數字電路與邏輯設計（高等學校電子信息類專業係列教材） 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容簡介

　　

　　本書分為三篇，共12章。第一篇為數字電路基礎，分為2章，主要講述數字電路的基本概念、數製與編碼以及數字係統分析與設計的工具——邏輯代數。第二篇講述數字係統設計中常用的集成電路，分為7章，以原理為主綫，以器件為目標，講述基本門電路、組閤邏輯電路、時序邏輯電路、存儲器、脈衝電路和A/D、D/A轉換器，並通過章內的思考與練習、章末典型的設計項目讓讀者及時地掌握知識點並加以應用。第三篇介紹數字設計新技術，分為3章，主要介紹EDA技術的概念、Verilog HDL硬件描述語言以及常用數字器件的描述和有限狀態機的設計方法，並配閤設計項目，使讀者能夠快速地熟悉數字係統設計新技術。

　　本書可作為電子信息類、計算機類等專業本科教材或教學參考書，也可以作為數字電路自學或電子技術課程設計的參考書。

　　

作者簡介

　　作者簡介

　　張俊濤 陝西科技大學電氣與信息工程學院教授、碩士生導師，中國電子學會高級會員，陝西省電子綫路教學指導委員會委員。長期從事電類專業基礎課程教學和實踐教學、電子信息類專業課程教學以及軟件無綫電、嵌入式係統應用等領域的科研工作，先後開設“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“信號與係統”、“EDA技術及應用”、“數字信號處理”、“高頻電路”和“單片機原理及應用”等多門本科生課程以及“電子係統設計技術”研究生課程，同時組織和指導全國大學生電子設計競賽、EDA/SOPC電子設計專題競賽和模數混閤電路應用設計競賽等共10多屆，獲*奬10多項，省級奬百餘項。發錶學術論文60餘篇，其中EI檢索6餘篇。主持省部級及企業閤作科研項目8項。授權國傢發明專利2項，主編和參編教材5部。

目錄

第一篇數字電路基礎

第1章緒論

1.1數字信號與數字電路

1.2數製

1.2.1十進製

1.2.2二進製

1.2.3十六進製

1.2.4不同進製的轉換

1.3補碼

1.4編碼

1.4.1十進製代碼

1.4.2循環碼

1.4.3ASCII碼

習題

第2章邏輯代數基礎

2.1邏輯運算

2.1.1與邏輯

2.1.2或邏輯

2.1.3非邏輯

2.1.4兩種復閤邏輯

2.1.5兩種特殊邏輯

2.2邏輯代數中的公式

2.2.1基本公式

2.2.2常用公式

2.2.3關於異或邏輯

2.3三種規則

2.3.1代入規則

2.3.2反演規則

2.3.3對偶規則

2.4邏輯函數的錶示方法

2.4.1真值錶

2.4.2函數錶達式

2.4.3邏輯圖

2.4.4錶示方法的相互轉換

2.5邏輯函數的標準形式

2.5.1最小項錶達式

2.5.2最大項錶達式

2.6邏輯函數的化簡

2.7無關項及其應用

習題

第二篇數字集成電路

第3章門電路

3.1分立元件門電路

3.1.1二極管與門

3.1.2二極管或門

3.1.3三極管反相器

3.2集成門電路

3.2.1CMOS反相器

3.2.2其他邏輯門電路

3.2.3兩種特殊門電路

3.2.4CMOS傳輸門

3.3設計項目

習題

第4章組閤邏輯器件

4.1組閤邏輯電路概述

4.2組閤電路的分析與設計

4.2.1組閤電路設計

4.2.2組閤電路分析

4.3常用組閤邏輯器件

4.3.1編碼器

4.3.2譯碼器

4.3.3數據選擇器與分配器

4.3.4加法器

4.3.5數值比較器

4.3.6奇偶校驗器

4.4設計項目

習題

第5章鎖存器與觸發器

5.1基本鎖存器及其描述方法

5.2門控鎖存器

5.3脈衝觸發器

5.4邊沿觸發器

5.5邏輯功能和動作特點

5.6設計項目

習題

第6章時序邏輯器件

6.1時序邏輯電路概述

6.2時序電路的功能描述

6.2.1狀態轉換錶

6.2.2狀態轉換圖

6.2.3時序圖

6.3時序電路的分析與設計

6.3.1時序電路分析

6.3.2時序電路設計

6.4寄存器與移位寄存器

6.4.1寄存器

6.4.2移位寄存器

6.5計數器

6.5.1同步計數器設計

6.5.2異步計數器分析

6.5.3其他進製計數器的改接

6.5.4兩種特殊計數器

6.6典型時序邏輯單元電路

6.6.1順序脈衝發生器

6.6.2序列信號産生器

6.7設計項目

6.7.1交通燈控製器設計

6.7.2簡易頻率計設計

6.7.3數碼管控製器設計

習題

第7章半導體存儲器

7.1ROM

7.2RAM

7.2.1靜態RAM

7.2.2動態RAM

7.3存儲容量的擴展

7.4ROM的應用

7.4.1實現組閤邏輯函數

7.4.2實現代碼轉換

7.4.3構成函數發生器

7.5設計項目

7.5.1DDS信號源設計

7.5.2LED點陣驅動電路設計

習題

第8章脈衝電路

8.1描述脈衝的主要參數

8.2555定時器及應用

8.2.1施密特電路

8.2.2單穩態電路

8.2.3多諧振蕩器

8.3設計項目

習題

第9章數模與模數轉換器

9.1數模轉換器

9.1.1權電阻網絡DAC

9.1.2梯形電阻網絡DAC

9.1.3D/A轉換器的性能指標

9.2模數轉換器

9.2.1采樣�脖３值緶�

9.2.2量化與編碼電路

9.2.3A/D轉換器的性能指標

9.3設計項目

9.3.1可編程增益放大器設計

9.3.2數控直流穩壓電源設計

9.3.3溫度測量電路設計

習題

第三篇數字設計新技術

第10章EDA技術基礎

10.1EDA技術綜述

10.1.1PLD的發展曆史

10.1.2硬件描述語言

10.1.3EDA工具軟件

10.2VerilogHDL

10.2.1Verilog基本結構

10.2.2三種描述方法

10.2.3層次化設計方法

10.3VerilogHDL語法

10.3.1基本語法

10.3.2數據類型

10.3.3參數定義

10.3.4操作符

10.4測試激勵文件

第11章常用數字器件的描述

11.1組閤器件的描述

11.1.1基本門電路

11.1.2編碼器

11.1.3譯碼器

11.1.4數據選擇器

11.1.5數值比較器

11.1.6三態緩衝器

11.1.7奇偶校驗器

11.2時序器件的描述

11.2.1鎖存器與觸發器

11.2.2計數器

11.2.3分頻器

11.2.4雙口RAM

11.3設計項目

11.3.1100MHz頻率計設計

11.3.2正弦波信號源設計

11.3.3VGA彩格控製電路設計

習題

第12章有限狀態機設計

12.1狀態機一般設計方法

12.2狀態編碼

12.3狀態機設計示例

12.4設計項目

12.4.1逐次漸近型A/D轉換器的設計

12.4.2交通燈控製器的設計

12.4.3等精度頻率計的設計

習題

附錄A常用門電路邏輯符號對照錶

附錄B常用元器件引腳速查

參考文獻

精彩書摘

　　第3章門電路

　　實現基本邏輯關係和復閤邏輯關係的單元電子綫路稱為門電路(gates)。門電路是最基本的數字電路，其名稱源於它們能夠控製數字信息的流動。

　　邏輯代數中定義瞭與、或、非、與非、或非、異或和同或共7種邏輯運算，相應地，實現上述邏輯關係的門電路分彆稱為與門、或門、非門、與非門、或非門、異或門和同或門。由於非門的輸齣與輸入狀態相反，所以習慣上稱為反相器。

　　在門電路中，用高電平和低電平錶示邏輯代數中的1和0。所謂電平，是指相對於電路中特定的參考點(一般為“地”)，電路的輸入、內部節點以及輸齣電位的高低。

　　TTL門電路的電源電壓規定為5V，定義2.0~5.0V為高電平，0~0.8V為低電平，如圖3��1(a)所示，而0.8~2.0V則認為是高電平和低電平之間的不確定狀態。CMOS門電路的電源電壓取5V時，定義3.5~5.0V為高電平，0~1.5V為低電平，如圖3��1(b)所示，而1.5~3.5V則認為是高電平和低電平之間的不確定狀態。

　　用高、低電平錶示邏輯代數中的0和1有正邏輯和負邏輯兩種賦值方法，如圖3��2所示。用高電平錶示邏輯1、低電平錶示邏輯0，稱為正邏輯賦值；相反地，用高電平錶示邏輯0、低電平錶示邏輯1，稱為負邏輯賦值。兩種賦值方法等價，為思維統一起見，本書默認采用正邏輯。

　　圖3��1邏輯電平的定義

　　圖3��2正/負邏輯錶示法

　　高、低電平可以通過如圖3��3所示的開關電路産生。設VCC=5V，對於圖3��3(a)所示的單開關電路，當輸入信號控製開關S閉閤時輸齣vO為低電平，S斷開時通過上拉電阻使vO=VCC，輸齣為高電平。

　　對於圖3��3(b)所示的互補開關電路，輸入信號控製開關S1閉閤、S2斷開時，vO輸齣為高電平；控製開關S1斷開、S2閉閤時，vO輸齣為低電平。

　　圖3��3獲得高、低電平的開關電路模型

　　圖3��3中的開關可以用晶體二極管、三極管或場效應管實現。因為二極管在外加正嚮電壓時導通，外加反嚮電壓時截止，能夠錶示開關的閉閤和斷開。工作在飽和區和截止區的三極管同樣能夠錶示開關的閉閤和斷開。場效應管作為開關的原理與三極管類似。

　　3.1分立元件門電路

　　門電路可以基於二極管、三極管或場效應管這些分立元件設計。二極管可以構成與門和或門，而非門則需要基於三極管或場效應管設計。

　　二極管為非綫性元件，常用矽二極管的伏安特性如圖3��4所示。從伏安特性麯綫可以看齣，二極管在外加反嚮電壓但還未達到擊穿電壓時隻有非常小的漏電流流過(一般為pA級)，此漏電流可以忽略不計，認為二極管截止；

　　圖3��4二極管的伏安特性

　　二極管在外加正嚮電壓並高於閾值電壓時導通，有明顯的電流流過。對於矽二極管來說，該閾值電壓一般在0.5V左右。

　　二極管在近似分析中通常用模型代替，以簡化電路分析。圖3��5是二極管常用的3種近似模型，圖中的虛綫錶示二極管實際的伏安特性，實綫則錶示其模型的伏安特性。

　　圖3��5二極管的3種近似模型

　　圖3��5(a)稱為理想模型。理想模型將二極管看作理想開關，外加正嚮電壓時導通，並且導通電阻rON=0；外加反嚮電壓時截止，並且截止電阻rOFF=∞。

　　圖3��5(b)稱為恒壓降模型。恒壓降模型認為二極管外加正嚮電壓達到導通電壓VON時纔能導通，並且導通電阻rON=0；外加電壓小於VON時截止，截止電阻rOFF=∞。對於矽二極管來說，VON一般按0.7V進行估算。

　　圖3��5(c)稱為摺綫模型。在摺綫模型中二極管導通時仍有一定的導通電阻，即rON≠0，其兩端電壓v隨著電流i的隨大而增大。導通電阻定義為rON=Δv/Δi。

　　由於邏輯電平定義為一段範圍，而不是一個確定的數值，因此對於數字電路來說，無論采用哪種模型分析都並不影響電路邏輯關係的正確性。為方便分析，同時考慮盡量接近二極管實際的伏安特性，下麵將采用恒壓降模型進行分析。

　　3.1.1二極管與門

　　兩輸入二極管與門電路如圖3��6所示，圖中A、B為兩個輸入變量，Y為輸齣變量。

　　圖3��6兩輸入與門

　　設電源VCC=5V，輸入端A和B的高電平VIH為3V，低電平VIL為0V。兩個輸入端電平的組閤共有4種可能性：0V/0V、0V/3V、3V/0V和3V/3V。當A、B中至少有一個為低電平時，二極管D1和D2至少有一個導通，由於二極管的導通壓降約為0.7V左右，所以輸齣電平被限製為0.7V左右；當A、B同時為高電平時，二極管D1和D2同時導通，輸齣電平纔會升到3.7V。根據上述分析可以得到錶示輸齣與輸入之間電平關係的電平錶，如錶3��1所示。

　　錶3��1圖3��6電路電平錶

……

前言/序言

　　前言

　　“數字電路與邏輯設計”是電子信息類和計算機類相關專業一門重要的專業基礎課程，理論性和實踐性都很強。在多年的電子技術教學實踐中，作者深切地體會到高等教育必須適應社會的需求，將學以緻用作為培養目標，組織教材內容和編寫模式，設計項目和習題，使學生能夠從係統的角度學習數字電路，進而提高係統設計的能力。

　　本書作者具有二十多年的電子技術教學經驗，主講EDA技術課程十多年，並具有組織和指導大學生電子設計競賽、EDA/SOPC電子設計專題、模擬及模數混閤應用電路競賽十多屆的豐富經驗，為瞭達到學以緻用的培養目標，作者在教材的架構、內容的側重點、設計項目的構思、思考與練習和習題的精選等方麵深入思考、精心安排。為瞭體現“數字電路與邏輯設計”課程的專業基礎性，並兼顧沒有時序電路難以有效構成數字係統的應用特點，本書采用理論與實踐相結閤的編排方式，在講清數字電路理論的同時，注重器件的原理、功能及特性。為瞭突齣教材的針對性和實用性，多數章節配有用於課堂啓發教學的思考與練習，並在章末附有設計項目和習題，由淺入深，舉一反三，注重係統觀點的培養和應用能力的提高。

　　全書共三篇。第一篇為數字電路基礎，分為2章，主要講述數字電路的基本概念、數製與編碼以及數字電路分析與設計的工具——邏輯代數。第二篇講述數字係統設計中常用的集成電路，分為7章，以原理為主綫，以器件為目標，並通過章內的思考與練習、章末典型的設計項目以便讀者及時地掌握知識點並加以應用。第三篇介紹數字設計新技術，分為3章，主要介紹EDA技術的概念、Verilog HDL硬件描述語言以及常用數字器件的描述和有限狀態機的設計方法，並配閤設計項目，使讀者能夠快速地熟悉數字係統設計新技術。

　　本書的編寫力求突齣3個特點：

　　（1） 精簡——以應用為導嚮，注重原理設計，簡化器件內部電路分析，突齣器件的功能、特性和應用；

　　（2） 完整——在精選內容的同時，注重知識點的完整性。基本門電路、組閤邏輯電路、時序邏輯電路、存儲器、脈衝電路和A/D、D/A轉換器在數字係統設計中不可或缺，因此本書均有介紹。

　　（3） 實用——通過章內的思考與練習以及許多典型的設計項目和設計性習題，由淺入深，循序漸進，培養讀者係統設計的能力。

　　本書由張俊濤編寫，陳曉莉幫助繪製瞭教材中的插圖，並對書稿進行瞭多次審核。在本書編寫過程中，作者參考瞭國內外許多經典的數字電路教材和著作，在此嚮相關作者錶示深深的謝意。

　　本書可作為電子信息類、計算機類等專業本科教材或教學參考書，也可以作為數字電路自學和電子技術課程設計的參考書。將本書作為教材時可采用少學時和多學時兩種教學模式，少學時可隻講述第一篇和第二篇，因為前兩篇已經涵蓋瞭傳統數字電子技術的經典內容； 多學時可選講第三篇，以拓展視野，進一步提高數字係統設計的能力。

　　鑒於作者的水平，書中難免存在疏漏、不妥甚至錯誤之處，懇請讀者提齣批評意見和改進建議。

　　編者2017年5月

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