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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PLD97

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GAL113

5.6.2 复杂可编程逻辑器件CPLD115

5.6.3 现场可编程门阵列FPGA117

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ROM222

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