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本教材是在參照全國高校計算機專業(yè)教學指導委員會,中國計算機學會教育委員會與全國高等學校計算機教育研究公聯(lián)合推薦的計算機學科教劃2000指導思想的基礎上，從傳投知識和培養(yǎng)能力出發(fā)編寫而成的，以飛速發(fā)展的數(shù)字集成電路為背景，將數(shù)字電子技術和數(shù)字邏輯電路的有關知識融為一體，系統(tǒng)地介紹了數(shù)字系統(tǒng)邏輯電路分析與設計的基本知識、理論和方法，并討論了采用各種不同規(guī)模的邏輯器件進行分析與設計的詳細過程。全書內(nèi)容包括基本知識、邏輯代數(shù)基礎、集成門電路與觸發(fā)器、組合邏輯電路、同步時序邏輯電路、異步時序邏輯電路、中規(guī)模通用集成電路、可編程邏輯器件、綜合設計舉例和VHDL基礎等。

我們正處在一個信息急劇增長的時代，事物的發(fā)展和技術的進步，對傳統(tǒng)的教育體系和人才培養(yǎng)模式提出了新的挑戰(zhàn)。21世紀的高等教育正在對專業(yè)結(jié)構(gòu)、課程體系、教學內(nèi)容和教學方法進行系統(tǒng)的、整體的改革，教材建設是改革的重要內(nèi)容之一。隨著信息技術的飛速發(fā)展，各行各業(yè)對信息學科人才的需求越來越大。如何為社會培養(yǎng)更多的具有創(chuàng)新能力、解決實際問題能力和高素質(zhì)的信息學科人才，是目前高等教育的重要任務之一。數(shù)字邏輯是信息學科各專業(yè)學生必修的一門重要專業(yè)技術基礎課。設置本課程的主要目的是:使學生掌握數(shù)字系統(tǒng)分析與設計的基本知識與理論，熟悉各種不同規(guī)模的邏輯器件，掌握各類邏輯電路分析與設計的基本方法，為數(shù)字計算機和其他數(shù)字系統(tǒng)的硬件分析與設計奠定堅實的基礎。針對教學需求，國內(nèi)外出版了大量相關的教科書，這些教科書各具特色，其中有許多被公認是十分優(yōu)秀的作品。然而，該領域的教科書一般都因摩爾定律而適用周期受限。為了適應不斷發(fā)生的各種變化，優(yōu)秀的教科書也必須不斷更新、完善。本教材版是在參照全國高校計算機專業(yè)類教學指導委員會、中國計算機學會教育工作委員會與全國高等學校計算機教育研究會聯(lián)合推薦的《計算機學科教學計劃2000》指導思想的基礎上，從傳授知識和培養(yǎng)能力的目標出發(fā)，吸取國內(nèi)外*新相關教材優(yōu)點，結(jié)合作者長期從事教學與科研積累的知識、經(jīng)驗，以及本課程的特點、要點和難點編寫的。自2000年出版以來，本教材已先后4次改版，版至第四版發(fā)行后受到了廣大讀者的關愛，在20年的時間里先后45次印刷，發(fā)行20多萬冊。該教材一直作為國家精品課程數(shù)字電路與邏輯設計的主教材，并列入國家十一五規(guī)劃教材。然而，數(shù)字技術的發(fā)展日新月異，隨著時代的發(fā)展和教學改革的不斷深入，在教材使用過程中我們深感其仍存在某些不盡人意的地方，希望加以改進和完善。教材第五版就是在第四版的基礎上修訂而成的。數(shù)字集成電路是數(shù)字計算機和各類數(shù)字系統(tǒng)功能實現(xiàn)的物質(zhì)基礎。本教材以高速發(fā)展的數(shù)字集成電路為紐帶，將數(shù)字電子技術和數(shù)字邏輯的有關知識融為一體，較完整地闡述了各種不同規(guī)模的數(shù)字集成電路及其在數(shù)字系統(tǒng)邏輯設計中的應用；力圖使學生在掌握邏輯設計基本理論和方法的基礎上，了解數(shù)字器件的更新?lián)Q代對數(shù)字系統(tǒng)設計方法產(chǎn)生的重要影響，以及數(shù)字器件與數(shù)字系統(tǒng)設計方法的發(fā)展趨勢，不斷掌握新的技術，以適應數(shù)字技術快速發(fā)展的需要。全書共分九章和三個附錄，內(nèi)容可歸納為五大部分。部分主要介紹數(shù)字系統(tǒng)邏輯設計的基本知識、基本理論和基本邏輯器件，由第1～3章組成；第二部分以小規(guī)模集成電路為基礎，詳細討論組合邏輯電路和時序邏輯電路分析與設計的經(jīng)典方法，由第4～6章組成；第三部分重點介紹常用中規(guī)模通用集成電路、大規(guī)�？删幊踢壿嬈骷捌湓谶壿嬙O計中的應用，包括常用中規(guī)模組合邏輯電路、中規(guī)模時序邏輯電路、信號產(chǎn)生與變換電路、可編程邏輯器件（PROM、PLA、PAL、GAL）、復雜可編程邏輯器件（CPLD）、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA），以及20世紀90年代問世的ISP技術等內(nèi)容，由7、8兩章組成；第四部分綜合運用該課程所學知識，進行了實際問題設計舉例，意在進一步將理論知識與實際應用緊密結(jié)合，達到學以致用的目的；第五部分為附錄，由硬件描述語言VHDL基礎和英漢名詞對照表等內(nèi)容組成。本教材的本科教學參考學時數(shù)為80學時（含16學時左右實驗），不同專業(yè)和不同層次可按課程學時數(shù)的多少和實際需求，由任課教師根據(jù)具體情況對教材內(nèi)容，尤其是標題前注有星號（*）的部分進行適當取舍。需要說明的是，有關采用硬件描述語言以及PLD開發(fā)系統(tǒng)設計數(shù)字系統(tǒng)的方法均已有專門的教科書，考慮到課程范圍、教學時數(shù)和教材篇幅的關系，本教材中未作詳細介紹，必要時讀者可閱讀相關書籍，或者在相應選修課程中學習。掃一掃有關二維碼，即可獲得多媒體教學課件、學習自評測試題。為了滿足教學的需要，開發(fā)了與教材配套的MOOC教學資源。使用者可根據(jù)需要對各項教學資源靈活選用。本書由歐陽星明主編，趙貽竹、于俊清副主編。在本書的編寫過程中，得到了華中科技大學計算機學院領導和許多同事的關心，數(shù)字邏輯課程組的老師為教材建設做了大量工作，兄弟院校的許多老師對該書內(nèi)容的組織提出了寶貴的意見，在此表示衷心感謝。同時，華中科技大學出版社為本書的出版給予了大力支持，借此機會向本書的責任編輯、美術編輯以及關心和參加過本書出版、發(fā)行的全體同志表示深深的謝意。此外，由于編者水平有限，書中缺點、錯誤難免，殷切希望廣大讀者批評指正。

第1章基本知識(1)

1.1概述(1)

1.1.1數(shù)字系統(tǒng)(1)

1.1.2數(shù)字邏輯電路的類型和研究方法(3)

1.2數(shù)制及其轉(zhuǎn)換(4)

1.2.1進位計數(shù)制(4)

1.2.2數(shù)制轉(zhuǎn)換(7)

1.3帶符號二進制數(shù)的代碼表示(10)

1.3.1原碼(10)

1.3.2反碼(11)

1.3.3補碼(12)

1.4幾種常用的編碼(13)

1.4.1十進制數(shù)的二進制編碼(13)

1.4.2可靠性編碼(15)

*1.4.3字符編碼(17)

習題一(18)

第2章邏輯代數(shù)基礎(19)

2.1邏輯代數(shù)的基本概念(19)

2.1.1邏輯變量及基本邏輯運算(20)

2.1.2邏輯函數(shù)及邏輯函數(shù)間的相等(22)

2.1.3邏輯函數(shù)的表示法(23)

2.2邏輯代數(shù)的基本定理和規(guī)則(24)

2.2.1基本定理(24)

2.2.2重要規(guī)則(25)

2.2.3復合邏輯(27)

2.3邏輯函數(shù)表達式的形式與變換(29)

2.3.1邏輯函數(shù)表達式的基本形式(29)

2.3.2邏輯函數(shù)表達式的標準形式(29)

2.3.3邏輯函數(shù)表達式的轉(zhuǎn)換(32)

2.4邏輯函數(shù)化簡(34)

2.4.1代數(shù)化簡法(34)

2.4.2卡諾圖化簡法(36)

*2.4.3列表化簡法(44)

習題二(48)

第3章集成門電路與觸發(fā)器(50)

3.1數(shù)字集成電路的分類(50)

3.2半導體器件的開關特性(51)

3.2.1晶體二極管的開關特性(52)

3.2.2晶體三極管的開關特性(55)

3.3邏輯門電路(57)

3.3.1簡單邏輯門電路(58)

3.3.2TTL 集成邏輯門電路(60)

3.3.3CMOS集成邏輯門電路(70)

3.3.4正邏輯和負邏輯(75)

3.4觸發(fā)器(76)

3.4.1基本RS觸發(fā)器(77)

3.4.2常用的時鐘控制觸發(fā)器(81)

習題三(91)

第4章組合邏輯電路(94)

4.1組合邏輯電路分析(94)

4.1.1分析方法概述(94)

4.1.2分析舉例(95)

4.2組合邏輯電路設計(97)

4.2.1設計方法概述(97)

4.2.2設計舉例(98)

4.2.3設計中幾個實際問題的處理(101)

4.3組合邏輯電路的險象(108)

4.3.1險象的產(chǎn)生(109)

4.3.2險象的判斷(110)

4.3.3險象的消除(112)

習題四(114)

第5章同步時序邏輯電路(115)

5.1時序邏輯電路概述(115)

5.1.1時序邏輯電路的結(jié)構(gòu)(115)

5.1.2時序邏輯電路的分類(116)

5.1.3同步時序邏輯電路的描述方法(117)

5.2同步時序邏輯電路分析(119)

5.2.1分析方法和步驟(119)

5.2.2分析舉例(120)

5.3同步時序邏輯電路設計(126)

5.3.1設計的一般步驟(126)

5.3.2完全確定同步時序邏輯電路設計(127)

*5.3.3不完全確定同步時序邏輯電路設計(140)

5.3.4同步時序邏輯電路設計舉例(145)

習題五(151)

第6章異步時序邏輯電路(154)

6.1異步時序邏輯電路的特點與分類(154)

6.2脈沖異步時序邏輯電路(155)

6.2.1脈沖異步時序邏輯電路的結(jié)構(gòu)模型(155)

6.2.2脈沖異步時序邏輯電路的分析(155)

6.2.3脈沖異步時序邏輯電路的設計(158)

6.3電平異步時序邏輯電路(163)

6.3.1電平異步時序邏輯電路的結(jié)構(gòu)模型與描述方法(163)

6.3.2電平異步時序邏輯電路的分析(166)

6.3.3電平異步時序邏輯電路的競爭(168)

*6.3.4電平異步時序邏輯電路的設計(169)

習題六(179)

第7章中規(guī)模通用集成電路及其應用(182)

7.1常用中規(guī)模組合邏輯電路(182)

7.1.1二進制并行加法器 (182)

7.1.2譯碼器和編碼器 (186)

7.1.3多路選擇器和多路分配器(193)

7.2常用中規(guī)模時序邏輯電路(198)

7.2.1集成計數(shù)器(198)

7.2.2集成寄存器(203)

7.3常用中規(guī)模信號產(chǎn)生與變換電路(206)

7.3.1集成定時器555及其應用(206)

7.3.2集成D/A轉(zhuǎn)換器 (213)

7.3.3集成A/D轉(zhuǎn)換器(219)

習題七(223)

第8章可編程邏輯器件(224)

8.1PLD概述(224)

8.1.1PLD的發(fā)展(224)

8.1.2PLD的一般結(jié)構(gòu)(225)

8.1.3PLD電路表示法(225)

8.2低密度可編程邏輯器件(227)

8.3復雜可編程邏輯器件(CPLD)(229)

8.3.1CPLD簡介(229)

8.3.2CPLD典型器件(230)

8.4現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)(237)

8.4.1FPGA簡介(237)

8.4.2Xilinx FPGA典型器件(238)

8.4.3FPGA設計流程(244)

8.5FPGA和CPLD對比(248)

8.6Vivado開發(fā)環(huán)境及設計流程(248)

8.6.1Vivado設計套件簡介(248)

8.6.2Vivado設計套件中的FPGA設計流程(251)

習題八(254)

第9章綜合應用舉例(255)

9.1簡單運算器設計(255)

9.1.1設計要求(255)

9.1.2功能描述(255)

9.1.3電路設計(256)

9.2時序信號發(fā)生器設計(258)

9.2.1設計要求(258)

9.2.2功能描述(258)

9.2.3電路設計(259)

9.3彈道計時器設計(261)

9.3.1設計要求(261)

9.3.2功能描述(261)

9.3.3電路設計(262)

9.4汽車尾燈控制器設計(265)

9.4.1設計要求(265)

9.4.2功能描述(265)

9.4.3電路設計(267)

9.5數(shù)字鐘設計(269)

9.5.1設計要求(269)

9.5.2功能描述(269)

9.5.3電路設計(270)

習題九(273)

附錄A硬件描述語言VHDL基礎(275)

A.1VHDL概述(275)

A.2VHDL的語言要素(281)

A.3VHDL的基本語句(287)

A.4VHDL設計舉例(294)

附錄B英漢名詞對照(299)

附錄C數(shù)字資源列表(303)

參考文獻(304)

第1章基本知識(1)

1.1概述(1)

1.1.1數(shù)字系統(tǒng)(1)

1.1.2數(shù)字邏輯電路的類型和研究方法(3)

1.2數(shù)制及其轉(zhuǎn)換(4)

1.2.1進位計數(shù)制(4)

1.2.2數(shù)制轉(zhuǎn)換(7)

1.3帶符號二進制數(shù)的代碼表示(10)

1.3.1原碼(10)

1.3.2反碼(11)

1.3.3補碼(12)

1.4幾種常用的編碼(13)

1.4.1十進制數(shù)的二進制編碼(13)

1.4.2可靠性編碼(15)

*1.4.3字符編碼(17)

習題一(18)

第2章邏輯代數(shù)基礎(19)

2.1邏輯代數(shù)的基本概念(19)

2.1.1邏輯變量及基本邏輯運算(20)

2.1.2邏輯函數(shù)及邏輯函數(shù)間的相等(22)

2.1.3邏輯函數(shù)的表示法(23)

2.2邏輯代數(shù)的基本定理和規(guī)則(24)

2.2.1基本定理(24)

2.2.2重要規(guī)則(25)

2.2.3復合邏輯(27)

2.3邏輯函數(shù)表達式的形式與變換(29)

2.3.1邏輯函數(shù)表達式的基本形式(29)

2.3.2邏輯函數(shù)表達式的標準形式(29)

2.3.3邏輯函數(shù)表達式的轉(zhuǎn)換(32)

2.4邏輯函數(shù)化簡(34)

2.4.1代數(shù)化簡法(34)

2.4.2卡諾圖化簡法(36)

*2.4.3列表化簡法(44)

習題二(48)

第3章集成門電路與觸發(fā)器(50)

3.1數(shù)字集成電路的分類(50)

3.2半導體器件的開關特性(51)

3.2.1晶體二極管的開關特性(52)

3.2.2晶體三極管的開關特性(55)

3.3邏輯門電路(57)

3.3.1簡單邏輯門電路(58)

3.3.2TTL 集成邏輯門電路(60)

3.3.3CMOS集成邏輯門電路(70)

3.3.4正邏輯和負邏輯(75)

3.4觸發(fā)器(76)

3.4.1基本RS觸發(fā)器(77)

3.4.2常用的時鐘控制觸發(fā)器(81)

*3.4.3不同類型時鐘控制觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換(91)

習題三(94)

第4章組合邏輯電路(97)

4.1組合邏輯電路分析(97)

4.1.1分析方法概述(97)

4.1.2分析舉例(98)

4.2組合邏輯電路設計(100)

4.2.1設計方法概述(100)

4.2.2設計舉例(101)

4.2.3設計中幾個實際問題的處理(104)

4.3組合邏輯電路的險象(111)

4.3.1險象的產(chǎn)生(112)

4.3.2險象的判斷(113)

4.3.3險象的消除(115)

習題四(117)

第5章同步時序邏輯電路(118)

5.1時序邏輯電路概述(118)

5.1.1時序邏輯電路的結(jié)構(gòu)(118)

5.1.2時序邏輯電路的分類(119)

5.1.3同步時序邏輯電路的描述方法(120)

5.2同步時序邏輯電路分析(122)

5.2.1分析方法和步驟(122)

5.2.2分析舉例(123)

5.3同步時序邏輯電路設計(129)

5.3.1設計的一般步驟(129)

5.3.2完全確定同步時序邏輯電路設計(130)

*5.3.3不完全確定同步時序邏輯電路設計(143)

5.3.4同步時序邏輯電路設計舉例(148)

習題五(154)

第6章異步時序邏輯電路(157)

6.1異步時序邏輯電路的特點與分類(157)

6.2脈沖異步時序邏輯電路(158)

6.2.1脈沖異步時序邏輯電路的結(jié)構(gòu)模型(158)

6.2.2脈沖異步時序邏輯電路的分析(158)

6.2.3脈沖異步時序邏輯電路的設計(161)

6.3電平異步時序邏輯電路(166)

6.3.1電平異步時序邏輯電路的結(jié)構(gòu)模型與描述方法(166)

6.3.2電平異步時序邏輯電路的分析(169)

6.3.3電平異步時序邏輯電路的競爭(171)

*6.3.4電平異步時序邏輯電路的設計(172)

習題六(182)

第7章中規(guī)模通用集成電路及其應用(185)

7.1常用中規(guī)模組合邏輯電路(185)

7.1.1二進制并行加法器 (185)

7.1.2譯碼器和編碼器 (189)

7.1.3多路選擇器和多路分配器(196)

7.2常用中規(guī)模時序邏輯電路(201)

7.2.1集成計數(shù)器(201)

7.2.2集成寄存器(206)

7.3常用中規(guī)模信號產(chǎn)生與變換電路(209)

7.3.1集成定時器555及其應用(209)

7.3.2集成D/A轉(zhuǎn)換器 (216)

7.3.3集成A/D轉(zhuǎn)換器(222)

習題七(226)

第8章可編程邏輯器件(227)

8.1PLD概述(227)

8.1.1PLD的發(fā)展(227)

8.1.2PLD的一般結(jié)構(gòu)(227)

8.1.3PLD的電路表示法(228)

8.1.4PLD的分類(229)

8.2低密度可編程邏輯器件(229)

8.2.1可編程只讀存儲器(230)

8.2.2可編程邏輯陣列（PLA）(235)

*8.2.3可編程陣列邏輯（PAL）(237)

8.2.4通用陣列邏輯（GAL）(238)

8.3高密度可編程邏輯器件(241)

8.3.1復雜可編程邏輯器件(241)

8.3.2現(xiàn)場可編程門陣列(248)

8.3.3在系統(tǒng)可編程邏輯器件(257)

8.4在系統(tǒng)編程技術簡介(263)

8.4.1ISP技術的主要特點(263)

8.4.2編程原理與接口電路(264)

8.4.3開發(fā)軟件與設計流程(266)

習題八(268)

第9章綜合應用舉例(270)

9.1簡單運算器設計(270)

9.1.1設計要求(270)

9.1.2功能描述(270)

9.1.3電路設計(271)

9.2時序信號發(fā)生器設計(273)

9.2.1設計要求(273)

9.2.2功能描述(273)

9.2.3電路設計(274)

9.3地址譯碼電路設計(276)

9.3.1設計要求(276)

9.3.2功能描述(277)

9.3.3電路設計(277)

9.4彈道計時器設計(281)

9.4.1設計要求(281)

9.4.2功能描述(281)

9.4.3電路設計(282)

9.5汽車尾燈控制器設計(284)

9.5.1設計要求(284)

9.5.2功能描述(285)

9.5.3電路設計(286)

9.6數(shù)字鐘設計(288)

9.6.1設計要求(288)

9.6.2功能描述(288)

9.6.3電路設計(289)

習題九(292)

附錄A硬件描述語言VHDL基礎(294)

A.1VHDL概述(294)

A.2VHDL的語言要素(300)

A.3VHDL的基本語句(306)

A.4VHDL設計舉例(313)

附錄B英漢名詞對照(318)

參考文獻(322)

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