數字邏輯

本書為北京市高等教育精品教材立項項目（重點支持項目），並且是國家精品課程“電路分析”的配套教材。作者全面、系統地講述了數字邏輯課程所具有的基本內容，包括半導體基礎知識、計算機中數與碼的表示、邏輯代數、基本門電路、組合邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路等，並與教育部普通高中通用技術課標相結合，採用“自上而下”與“自下而上”相結合的教學方法，體現教材的“基礎性”、“實用性”、“實踐性”、“前瞻性”和“創新性”。

第1章 微電子器件基礎 1

1.1 半導體的基礎知識 1

1.1.1 本徵半導體 1

1.1.2 雜質半導體 2

1.1.3 PN結 3

1.1.4 半導體二極體 4

1.2 雙極型晶體管及其開關特性 6

1.2.1 雙極型晶體管的結構 6

1.2.2 電流放大 6

1.2.3 晶體管的開關特性 7

1.3 場效應管及其開關特性 8

1.3.1 絕緣柵型場效應管的結構及原理 8

1.3.2 場效應管的開關特性 10

習題一 11

第2章 數字邏輯的數學基礎 12

2.1 進位計數制 12

2.1.1 二進位 12

2.1.2 二進位數與十進位數的相互轉換 13

2.2 帶符號數的表示 15

2.2.1 數的原碼錶示法 15

2.2.2 數的反碼錶示法 15

2.2.3 數的補碼錶示法 16

2.3 數的編碼表示 16

2.3.1 二-十進位編碼 16

2.3.2 格雷碼（Gray Code） 17

2.3.3 奇偶校驗碼 18

2.3.4 ASCII字元編碼 19

2.4 邏輯代數 20

2.4.1 邏輯代數的基本問題 20

2.4.2 邏輯代數的基本定律與公式 22

2.4.3 邏輯函數的代數法化簡 23

2.4.4 邏輯函數的卡諾圖化簡 23

習題二 26

第3章 基本邏輯門電路 28

3.1 分立元件門電路 28

3.1.1 與門電路 28

3.1.2 或門電路 30

3.1.3 非門電路 31

3.2 TTL集成門電路 32

3.2.1 TTL門電路概述 33

3.2.2 TTL集成門電路 33

3.2.3 TTL門電路的外特性 37

3.2.4 特殊類型TTL門電路 39

3.3 CMOS集成門電路 43

3.3.1 CMOS與非門 44

3.3.2 常用CMOS集成門電路 44

3.3.3 CMOS門電路的外特性 45

習題三 46

第4章 組合邏輯電路的分析與設計 47

4.1 組合邏輯電路概述 47

4.2 組合邏輯電路的分析方法 47

4.3 組合邏輯電路的設計方法 50

4.4 簡易計算器電路的設計 52

4.4.1 編碼電路的設計 53

4.4.2 算術運算電路的設計 61

4.4.3 解碼電路的設計 73

4.5 其他常用的組合邏輯電路的設計 86

4.5.1 數值比較電路的設計 87

4.5.2 數據選擇電路的設計 91

4.5.3 數據分配電路的設計 94

習題四 95

第5章 雙穩態觸發器及其應用 97

5.1 基本RS觸發器 97

5.1.1 基本RS觸發器的原理 98

5.1.2 觸發器的邏輯功能表示方法 99

5.1.3 集成基本RS觸發器 101

5.1.4 或非門構成的基本RS觸發器 102

5.2 電平式觸發器 102

5.2.1 電平式RS觸發器 103

5.2.2 電平式D觸發器 105

5.3 邊沿式觸發器 106

5.3.1 邊沿式D觸發器 107

5.3.2 集成邊沿式D觸發器 110

5.3.3 邊沿式JK觸發器 111

5.3.4 集成邊沿式JK觸發器 115

5.4 觸發器的功能分類及其相互轉換 116

5.4.1 觸發器的功能分類 116

5.4.2 觸發器的相互轉換 118

習題五 121

第6章 時序邏輯電路的分析與設計 124

6.1 時序邏輯電路概述 124

6.1.1 時序邏輯電路的組成 124

6.1.2 時序邏輯電路的描述 124

6.1.3 時序邏輯電路的分類 125

6.2 同步計數器的分析及應用 126

6.2.1 二進位同步計數器 126

6.2.2 集成二進位同步計數器及其應用 130

6.2.3 十進位同步計數器 134

6.2.4 集成十進位同步計數器及其應用 138

6.2.5 N進位同步計數器 141

6.3 非同步計數器的分析及應用 144

6.3.1 二進位非同步計數器 144

6.3.2 十進位非同步計數器 147

6.3.3 集成非同步計數器及其應用 149

6.4 寄存器的分析及應用 151

6.4.1 數據寄存器 151

6.4.2 集成數據寄存器 152

6.4.3 移位寄存器 153

6.4.4 集成移位寄存器 155

6.5 環形計數器及其應用 158

6.5.1 環形計數器及應用 158

6.5.2 扭環形計數器及應用 163

6.6 時序邏輯電路的設計 165

6.6.1 序列信號檢測器的設計 165

6.6.2 計數器的設計 168

6.6.3 環形計數器的設計 171

習題六 174

第7章 數字邏輯在普通高中通用技術課程中的應用 177

7.1 帶符號的一位加減計算器 177

7.1.1 總體設計 177

7.1.2 計算器鍵盤及按鍵信號的讀取 178

7.1.3 數字按鍵信號的編碼 179

7.1.4 數字鍵編碼的鎖存 180

7.徠1.5 加減運算電路 181

7.1.6 解碼顯示及消隱電路 183

7.1.7 計算器模擬結果 184

7.2 八路智力競賽搶答器 185

7.2.1 脈衝發生器 186

7.2.2 秒脈衝發生器 187

7.2.3 30秒倒計時器 187

7.2.4 八路搶答器 188

7.3 簡易頻率計 189

7.3.1 頻率測量原理及總體設計 189

7.3.2 1秒鐘倒計時器 190

7.3.3 計數器 190

7.3.4 模擬結果 190

7.4 十字路口交通燈控制器 195

7.4.1 交通燈控制器總體設計 195

7.4.2 定時控制器 196

7.4.3 5秒/35秒定時器 196

7.4.4 交通燈顯示控制 197

7.4.5 模擬結果 199

7.5 數字時鐘 199

7.5.1 數字時鐘的總體設計 200

7.5.2 秒計數器 200

7.5.3 分計數器 200

7.5.4 時計數器 201

7.5.5 模擬結果 202

參考文獻 203