数学方法研究逻辑问题，成功地建立了逻辑演算。他用等式表示判断，把推理看作等式的变换。这种变换的有效性不依赖人们对符号的解释，只依赖于符号的组合规律 。这一逻辑理论人们常称它为布尔代数。20世纪30年代，逻辑代数在电路系统上获得应用，随后，由于电子技术与计算机的发展，出现各种复杂的大系统，它们的变换规律也遵守布尔所揭示的规律。逻辑运算 (logical operators) 通常用来测试真假值。最常见到的逻辑运算就是循环的处理，用来判断是否该离开循环或继续执行循环内的指令。 
1.4.1 逻辑变量与逻辑函数13 
逻辑变量(logical tracing)
又称“布尔变量”或“二值变量”。
指只取真值或假值的变量。
逻辑变量的取值只有“0”和“1”两个值，它们分别代表两种成对出现的逻辑概念，如：“是”和“否”、“有”和“无”、“高”和“低”、“真”和“假”等。 
逻辑变量及基本逻辑运算
逻辑函数(logical function)是数字电路(一种开关电路)的特点及描述工具，输入、输出量是高、低电平，可以用二元常量(0，1)来表示，输入量和输出量之间的关系是一种逻辑上的因果关系。仿效普通函数的概念，数字电路可以用逻辑函数的的数学工具来描述。
F=f(Al，A2，…，An) 
其中：Al，A2，...，An为输入逻辑变量，取值是0或l；
F为输出逻辑变量，取值是0或l；
F称为Al，A2，...，An的输出逻辑函数。
1.4.2 基本逻辑运算14 
1.4.3 复合逻辑运算16 
1.4.4 几个概念17 
1.5 逻辑函数的表示方法及其相互转换18 
1.5.1 真值表18 
1.5.2 逻辑表达式19 
1.5.3 逻辑图21 
1.5.4 波形图21 
1.5.5 卡诺图22 
1.6 逻辑代数的基本公式、定律和规则23 
1.6.1 基本公式23 
1.6.2 基本定律23 
1.6.3 基本规则25 
1.7 逻辑函数的化简26 
1.7.1 最简的概念及最简表达式的几种形式26 
1.7.2 逻辑函数的公式化简法27 
1.7.3 逻辑函数的卡诺图化简法28 
1.7.4 具有无关项的逻辑函数的化简30 
本章小结33 
习题1 34 
第2章 逻辑门电路 
逻辑门（Logic Gates)是在集成电路(Integrated Circuit)上的基本组件。简单的逻辑门可由晶体管组成。这些晶体管的组合可以使代表两种信号的高低电平在通过它们之后产生高电平或者低电平的信号。高、低电平可以分别代表逻辑上的“真”与“假”或二进制当中的1和0，从而实现逻辑运算。常见的逻辑门包括“与”门，“或”门，“非”门，“异或”门(Exclusive OR gate)（也称：互斥或）等等。逻辑门可以组合使用实现更为复杂的逻辑运算。
2.1 半导体器件的开关特性38 
2.1.1 半导体二极管的开关特性38 
2.1.2 半导体三极管的开关特性40 
2.1.3 MOS管的开关特性42 
2.2 分立元件门电路43 
2.2.1 二极管与门43 
二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode)，另外，还有早期的真空电子二极管；它是一种具有单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的转导性。一般来讲，晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。当外加电压等于零时，由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。 
2.2.2 二极管或门44 
2.2.3 三极管非门（反相器）44 
2.3 集成TTL门电路45 
2.3.1 集成TTL与非门45 
2.3.2 集成TTL非门、或非门、集电极开路门和三态门50 
2.3.3 改进型集成TTL门电路——抗饱和TTL门电路56 
2.3.4 集成TTL门电路的使用规则58 
2.4 集成MOS门电路59 
2.4.1 集成CMOS门电路59 
2.4.2 集成CMOS门电路及其使用规则61 
2.4.3 集成TTL与集成MOS门电路之间的接口技术64 
本章小结65 
习题2 65 
第3章 组合逻辑电路 
3.1 组合逻辑电路概述70 
组合逻辑电路是指在任何时刻，输出状态只决定于同一时刻各输入状态的组合，而与电路以前状态无关，而与其他时间的状态无关。其逻辑函数如下：
Li=f（A1，A2，A3……An） (i=1，2，3…m)
其中，A1~An为输入变量，Li为输出变量。
组合逻辑电路的特点归纳如下：
① 输入、输出之间没有返馈延迟通道；
② 电路中无记忆单元。
对于第一个逻辑表达公式或逻辑电路，其真值表可以是惟一的，但其对应的逻辑电路或逻辑表达式可能有多种实现形式，所以，一个特定的逻辑问题，其对应的真值表是惟一的，但实现它的逻辑电路是多种多样的。在实际设计工作中，如果由于某些原因无法获得某些门电路，可以通过变换逻辑表达式变电路，从而能使用其他器件来代替该器件。同时，为了使逻辑电路的设计更简洁，通过各方法对逻辑表达式进行化简是必要的。组合电路可用一组逻辑表达式来描述。设计组合电路直就是实现逻辑表达式。要求在满足逻辑功能和技术要求基础上，力求使电路简单、经济、可靠、实现组合逻辑函数的途径是多种多样的，可采用基本门电路，也可采用中、大规模集成电路。其一般设计步骤为：
① 分析设计要求，列真值表；
② 进行逻辑和必要变换。得出所需要的最简逻辑表达式；
③ 画逻辑图。
3.1.1 组合逻辑电路的特点70 
3.1.2 组合逻辑电路的一般分析方法71 
3.1.3 组合逻辑电路的一般设计方法72 
3.2 常用中规模集成组合逻辑电路74 
3.2.1 编码器74 
编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。
3.2.2 译码器81 
译码器是组合逻辑电路的一个重要的器件，其可以分为：变量译码和显示译码两类。 变量译码一般是一种较少输入变为较多输出的器件，一般分为2n译码和8421BCD码译码两类。 显示译码主要解决二进制数显示成对应的十、或十六进制数的转换功能，一般其可分为驱动LED和驱动LCD两类。 
3.2.3 加法器86 
3.2.4 数值比较器90 
3.2.5 数据选择器93 
3.2.6 数据分配器98 
3.3 组合电路中的竞争冒险100 
3.3.1 竞争冒险的概念及产生原因100 
3.3.2 竞争冒险的消除方法101 
本章小结102 
习题3 103 
第4章 触发器 
4.1 触发器概述107 
4.1.1 触发器的功能特点107 
4.1.2 触发器的分类及逻辑功能描述方法107 
4.2 基本触发器108 
4.2.1 电路组成及图形符号108 
4.2.2 逻辑功能分析及描述108 
4.2.3 应用举例110 
4.2.4 集成基本触发器111 
4.2.5 基本特点112 
4.3 同步触发器112 
4.3.1 同步RS触发器113 
4.3.2 同步D触发器115 
4.4 主从触发器117 
4.4.1 主从RS触发器117 
4.4.2 主从JK触发器119 
4.4.3 主从T触发器和主从T′触发器122 
4.5 边沿触发器123 
4.5.1 维持阻塞D触发器123 
4.5.2 边沿JK触发器125 
4.6 不同类型时钟触发器间的转换127 
4.6.1 转换原理127 
4.6.2 JK→D，T，T′和RS128 
4.6.3 D→JK,T,T′和RS129 
4.7 集成触发器简介131 
本章小节132 
习题4 132 
第5章 时序逻辑电路 
5.1 时序逻辑电路概述137 
5.1.1 时序电路的特点137 
5.1.2 时序电路逻辑功能的描述方法138 
5.1.3 时序电路的一般分析方法138 
5.1.4 常用时序电路139 
5.2 计数器139 
5.2.1 计数器的分类139 
5.2.2 同步计数器140 
计数器的定义：通过传动机构驱动计数元件，指示被测量累计值的器件。
按照计数器中的触发器是否同时翻转分类，与同步计时器相对应的是异步计数器。
特点：对于同步计数器，由于时钟脉冲同时作用于各个触发器，克服了异步触发器所遇到的触发器逐级延迟问题，于是大大提高了计数器工作频率，各级触发器输出相差小，译码时能避免出现尖峰；但是如果同步计数器级数增加，就会使得计数脉冲的负载加重。
5.2.3 异步计数器152 
异步计数器（亦称波纹计数器，行波计数器）：
分类：计数器按计数脉冲的输入方式可分为：同步计数器和异步计数器。
实现方法：
（1）同步计数器：实现是将计数脉冲引至所有的触发器的CP端，使应翻转的触发器能够同时的翻转；
（2）异步计数器：实现是不将计数脉冲引至所有的触发器的CP端，而是将其它的触发器的输出引至其他的触发器的CP端，是不同时发生的。
5.2.4 集成计数器构成N进制计数器的方法155 
5.3 寄存器159 
5.3.1 数码寄存器160 
5.3.2 移位寄存器161 
移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下一次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、并行输出，十分灵活，用途也很广。移位寄存器可以用来寄存代码，还可以用来实现数据的串行—并行转换、数值的运算以及数据的处理等。
5.3.3 寄存器的应用164 
5.4 顺序脉冲发生器168 
5.5 时序逻辑电路的设计169 
5.5.1 设计方法及步骤170 
5.5.2 设计举例170 
本章小节174 
习题5 175 
第6章 脉冲波形的产生与整形 
6.1 概述178 
6.1.1 脉冲信号178 
脉冲信号是一种离散信号，形状多种多样，与普通模拟信号（如正弦波）相比，波形之间在时间 轴不连续（波形与波形之间有明显的间隔）但具有一定的周期性是它的特点。最常见的脉冲波是矩形波（也就是方波）。脉冲信号可以用来表示信息，也可以用来作为载波，比如脉冲调制中的脉冲编码调制（PCM），脉冲宽度调制（PWM）等等，还可以作为各种数字电路、高性能芯片的时钟信号。　 
所谓脉冲信号表现在平面坐标上就是一条有无数断点的曲线,也就是说在周期性的一些地方点的极限不存在,比如锯齿波,也有电脑里用到的数字电路的信号,0,1。脉冲信号,也就是像脉搏跳动这样的信号，相对于直流，断续的信号，如果用水流形容，直流就是把龙头一直开着淌水，脉冲就是不停的开关龙头形成水脉冲。 
你把手电打开灯亮，这是直流，你不停的开关灯亮、熄，就形成了脉冲，开关速度的快慢就是脉冲频率的高低。
6.1.2 脉冲信号的参数178 
6.2 555定时器179 
6.2.1 电路结构179 
6.2.2 基本功能181 
6.3 单稳态触发器181 
6.3.1 555定时器构成的单稳态触发器181 
6.3.2 集成单稳态触发器182 
6.3.3 应用举例185 
6.4 多谐振荡器185 
6.4.1 555定时器构成的多谐振荡器186 
6.4.2 应用举例187 
6.5 施密特触发器188 
6.5.1 555定时器构成的施密特触发器189 
6.5.2 集成施密特触发器190 
6.5.3 应用举例191 
本章小结193 
习题6 193 
第7章 数/模、模/数转换电路 
7.1 D/A转换器196 
7.1.1 D/A转换原理196 
7.1.2 倒T形电阻网络D/A转换器197 
7.1.3 D/A转换器的主要技术指标199 
7.1.4 集成DAC201 
7.2 A/D转换器204 
7.2.1 A/D转换的一般步骤204 
7.2.2 取样保持电路206 
7.2.3 逐次渐近型A/D转换器207 
7.2.4 双积分型A/D转换器209 
7.2.5 A/D转换器的主要技术指标210 
7.2.6 集成ADC211 
本章小结213 
习题7 214 
第8章 存储器和可编程逻辑器件 
8.1 概述216 
8.1.1 存储器216 
存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。按用途存储器可分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）,也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。 
构成存储器的存储介质，目前主要采用半导体器件和磁性材料。存储器中最小的存储单位就是一个双稳态半导体电路或一个CMOS晶体管或磁性材料的存储元，它可存储一个二进制代码。由若干个存储元组成一个存储单元，然后再由许多存储单元组成一个存储器。一个存储器包含许多存储单元，每个存储单元可存放一个字节（按字节编址）。每个存储单元的位置都有一个编号，即地址，一般用十六进制表示。一个存储器中所有存储单元可存放数据的总和称为它的存储容量。假设一个存储器的地址码由20位二进制数（即5位十六进制数）组成，则可表示2的20次方，即1M个存储单元地址。每个存储单元存放一个字节，则该存储器的存储容量为1MB。
8.1.2 可编程逻辑器件217 
8.2 存储器及其应用217 
8.2.1 随机存取存储器RAM217 
RAM（random access memory）随机存储器。存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。 按照存储信息的不同，随机存储器又分为静态随机存储器（Static RAM,SRAM)和动态随机存储器（Dynamic RAM,DRAM)。 
所谓“随机存取”，指的是当存储器中的数据被读取或写入时，所需要的时间与这段信息所在的位置或所写入的位置无关。相对的，读取或写入顺序访问（Sequential Access）存储设备中的信息时，其所需要的时间与位置就会有关系（如磁带）。
现代的随机存取存储器几乎是所有访问设备中写入和读取速度最快的，取存延迟也和其他涉及机械运作的存储设备相比，也显得微不足道。需要刷新（再生）现代的随机存取存储器依赖电容器存储数据。电容器充满电后代表1(二进制)，未充电的代表0。由于电容器或多或少有漏电的情形，若不作特别处理，数据会渐渐随时间流失。刷新是指定期读取电容器的状态，然后按照原来的状态重新为电容器充电，弥补流失了的电荷。需要刷新正好解释了随机存取存储器的易失性。对静电敏感正如其他精细的集成电路，随机存取存储器对环境的静电荷非常敏感。静电会干扰存储器内电容器的电荷，引致数据流失，甚至烧坏电路。故此触碰随机存取存储器前，应先用手触摸金属接地。 
8.2.2 只读存储器ROM222 
英文简称ROM。ROM所存数据，一般是装入整机前事先写好的，整机工作过程中只能读出，而不像随机存储器那样能快速地、方便地加以改写。ROM所存数据稳定 ，断电后所存数据也不会改变；其结构较简单，读出较方便，因而常用于存储各种固定程序和数据。 
除少数品种的只读存储器（如字符发生器）可以通用之外，不同用户所需只读存储器的内容不同。为便于使 用和大批 量 生产 ，进一步发展了可编程只读存储器（PROM）、可擦可编程序只读存储器（EPROM）和电可擦可编程只读存储器（EEPROM）。例如早期的个人电脑如Apple II或IBM PC XT/AT的开机程序（操作系统）或是其他各种微电脑系统中的轫体（Firmware）。
8.3 可编程逻辑器件PLD226 
8.3.1 PLD的基本结构226 
8.3.2 PLD的分类227 
8.3.3 PLD的应用228 
本章小结231 
习题8 232 
第9章 数字电路应用举例 
9.1 微控制器报警编码电路235 
9.2 串行数值比较器235 
9.3 串行加法器237 
9.4 波形发生和变换电路238 
9.5 定时预警电路242 
9.6 数字抢答器243 
9.7 数字频率计247 
9.8 交通信号灯250 
9.9 霓虹灯显示控制电路253 
本章小结257 
习题9 257 
第10章 EDA技术与VHDL 
10.1 VHDL编程思想259 
10.2 VHDL语言程序的基本结构260 
10.2.1 实体说明260 
10.2.2 结构体说明261 
10.3 VHDL语言中的数据262 
10.3.1 标识符262 
10.3.2 数据对象263 
10.3.3 数据类型265 
10.3.4 VHDL的运算操作符266 
10.4 VHDL语句267 
10.4.1 顺序描述语句268 
10.4.2 并行描述语句271 
10.5 VHDL编程举例274 
10.5.1 用VHDL描述基本门电路274 
10.5.2 用VHDL描述组合逻辑电路276 
10.5.3 用VHDL描述时序逻辑电路279 
本章小结282 
习题10 282 
习题参考答案 
参考文献 [1]