數字電路與邏輯設計（慕課版 支持AR交互）

劉培植:

北京郵電大學教授，北京市教學名師，首批全國高校黃大年式教師團隊成員，主要從事信息與通信系統研究，兩項成果獲部級科學技術進步獎三等獎；講授“數字電路與邏輯設計”和“電子電路基礎”等課程超35年，獲國家級教改項目二等獎和北京市教改項目一等獎、二等獎等獎項；主編和參編教材共計4部，其中主編的《數字電路與邏輯設計》獲評普通高等教育精品教材和“十一五”國家級規劃教材。

孫文生:

北京郵電大學副教授，信息與通信工程學院“數字系統設計”課程負責人，長期從事本科生數字電路課程教學工作，2019年獲評全國大學生電子設計競賽優秀輔導教師榮譽稱號，2021年獲北京市高校教師教學創新大賽二等獎，2022年獲北京市教學成果二等獎，2023年獲全國電工電子基礎課程實驗教學案例設計競賽華北地區一等獎、全國二等獎。

【章名目錄】

第　1 章 數制與編碼

第　2 章 邏輯代數基礎

第　3 章 邏輯門電路

第　4 章 組合邏輯電路

第　5 章 觸發器

第　6 章 時序邏輯電路

第　7 章 存儲器及可編程邏輯器件

第　8 章 硬件描述語言Verilog HDL

第　9 章 數模轉換和模數轉換

第　10 章 脈沖波形的產生與變換

 

【詳細目錄】

第　1 章 數制與編碼

1.1　數字信號與數字電路　2

1.2　數制　4

1.2.1　數制概述　4

1.2.2　不同數制間的轉換　7

1.2.3　有符號二進制數　9

1.3　編碼　13

1.3.1　二進制編碼　13

1.3.2　二-十進制編碼　13

1.3.3　可靠性編碼　15

1.3.4　ASCII　17

1.4　拓展閱讀與應用實踐　18

1.5　本章小結　20

習題1　21

 

第　2 章 邏輯代數基礎

2.1　邏輯變量與邏輯運算　23

2.1.1　3種基本邏輯運算　23

2.1.2　復合邏輯運算　24

2.1.3　邏輯代數中的基本公式和常用公式　26

2.1.4　邏輯代數的基本規則　28

2.1.5　正邏輯與負邏輯　29

2.2　邏輯函數及其表示方法　30

2.2.1　邏輯函數　30

2.2.2　邏輯函數的表示方法　31

2.2.3　邏輯函數的兩種標準表達式　33

2.3　邏輯函數的化簡　36

2.3.1　代數化簡法　36

2.3.2　卡諾圖化簡法　38

2.4　含有無關項的邏輯函數及其化簡　43

2.5　拓展閱讀與應用實踐　45

2.6　本章小結　47

習題2　47

 

第　3 章 邏輯門電路

3.1　半導體二極管門電路　51

3.1.1　二極管的開關特性　51

3.1.2　二極管與門電路　52

3.1.3　二極管或門電路　52

3.2　CMOS邏輯門　53

3.2.1　MOS管的開關特性　53

3.2.2　CMOS反相器　55

3.2.3　其他CMOS邏輯門電路　59

3.3　TTL集成邏輯門　65

3.3.1　雙極型晶體管的開關特性　65

3.3.2　標準TTL與非門的電路結構和工作原理　66

3.3.3　集電極開路門電路　74

3.3.4　三態門　77

3.4　ECL邏輯門　79

3.4.1　ECL或/或非門的工作原理　79

3.4.2　ECL門的特點　80

3.5　拓展閱讀與應用實踐　81

3.5.1　TTL改進系列門電路簡介　81

3.5.2　門電路驅動LED　84

3.5.3　邏輯電平及邏輯電平轉換　86

3.5.4　功率開關器件　89

3.6　本章小結　90

習題3　91

 

第　4 章 組合邏輯電路

4.1　組合邏輯電路的特點　96

4.2　組合邏輯電路的分析　96

4.3　小規模組合邏輯電路的設計　98

4.3.1　由設計要求列真值表　99

4.3.2　邏輯函數的門電路實現　99

4.3.3　組合邏輯電路設計中的實際問題　101

4.3.4　組合邏輯電路設計實例　105

4.4　組合邏輯電路的冒險　107

4.4.1　邏輯冒險與消除方法　107

4.4.2　功能冒險與消除方法　111

4.4.3　動態冒險　113

4.5　常用中規模組合邏輯器件　113

4.5.1　數碼比較器　114

4.5.2　編碼器與優先編碼器　117

4.5.3　譯 碼器　120

4.5.4　數據選擇器　128

4.5.5　數據分配器　133

4.6　拓展閱讀與應用實踐　136

4.7　本章小結　137

習題4　137

 

第　5 章 觸發器

5.1　觸發器的基本特性　142

5.2　基本RS觸發器　142

5.2.1　電路結構及工作原理　142

5.2.2　描述觸發器的方法　143

5.2.3　基本RS觸發器的特點　145

5.3　鐘控觸發器　146

5.3.1　鐘控RS觸發器　146

5.3.2　鐘控D觸發器　147

5.3.3　鐘控JK觸發器　148

5.3.4　各種觸發器的轉換　149

5.3.5　鐘控觸發器的缺點　150

5.4　TTL主從觸發器　150

5.4.1　基本工作原理　150

5.4.2　主從JK觸發器的一次翻轉　151

5.4.3　異步置0、置1輸入　152

5.4.4　TTL主從觸發器的特點　153

5.5　邊沿觸發器　153

5.5.1　負邊沿JK觸發器　154

5.5.2　維持-阻塞D觸發器　155

5.5.3　觸發器的邏輯符號　156

5.6　CMOS觸發器　156

5.6.1　CMOS鐘控D觸發器　157

5.6.2　CMOS主從D觸發器　157

5.6.3　CMOS主從JK觸發器　159

5.7　拓展閱讀與應用實踐　159

5.8　本章小結　161

習題5　161

 

第　6 章 時序邏輯電路

6.1　時序邏輯電路概述　166

6.1.1　時序邏輯電路模型　166

6.1.2　基本時序邏輯電路　167

6.2　時序邏輯電路分析　168

6.2.1　時序邏輯電路分析方法　168

6.2.2　常用同步時序邏輯電路分析　170

6.2.3　異步時序邏輯電路分析　177

6.3　時序邏輯電路設計　179

6.3.1　常用時序邏輯電路設計方法　179

6.3.2　計數器設計　180

6.3.3　自啟動設計　187

6.4　一般時序邏輯電路設計　190

6.4.1　時序邏輯電路設計步驟　190

6.4.2　時序邏輯電路設計舉例　191

6.5　中規模時序集成電路及其應用　198

6.5.1　若乾典型中規模集成電路　198

6.5.2　中規模集成電路應用　205

6.6　拓展閱讀與應用實踐　215

6.7　本章小結　218

習題6　219

 

第　7 章 存儲器及可編程邏輯器件

7.1　存 儲器　229

7.1.1　只讀存儲器　229

7.1.2　只讀存儲器的種類　230

7.1.3　隨機存儲器　233

7.1.4　擴展存儲器容量　235

7.2　基於存儲器實現邏輯處理　236

7.2.1　基於存儲器實現組合邏輯　237

7.2.2　基於存儲器實現時序邏輯　238

7.3　FPGA　241

7.3.1　FPGA的基本概念　242

7.3.2　FPGA的基本結構和原理　242

7.3.3　FPGA的開發流程　247

7.4　拓展閱讀與應用實踐　248

7.4.1　SPLD與EPLD　248

7.4.2　FPGA的發展歷程　249

7.5　本章小結　250

習題7　250

 

第　8 章 硬件描述語言Verilog HDL

8.1　Verilog HDL簡介　253

8.2　Verilog HDL程序的基本結構　254

8.3　Verilog HDL的數據類型、運算符和關鍵字　255

8.3.1　數據類型　255

8.3.2　運 算符　259

8.3.3　關 鍵字　263

8.4　Verilog HDL的語句與描述方式　263

8.4.1　Verilog HDL的語句　264

8.4.2　Verilog HDL的描述方式　276

8.5　Verilog HDL常用程序示例　280

8.5.1　組合邏輯　280

8.5.2　時序邏輯　282

8.6　拓展閱讀與應用實踐　284

8.6.1　通用電腦組成概述　284

8.6.2　基於Verilog HDL編寫簡單ALU　285

8.7　本章小結　287

習題8　287

 

第　9 章 數模轉換和模數轉換

9.1　數模轉換器　290

9.1.1　數模轉換的基本原理　290

9.1.2　權電阻解碼網絡DAC　291

9.1.3　T形電阻解碼網絡DAC　293

9.1.4　倒T形電阻解碼網絡DAC　294

*9.1.5　樹狀開關網絡DAC　296

9.1.6　DAC的主要技術指標　297

9.2　模數轉換器　299

9.2.1　模數轉換器的基本原理　299

9.2.2　並行比較型ADC　302

9.2.3　逐次漸近型ADC　304

9.2.4　雙積分型ADC　306

9.2.5　電壓-頻率變換型ADC　308

9.2.6　ADC的主要技術指標　309

9.3　拓展閱讀與應用實踐　310

9.4　本章小結　313

習題9　313

 

第　10 章 脈沖波形的產生與變換

10.1　波形的基礎知識　320

10.2　施密特觸發器　321

10.2.1　用門電路組成施密特觸發器　321

10.2.2　施密特觸發器的應用　322

10.3　單穩態觸發器　323

10.3.1　用施密特觸發器構成單穩態觸發器　323

10.3.2　單穩態觸發器的主要應用　324

10.4　多諧振盪器　325

10.4.1　由施密特觸發器組成的多諧振盪器　325

*10.4.2　壓控振盪器　326

10.4.3　石英晶體振盪器　327

10.5　555定時器及其應用　327

10.5.1　555定時器的結構及工作原理　328

10.5.2　由555定時器組成的施密特觸發器　329

10.5.3　由555定時器組成的單穩態觸發器　329

10.5.4　由555定時器組成的多諧振盪器　330

10.6　拓展閱讀與應用實踐　331

10.7　本章小結　334

習題10　334