数字电路与逻辑设计 万国春编著 2019年版

数字电路与逻辑设计
作者：万国春编著
出版时间：2019年版
内容简介
本书主要介绍了数字逻辑设计的基本理论和基本概念、数字电路分析方法、逻辑设计方法以及工程实践。全书内容安排由浅入深、循序渐进，理论结合实践，第1部分讲述数字逻辑设计基础，主要内容包括数字逻辑基础、逻辑代数；第2部分讲述数字电路基础，主要内容包括逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑与存储电路、脉冲波形产生与数模转换电路；第3部分讲述逻辑设计方法，包括硬件描述语言VHDL、数字逻辑设计基础、数字系统设计与FPGA。本书注重前后内容的连贯性，注重理论联系实际，紧跟数字电子系统技术的*新发展，强调新技术的使用以及分析问题和解决问题的能力培养。
本书借鉴了国内外经典教材和*新的相关专业文献，内容精练、实例丰富，应用性强，可作为高等学校电子信息类专业、电气信息类专业、计算机类专业的基础课教材，也可供相关专业科技人员参考。
目录
前言

第1部分数字逻辑设计基础

第1章数字逻辑基础2

1.1几种常用的数制和数制转换2

1.1.1数字抽象2

1.1.2十进制、二进制、八进制和十六

进制3

1.1.3字节8

1.2二进制算术运算9

1.2.1二进制加法和有符号的二进制数9

1.2.2原码、反码、补码及其运算11

1.3几种常用编码14

1.3.1几种常见的二—十进制代码14

1.3.2格雷码15

1.3.3ASCII码15

1.3.4奇偶校验码17

1.3.5量子编码17

1.3.6赫夫曼编码17

习题17

第2章逻辑代数19

2.1逻辑代数中的基本运算19

2.1.1“与”“或”“非”及其复合

逻辑19

2.1.2“与或”“或与”表达式22

2.2逻辑代数的基本定理23

2.2.1定律23

2.2.2单变量定理24

2.2.3多变量定理25

2.2.4定理的证明方法26

2.2.5等式化简27

2.3逻辑函数及其描述方法29

2.3.1逻辑函数29

2.3.2逻辑函数的两种标准形式29

2.3.3逻辑函数的描述方法31

2.4卡诺图与奎恩麦克拉斯基化简方法34

2.4.1卡诺图化简逻辑34

2.4.2奎恩麦克拉斯基化简方法40

2.5具有无关项的逻辑函数及其化简42

2.5.1约束项、任意项和逻辑函数式中的

无关项42

2.5.2无关项在化简逻辑函数中的

应用44

2.6多输出逻辑函数的化简与逻辑函数

形式的变换44

2.6.1多输出函数的化简44

2.6.2不同逻辑函数形式的变换46

习题50

第2部分数字电路基础

第3章逻辑门电路54

3.1数字逻辑抽象54

3.1.1电源电压55

3.1.2逻辑电平55

3.1.3噪声容限55

3.1.4电压传输特性与静态约束56

3.2半导体开关器件及其门电路分析58

3.2.1半导体58

3.2.2半导体二极管61

3.2.3半导体晶体管63

3.2.4MOS场效应晶体管66

3.3CMOS门电路71

3.3.1CMOS反相器74

3.3.2其他CMOS逻辑门76

3.3.3传输门82

3.4NMOS和PMOS晶体管84

3.5TTL门电路89

3.5.1晶体管反相器89

3.5.2TTL反相器的电路结构和工作

原理89

3.5.3TTL反相器特性分析90

3.6未来半导体技术可能的发展方向92

习题93

第4章组合逻辑电路96

4.1概述96

4.1.1组合逻辑电路的基本概念96

4.1.2组合逻辑电路的框图及特点96

4.1.3组合逻辑电路逻辑功能的表示

方法97

4.2组合逻辑电路的分析方法97

4.3组合逻辑电路的基本设计方法98

4.4组合逻辑电路模块103

4.4.1编码器和译码器103

4.4.2数据选择器、数据分配器117

4.4.3数值比较器119

4.4.4加法器123

4.5时序128

4.5.1传播延迟和小延迟128

4.5.2组合逻辑电路中的“竞争

冒险”129

4.5.3毛刺及其处理方法131

4.6基于Multisim的组合逻辑电路设计

简介132

习题133

第5章时序逻辑与存储电路135

5.1引言135

5.2锁存器与触发器136

5.2.1SR锁存器136

5.2.2电平触发的触发器139

5.2.3脉冲触发的触发器142

5.2.4边沿触发的触发器146

5.2.5触发器的逻辑功能及其描述

方法148

5.2.6触发器的动态特性151

5.2.7不同逻辑功能触发器之间的

相互转换152

5.2.8CD4027芯片介绍152

5.3时序逻辑电路分析154

5.3.1同步逻辑电路分析154

5.3.2异步逻辑电路分析158

5.4常用的时序逻辑电路模块分析161

5.4.1移位寄存器161

5.4.2计数器166

5.4.3顺序脉冲发生器178

5.4.4序列信号发生器180

5.5时序逻辑电路的设计方法181

5.5.1基于集成芯片的任意进制计数

电路的设计方法181

5.5.2同步时序逻辑电路的设计方法184

5.5.3异步时序逻辑电路的设计方法187

5.5.4时序逻辑电路的自启动设计189

5.6时序逻辑电路中的“竞争冒险”191

5.7ROM和RAM192

5.7.1半导体存储器的一般结构形式192

5.7.2RAM 的结构、类型和工作

原理195

5.7.3存储器容量的扩展197

5.7.4用PROM实现组合逻辑函数198

习题199

第6章脉冲波形产生与数模转换

电路203

6.1脉冲波形产生电路203

6.1.1描述矩形脉冲的主要参数203

6.1.2施密特触发电路204

6.1.3集成单稳态触发器206

6.1.4多谐振荡电路207

6.2DA转换器212

6.2.1DA转换器的结构和工作原理212

6.2.2DA转换器的转换精度与转换

速度219

6.3AD转换器220

6.3.1AD转换的基本原理220

6.3.2AD转换器的结构和工作原理222

6.3.3AD转换器的转换精度与转换

速度234

习题235

第3部分逻辑设计方法

第7章硬件描述语言VHDL241

7.1概述241

7.2VHDL的基础知识242

7.2.1VHDL程序的结构242

7.2.2VHDL常用资源库中的程序包249

7.2.3VHDL的词法单元254

7.2.4数据对象和类型257

7.2.5表达式与运算符263

7.3VHDL结构体的描述方式265

7.3.1结构体的行为描述265

7.3.2结构体的RTL描述267

7.3.3结构体的结构化描述269

7.4结构体的子结构形式272

7.4.1进程272

7.4.2复杂结构体的多进程组织方法275

7.4.3块276

7.4.4子程序278

7.5顺序语句和并发语句281

7.5.1顺序语句281

7.5.2并发语句290

7.6VHDL中的信号和信号处理297

7.6.1信号的驱动源297

7.6.2信号的延迟298

7.6.3仿真周期和信号的δ延迟300

7.6.4信号的属性函数302

7.6.5带属性函数的信号304

7.7VHDL的其他语句309

7.7.1ATTRIBUTE描述与定义语句309

7.7.2ASSERT语句312

7.7.3TEXTIO312

7.8多 值 逻 辑313

7.8.1三态数值模型313

7.8.2多值逻辑313

7.9元 件 例 化316

7.9.1设计通用元件316

7.9.2构造程序包319

7.9.3元件的调用320

7.10配置321

7.10.1默认配置321

7.10.2元件配置323

7.10.3块的配置326

7.10.4结构体的配置328

习题329

第8章数字逻辑设计基础330

8.1组合逻辑电路的VHDL设计330

8.1.1加法器330

8.1.2多路选择器334

8.1.3编码器与译码器336

8.1.4设计实践340

8.2时序电路的VHDL设计344

8.2.1基础时序逻辑模块345

8.2.2计数器的VHDL设计349

8.2.3堆栈与FIFO352

8.2.4多边沿触发问题分析355

8.2.5设计实践357

8.3有限状态机的VHDL设计362

8.3.1VHDL状态机的一般形式363

8.3.2有限状态机的一般设计方法368

8.3.3有限状态机的VHDL描述370

8.3.4设计实践374

习题377

第9章数字系统设计与FPGA379

9.1数字系统设计自动化技术379

9.2数字系统的设计流程380

9.3基于FPGA的数字系统设计383

9.3.1可编程逻辑器件的发展历史383

9.3.2基于FPGA的数字系统设计

流程384

9.4数字系统综合试验386

9.4.1直接数字频率合成技术的设计与

实现386

9.4.2基于FPGA的FIR数字滤波器的

设计391

9.4.3数字下变频器的设计395

附录399

参考文献401