数字电路与逻辑设计(第2版)/邬春明

本教材以电路功能、分析设计方法和应用为主，共8章，分别为绪论、数字逻辑基础、门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、存储电路、信号产生与变换电路。各章最后对本章主要内容进行multisim仿真分析，以便巩固和理解相关知识。

本书是教育部高等学校电子信息类专业教学指导委员会规划教材，参照教育部学科专业调整方案、相关专业本科指导性专业规范及电子信息类专业教学质量国家标准，按照数字电路与逻辑设计的教学基本要求编写而成。书中系统介绍了数字电路与逻辑设计的基本理论和方法，包括绪论、数字逻辑基础、集成逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器与可编程逻辑器件、脉冲波形的产生和整形电路、数/模和模/数转换电路。每章最后均给出了相关内容的Multisim仿真分析，并对常用的基本逻辑电路进行了VHDL设计，以便读者巩固和理解相关理论知识。每章均安排有小结和习题，并在书后提供了部分习题的参考答案。 本书注重基本概念、基本原理及基本分析设计方法的介绍，强调实际应用，内容叙述力求简明扼要，通俗易懂，可以作为普通高等院校电气信息类、电子信息类、自动化类、计算机类等专业以及其他相近专业的“数字电路与逻辑设计”“数字电子技术”等课程的本科生教材，也可以供相关工程技术人员参考。

"邬春明，教授，1990年毕业于南京理工大学无线电技术专业，硕士学位，近年来发表论文50余篇，第一主编教材：“电磁场与电磁波”、“模拟电子与数字逻辑”、“通信原理实验与课程设计”，第二主编：“数字电子技术”等教材1部，副主编教材3部。 雷宇凌：副教授，2001年毕业于东北电力学院电力电子专业，硕士学位，近年来发表论文10余篇，第二主编：“模拟电子与数字逻辑”教材1部，副主编教材2部。"

绪论 第1章数字逻辑基础 1.1概述 1.2常用的数制和编码 1.2.1常用的数制 1.2.2数制之间的转换 1.2.3二进制数的原码、反码及补码表示 1.2.4常用的编码 1.3逻辑代数及其运算规则 1.3.1逻辑变量与基本逻辑运算 1.3.2复合逻辑运算 1.3.3逻辑代数的基本公式 1.3.4逻辑代数的基本定理 1.3.5逻辑代数的常用公式 1.4逻辑函数及其表示方法 1.4.1逻辑函数的定义 1.4.2逻辑函数的表示方法 1.4.3逻辑函数的标准形式 1.4.4逻辑函数表示方法间的转换 1.5逻辑函数的化简 1.5.1逻辑函数的代数化简法 1.5.2逻辑函数的卡诺图化简法 1.5.3含有无关项的逻辑函数及其化简 *1.6利用Multisim对逻辑函数进行化简与转换 本章小结 习题 第2章集成逻辑门电路 2.1概述 2.2门电路中开关器件的开关特性 2.2.1半导体二极管的开关特性 2.2.2半导体三极管的开关特性 2.2.3MOS管的开关特性 2.3分立元件门电路 2.3.1二极管“与”门 2.3.2二极管“或”门 2.3.3三极管“非”门 2.3.4MOS管“非”门 2.4TTL集成门电路 2.4.1TTL反相器 2.4.2TTL“与非”门 2.4.3TTL集电极开路门和三态门 2.5CMOS集成门电路 2.5.1CMOS反相器 2.5.2CMOS“与非”门和“或非”门 2.5.3CMOS漏极开路门、传输门和三态门 2.6集成逻辑门电路的主要性能参数 2.7正、负逻辑的概念 *2.8利用Multisim测试TTL反相器的电压传输特性 *2.9利用VHDL设计门电路 本章小结 习题 第3章组合逻辑电路 3.1概述 3.1.1组合逻辑电路的特点 3.1.2组合逻辑电路的功能描述方法 3.2组合逻辑电路的分析 3.2.1组合逻辑电路的分析方法 3.2.2组合逻辑电路分析举例 3.3组合逻辑电路的设计 3.3.1组合逻辑电路的设计方法 3.3.2组合逻辑电路设计举例 3.3.3含有无关项的组合逻辑电路设计 *3.4组合逻辑电路的竞争冒险 3.4.1竞争冒险现象 3.4.2竞争冒险的判断 3.4.3竞争冒险的消除 3.5常用组合逻辑电路及其应用 3.5.1编码器 3.5.2译码器 3.5.3加法器 3.5.4数据选择器 3.5.5数据分配器 3.5.6数值比较器 *3.6利用Multisim分析组合逻辑电路 3.6.1小规模门电路构成的组合逻辑电路的仿真分析 3.6.2中规模组合逻辑电路的仿真分析 *3.7利用VHDL设计组合逻辑电路 本章小结 习题 第4章触发器 4.1概述 4.2基本触发器 4.2.1基本触发器电路组成和工作原理 4.2.2基本触发器的功能描述 4.3同步触发器 4.3.1同步RS触发器 4.3.2同步D触发器 4.3.3同步JK触发器 4.3.4同步T触发器 4.4主从触发器 4.4.1主从RS触发器 4.4.2主从JK触发器   4.5边沿触发器 4.5.1维持阻塞式D触发器 4.5.2边沿JK触发器 4.6不同类型触发器之间的转换 4.6.1JK触发器转换成RS、D触发器 4.6.2D触发器转换成RS、JK触发器 4.7触发器的电气特性 *4.8利用Multisim分析触发器 4.8.1同步RS触发器的仿真分析 4.8.2边沿JK触发器的仿真分析 *4.9利用VHDL设计触发器 本章小结 习题 第5章时序逻辑电路 5.1概述 5.1.1时序逻辑电路的基本概念 5.1.2时序逻辑电路的功能描述方法 5.2同步时序电路的分析 5.2.1同步时序电路的分析方法 5.2.2同步时序电路分析举例 5.3同步时序电路的设计 5.3.1同步时序电路的设计方法 5.3.2同步时序电路设计举例 *5.4异步时序电路 5.4.1异步时序电路的分析 5.4.2异步时序电路的设计 5.5常用时序逻辑电路 5.5.1寄存器 5.5.2计数器 *5.6利用Multisim分析时序逻辑电路 5.6.1两位同步二进制计数器的仿真分析 5.6.2用74LS161N构成六十进制计数器 *5.7利用VHDL设计时序逻辑电路 本章小结 习题 第6章半导体存储器与可编程逻辑器件 6.1存储器概述 6.1.1半导体存储器的分类 6.1.2存储器的性能指标 6.2只读存储器 6.2.1ROM的电路结构和工作原理 6.2.2掩膜只读存储器 6.2.3可编程只读存储器 6.2.4ROM的应用 6.3随机存取存储器 6.3.1RAM的电路结构 6.3.2RAM的存储单元 6.3.3RAM的扩展 6.4可编程逻辑器件 6.4.1可编程逻辑阵列 6.4.2可编程阵列逻辑 6.4.3通用阵列逻辑 6.4.4CPLD、FPGA和在系统编程技术简介 6.5利用Multisim分析半导体存储器 本章小结 习题 第7章脉冲波形的产生和整形电路 7.1概述 7.1.1矩形脉冲的基本特性 7.1.2脉冲电路 7.2555定时器 7.2.1555定时器的电路结构 7.2.2555定时器的工作原理 7.3施密特触发器 7.3.1门电路构成的施密特触发器 7.3.2555定时器构成的施密特触发器 7.3.3施密特触发器的应用 7.4单稳态触发器 7.4.1门电路构成的单稳态触发器 7.4.2555定时器构成的单稳态触发器 7.4.3单稳态触发器的应用 7.5多谐振荡器 7.5.1门电路构成的多谐振荡器 7.5.2施密特触发器构成的多谐振荡器 7.5.3石英晶体多谐振荡器 7.5.4555定时器构成的多谐振荡器 *7.6用Multisim分析555定时器的应用电路 7.6.1555定时器构成的施密特触发器的仿真分析 7.6.2555定时器构成的多谐振荡器的仿真分析 本章小结 习题 第8章数/模与模/数转换电路 8.1概述 8.2D／A转换器 8.2.1权电阻网络D/A转换器 8.2.2倒T形电阻网络D/A转换器 8.2.3D／A转换器的主要技术指标 8.3A／D转换器 8.3.1A／D转换的一般过程 8.3.2并联比较型A／D转换器 8.3.3逐次逼近型A／D转换器 8.3.4双积分型A／D转换器 8.3.5A/D转换器的主要技术指标 *8.4利用Multisim分析D/A和A／D转换电路 8.4.1D/A转换器的仿真分析 8.4.2A/D转换器的仿真分析 本章小结 习题 附录A部分习题参考答案 参考文献

第二版前言 本书是在第1版的基础上，参照教育部高等学校电子信息类专业教学指导委员会最新的《电子电气基础课程教学基本要求》重新修订而成的。 本次修订基本保持了第1版的理论体系，主要的修改有： 为提高讲授效率，删除了个别知识点重复的例题； 在主要章节增加了利用VHDL（硬件描述语言）设计基本逻辑电路的内容，以加强学生对理论知识的理解，也在习题中增加了相应的练习题目； 对部分章节的习题也作了调整。 本书共分8章，内容包括数字逻辑基础、集成门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器与可编程逻辑器件、脉冲波形的产生和整形电路、数/模和模/数转换电路。书后提供了部分习题的参考答案。 本书需要50~70学时，书中标注“*”的内容可供教师根据专业特点取舍。 本次修订由邬春明完成，雷宇凌和李蕾对本书主要章节给出的VHDL设计内容进行了验证。 本书可以作为普通高等院校电气信息类、电子信息类、自动化类、计算机类等专业以及其他相近专业的本科生教材，也可以供相关工程技术人员参考。 在本书的修订过程中，得到了清华大学出版社的热情帮助和支持，在此表示衷心感谢。 限于作者的水平，教材中难免有疏漏之处，敬请广大读者批评指正。 编者 2019年5月 前言 伴随着晶体管、集成电路等半导体器件工艺的发展，数字集成器件已经从小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路，发展到超大规模集成电路。数字电路及数字系统的设计方法及手段也在不断演变和发展，这对“数字电路与逻辑设计”课程的教学内容、教学方法及教材编写都提出了更高的要求。 本书参照教育部相关教学指导委员会制定的《电子电气基础课程教学基本要求》(2011 年)、《电子信息科学与工程类本科指导性专业规范》(2010 年)、《电子科学与技术本科指导性专业规范》(2009 年)、《光电信息科学与工程类专业指导性专业规范》(2010 年)及相关课程的教学大纲编写而成。为适应当前电子技术的发展及教学改革的要求，压缩了一些过于高深的内容，精简了一些繁杂的内部电路，在强调基本概念、基本原理的基础上，重点突出分析和设计方法，力求叙述简明扼要、通俗易懂。书中设置了提示、小结和习题等内容，便于学生学习。每章章首设置了“兴趣阅读”材料，通过数字领域的趣闻轶事，激发学生的学习兴趣，拓展学生的知识内容。 另外，本书在讲解理论分析与设计之后，充分利用计算机仿真这一现代技术手段，各章均给出了Multisim仿真分析实例，将理论知识与实际系统有机地融为一体，培养学生的实验能力、实践能力和创新意识。经过多年的教学实践，证明这种教学方法、手段和模式是可行的、有效的。 全书共分8章，包括数字逻辑基础、集成逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器与可编程逻辑器件、脉冲波形的产生和整形电路、数/模与模/数转换电路等内容。书后提供了部分习题的参考答案。 讲授本书内容需要50~70学时，书中标注“*”的内容可供教师根据专业特点取舍。 本书由邬春明、雷宇凌、李蕾编写，其中绪论、第1、2、3、8章由邬春明编写； 第4、5、6、7章由雷宇凌编写； 李蕾对教材中的仿真内容进行了验证。全书由邬春明统稿。 本书可以作为普通高等院校电气信息类、电子信息类、自动化类、计算机类各专业以及其他相近专业的本科生教材，也可以供相关工程技术人员参考。 本书在编写过程中，得到了清华大学出版社的热情帮助和支持，在此表示衷心的感谢。 限于编者的水平，书中难免有疏漏之处，敬请广大读者批评指正。 编者2015年2月