數字邏輯電路

本書是根據教育部最新制定的電子技術基礎課程教學基本要求，並結合作者多年來的理論及實驗教學經驗以及科研應用體會編寫的專業技術基礎課教材。全書共分10章，主要內容包括：數字和邏輯基礎、門電路、組合邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、脈衝波形的產生與整形、數模轉換和模數轉換電路、半導體存儲器、可編程邏輯器件簡介、數字邏輯電路簡單應用與知識擴展。本書提供配套多媒體電子課件和習題解答。

第1章 數字和邏輯基礎 1

1.1 數字邏輯電路概述 1

1.1.1 模擬信號與數字信號 1

1.1.2 模擬電路與數字電路 1

1.1.3 數字信號參數 2

1.1.4 數字電路的基本功能及其應用 3

1.2 數制、數制轉換和算術運算簡介 5

1.2.1 十進位數 5

1.2.2 二進位數、八進位數和

十六進位數 5

1.2.3 不同進位數間相互轉換 7

1.2.4 符號數的表示方法 9

1.2.5 多位二進位數的運算 11

1.3 常用碼制 13

1.3.1 數字編碼 13

1.3.2 可靠性編碼 14

1.3.3 信息交換代碼 16

1.4 邏輯代數基礎 17

1.4.1 基本邏輯運算和複合邏輯運算 17

1.4.2 基本公式和常用公式 20

1.4.3 基本規則 21

1.5 邏輯函數的幾種常用描述方法及

相互間的轉換 22

1.5.1 邏輯函數的幾種常用描述方法 23

1.5.2 不同描述方法之間的轉換 24

1.5.3 邏輯函數的建立及其描述 26

1.6 邏輯函數的化簡 26

1.6.1 邏輯函數的最簡形式和最簡標準 27

1.6.2 邏輯函數的公式化簡法 27

1.6.3 邏輯函數的兩種標準形式 29

1.6.4 邏輯函數的卡諾圖化簡法 31

1.6.5 具有無關項的邏輯函數的化簡

法 35

1.6.6 多輸出變數的卡諾圖化簡法 37

習題 38

第2章 門電路 41

2.1 引言與概述 41

2.1.1 引言 41

2.1.2 概述 43

2.2 半導體二極體的開關特性 44

2.3 半導體三極體的開關特性 46

2.3.1 雙極型三極體的結構 47

2.3.2 雙極型三極體的輸入特性和輸出

特性 47

2.3.3 雙極型三極體的開關等效電路 48

2.3.4 簡單雙極型三極體開關電路 49

2.3.5 雙極型三極體的動態開關特性 49

2.4 場效應管（MOS管）的開關特性 50

2.4.1 MOS管的結構 50

2.4.2 MOS管的輸入特性和輸出特性 51

2.4.3 MOS管的開關等效電路 52

2.4.4 MOS管的基本開關電路 52

2.4.5 MOS管的4種類型 53

2.5 最簡單的與、或、非門電路 54

2.5.1 二極體與門 54

2.5.2 二極體或門 55

2.5.3 三極體非門 56

2.6 TTL集成門電路 56

2.6.1 TTL反相器的電路結構和工作

原理 56

2.6.2 TTL反相器的靜態輸入特性

和輸出特性 58

2.6.3 TTL反相器的動態特性 62

2.6.4 其他類型的TTL門電路 65

2.6.5 TTL電路的改進系列簡介 72

2.7 其他類型的雙極型數字集成電路簡介 72

2.7.1 ECL電路 72

2.7.2 I2L電路 73

2.8 CMOS門電路 75

2.8.1 CMOS反相器的工作原理 75

2.8.2 CMOS反相器的靜態輸入特性

和輸出特性 77

2.8.3 CMOS反相器的動態特性 79

2.8.4 其他類型的CMOS門電路 82

2.8.5 改進的CMOS門電路 88

2.8.6 CMOS電路的正確使用 89

2.9 其他類型的MOS集成電路 90

習題 91

第3章 組合邏輯電路 96

3.1 概述 96

3.2 組合邏輯電路的分析與設計 97

3.2.1 組合邏輯電路的分析 97

3.2.2 組合邏輯電路的設計 98

3.3 常用中規模集成組合邏輯電路 101

3.3.1 編碼器 101

3.3.2 解碼器 106

3.3.3 數據選擇器 116

3.3.4 數據分配器 120

3.3.5 數值比較器 121

3.3.6 加法器 125

3.4 組合邏輯電路的競爭冒險現象 132

3.4.1 競爭冒險的概念與原因分析 132

3.4.2 冒險現象的判別方法 133

3.4.3 冒險現象的消除方法 134

習題 136

第4章 觸發器 139

4.1 概述 139

4.2 基本RS觸發器 139

4.2.1 用與非門組成的基本RS觸發器 139

4.2.2 用或非門組成的基本RS觸發器 143

4.3 同步觸發器 144

4.3.1 同步RS觸發器 144

4.3.2 同步D觸發器 146

4.4 邊沿觸發器 147

4.4.1 邊沿D觸發器 147

4.4.2 邊沿JK觸發器 148

4.5 觸發器的功能分類、功能表示方法

及轉換 148

4.6 觸發器的電氣特性 151

4.6.1 靜態特性 151

4.6.2 動態特性 151

4.7 本章小結 152

習題 152

第5章 時序邏輯電路 156

5.1 概述 156

5.1.1 時序邏輯電路的組成 156

5.1.2 時序邏輯電路的分類 156

5.1.3 時序邏輯電路功能的描述方法 156

5.2 時序邏輯電路的分析 157

5.2.1 時序邏輯電路的分析方法 157

5.2.2 同步時序邏輯電路的分析舉例 157

5.2.3 非同步時序邏輯電路的分析舉例 158

5.3 寄存器 159

5.3.1 數碼寄存器 159

5.3.2 移位寄存器 160

5.4 計數器 161

5.4.1 二進位計數器 162

5.4.2 十進位計數器 163

5.4.3 任意進位計數器 164

5.5 序列信號的產生與檢測 165

5.5.1 序列信號發生器 165

5.5.2 序列信號檢測器 165

5.6 順序脈衝發生器 166

5.6.1 計數型順序脈衝發生器 166

5.6.2 移位型順序脈衝發生器 167

5.7 1bit讀/寫存儲器 168

5.8 時序邏輯電路的設計 168

5.8.1 同步時序邏輯電路的設計 169

5.8.2 非同步時序邏輯電路的設計 172

5.9 時序邏輯模塊之間的時鐘處理

技術 179

5.9.1 非同步時鐘的同步化技術 179

5.9.2 同步時鐘的串列化技術 179

5.10 本章小結 179

習題 180

第6章 脈衝波形的產生和整形 183

6.1 概述 183

6.2 單穩態電路 183

6.2.1 用門電路或觸發器組成的

單穩態電路 183

6.2.2 集成單穩態電路 189

6.2.3 單穩態電路的應用 193

6.3 施密特觸發器 195

6.3.1 由門電路組成的施密特觸發器 195

6.3.2 集成施密特觸發器 197

6.3.3 施密特觸發器的應用 200

6.4 自激多諧振蕩器 202

6.4.1 由門電路組成的多諧振蕩器 203

6.4.2 環形振蕩器 205

6.4.3 由施密特觸發器構成的多諧

振蕩器 207

6.4.4 石英晶體多諧振蕩器 209

6.5 555定時器的原理和應用 210

6.5.1 555定時器原理 210

6.5.2 用555定時器構成施密特

觸發器 212

6.5.3 用555定時器構成單穩態電路 214

6.5.4 用555定時器構成多諧振蕩器 216

習題 218

第7章 數模轉換和模數轉換電路 222

7.1 數模轉換和模數轉換基本概念 222

7.1.1 數模轉換器的基本工作原理 222

7.1.2 模數轉換器的基本工作原理 222

7.1.3 數模轉換的主要技術指標 222

7.1.4 模數轉換的主要技術指標 223

7.2 數模轉換電路 224

7.2.1 權電阻網路數模轉換

工作原理 224

7.2.2 權電流網路數模轉換

工作原理 225

7.2.3 R-2R電阻網路數模轉換

工作原理 226

7.2.4 PWM型數模轉換器工作原理 227

7.2.5 集成數模轉換器介紹 228

7.2.6 數模轉換的簡單應用 229

7.3 模數轉換電路 230

7.3.1 數據採集系統的一般構成方式 230

7.3.2 採樣保持器的工作原理 232

7.3.3 模擬多路開關的工作原理 233

7.3.4 幾種典型模數轉換器及實際

器件介紹 234

7.4 本章小結 241

習題 241

第8章 半導體存儲器 246

8.1 半導體存儲器概述 246

8.2 只讀存儲器 246

8.2.1 掩模只讀存儲器 247

8.2.2 一次可編程只讀存儲器

（PROM） 249

8.2.3 高壓編程紫外線可擦除的多次

可編程只讀存儲器 250

8.2.4 電擦除的多次可編程只讀

存儲器 251

8.2.5 閃速只讀存儲器 252

8.2.6 ROM應用舉例 253

8.3 隨機存取存儲器 254

8.3.1 RAM的基本結構 254

8.3.2 靜態RAM 254

8.3.3 動態RAM 257

8.3.4 雙口RAM 260

8.3.5 鐵電存儲器 263

8.4 順序存取存儲器 268

8.4.1 順序存取存儲器的基本結構和

工作原理 268

8.4.2 順序存取存儲器中的動態MOS

移位寄存器 270

8.4.3 電荷耦合器件移位寄存器 270

8.4.4 順序存取存儲器的應用介紹 271

8.5 存儲器容量的擴展 272

8.5.1 存儲器的位擴展 272

8.5.2 存儲器的字擴展 272

8.5.3 單片機系統中常用的存儲器擴展

技術 273

8.6 ROM和RAM綜合應用舉例 274

8.6.1 用存儲器實現組合邏輯函數 274

8.6.2 用存儲器實現時序邏輯功能 277

8.7 本章小結 278

習題 278

第9章 可編程邏輯器件簡介 281

9.1 電子器件分類和可編程邏輯器件

概述 281

9.1.1 電子器件分類 281

9.1.2 可編程邏輯器件概述 281

9.1.3 本章內容與EDA技術的關係 282

9.2 可編程邏輯器件 283

9.2.1 PLD的基本結構、表示方法 283

9.2.2 作為可編程邏輯器件使用的

只讀存儲器（PROM） 284

9.2.3 可編程邏輯陣列（PLA） 286

9.2.4 可編程陣列邏輯（PAL） 287

9.2.5 通用可編程邏輯器件（GAL） 291

9.3 複雜可編程邏輯器件（CPLD）

簡介 295

9.3.1 複雜可編程邏輯器件概述 295

9.3.2 現場可編程門陣列（FPGA） 296

9.3.3 複雜可編程邏輯器件

（CPLD） 297

9.3.4 常用FPGA和CPLD器件及其

廠家介紹 298

9.4 在系統編程技術和可編程邏輯

器件 299

9.4.1 在系統可編程概念和ISP技術

特點 299

9.4.2 ISP邏輯器件分類 300

9.4.3 在系統編程原理及方式 302

9.4.4 isp-PLD的開發工具 303

9.5 EDA技術 304

9.5.1 硬體描述語言介紹 304

9.5.2 常用EDA工具 305

9.6 本章小結 306

習題 306

第10章 數字邏輯電路簡單應用與知識

擴展 308

10.0 本章引言 308

10.1 與門（與非門）和或門（或非門）

的應用基礎 309

10.2 與門（與非門）和或門（或非門）

的應用擴展 310

10.2.1 門控、選通、片選和使能 310

10.2.2 邏輯閘門在電子計數器（頻率計）

中的應用 312

10.2.3 邏輯閘門在單片機中的應用 313

10.3 1線-2線解碼器和雙緩衝功能 315

10.4 多路開關與程式控制的概念及多

功能器件舉例 316

10.4.1 多路開關原理及畫法演變 316

10.4.2 多路開關的應用 318

10.5 異或門的應用 326

10.5.1 異或門完成算術加法（本位加）

運算 326

10.5.2 異或門作極性控制調節作用 326

10.5.3 異或門作奇偶校驗用 327

10.5.4 異或門作符合門用 327

10.5.5 異或門的邊沿檢測作用 327

10.5.6 異或門完成倍頻功能 330

10.5.7 異或門構成的移頻鍵控電路 330

10.5.8 異或門構成的交流電過零

檢測電路 331

10.5.9 異或門構成的鑒相電路 332

10.5.10 異或門在液晶顯示驅動控制

中的應用 333

10.6 符合門（一致門）及其應用 335

10.6.1 符合門在密碼鎖中的應用 335

10.6.2 符合門在某些板卡式匯流排中

的應用 336

10.6.3 符合門的實現方法 338

10.6.4 符合門的其他應用 339

10.7 計數器知識的擴展——時序

狀態機 339

10.8 邏輯器件的輸出形式 340

10.9 OC（OD）門的應用 342

10.9.1 不同邏輯電平介面電路 342

10.9.2 OC門或OD門作驅動器用以及

各種驅動器 342

10.10 長線或容性負載的驅動方法及

驅動器件 349

10.10.1 OC門（或OD門）驅動容性負載

時的不足之處與圖騰柱式的驅動

優點 349

10.10.2 長線驅動和通信線路驅動的特點、

驅動器件與應用舉例 351

10.10.3 功率器件的基極或門極驅動的

特點、驅動器件與應用舉例 353

參考文獻 356