数字电子技术基础

第1章 数字逻辑基础 1 1.1 概述 1 1.1.1 数字量和模拟量 1 1.1.2 数字技术的特点 2 1.1.3 数字电路的发展 2 1.1.4 数字电路的研究对象、分析工具及描述方法 4 1.2 数制与数值转换 4 1.2.1 数制 4 1.2.2 数制之间的相互转换 6 1.3 二进制编码 10 1.3.1 二-十进制编码器(BCD码) 10 1.3.2 检错纠错码 12 1.4 三种基本逻辑运算 14 1.4.1 与运算 15 1.4.2 或运算 15 1.4.3 非运算 16 1.4.4 常用复合逻辑 17 1.5 逻辑代数基本定理 18 1.5.1 逻辑函数的基本定理 19 1.5.2 基本规则 20 1.5.3 常用公式 21 1.5.4 基本定律的应用 23 1.6 逻辑函数及其表示方法 24 1.6.1 逻辑函数的定义 24 1.6.2 逻辑函数的表示方法 24 1.7 逻辑函数的化简 26 1.7.1 逻辑函数化简的意义 26 1.7.2 代数化简法 27 1.7.3 卡诺图化简法 28 本章小结 37 思考题与习题 38 第2章 逻辑门电路 42 2.1 *简单的与、或、非门电路 42 2.1.1 二极管的开关特性 43 2.1.2 三极管的开关特性 44 2.1.3 简单的与、或、非门电路 45 2.2 TTL与非门电路 48 2.2.1 TTL与非门的工作原理 48 2.2.2 TTL与非门的外特性 50 2.2.3 TTL与非门的主要参数 53 2.2.4 抗饱和TTL电路 56 2.2.5 集电极开路与非门和三态与非门 57 2.3 CMOS门电路 61 2.3.1 NMOS逻辑门电路 61 2.3.2 CMOS逻辑门电路 62 2.3.3 CMOS传输门 65 2.4 逻辑门电路使用中的几个实际问题 66 2.4.1 各种门电路之间的接口问题 66 2.4.2 多余输入端的处理措施 68 2.4.3 集成逻辑门器件的选择 68 本章小结 68 思考题与习题 69 第3章 组合逻辑电路 73 3.1 概述 73 3.1.1 组合逻辑电路的特点 73 3.1.2 组合逻辑电路逻辑功能描述方式 74 3.2 组合逻辑电路的分析方法 74 3.3 组合逻辑电路的设计方法 77 3.3.1 组合逻辑电路设计的基本思想 77 3.3.2 组合逻辑电路的一般设计方法 78 3.3.3 组合逻辑电路的设计举例 79 3.4 编码器与译码器 81 3.4.1 编码器 81 3.4.2 译码器 86 3.5 数据分配器与数据选择器 94 3.5.1 数据分配器 94 3.5.2 数据选择器 94 3.6 算术运算电路 98 3.6.1 加法器 98 3.6.2 加法器应用举例 100 3.6.3 数值比较器 102 3.7 组合逻辑电路中的竞争-冒险 104 3.7.1 产生竞争-冒险的原因 104 3.7.2 冒险现象的判别 106 3.7.3 消除冒险的方法 107 本章小结 109 思考题与习题 109 第4章 触发器 115 4.1 基本触发器 115 4.1.1 基本触发器的逻辑结构和工作原理 115 4.1.2 基本触发器功能的描述 116 4.1.3 基本触发器的应用 118 4.2 同步触发器 118 4.2.1 同步RS触发器 118 4.2.2 同步D触发器 119 4.2.3 同步触发器的触发方式和空翻问题 120 4.3 主从触发器 121 4.3.1 主从触发器基本原理 121 4.3.2 主从触发器一次翻转现象 126 4.4 边沿触发器 126 4.5 触发器类型的转换 128 4.5.1 T触发器和T′触发器 128 4.5.2 触发器的类型转换 129 4.6 触发器的脉冲工作特性 130 4.6.1 主从JK触发器的脉冲工作特性 131 4.6.2 维持阻塞D触发器的脉冲工作特性 132 本章小结 133 思考题与习题 133 第5章 时序逻辑电路 141 5.1 概述 141 5.1.1 时序逻辑电路的基本结构 141 5.1.2 时序逻辑电路的描述方法 142 5.2 时序逻辑电路的分析方法 143 5.2.1 同步时序逻辑电路分析举例 143 5.2.2 异步时序逻辑电路分析举例 146 5.3 寄存器和移位寄存器 147 5.3.1 寄存器 147 5.3.2 移位寄存器 148 5.4 计数器 150 5.4.1 2n进制计数器组成规律 150 5.4.2 集成计数器 154 5.5 常见时序逻辑电路的设计方法 158 5.5.1 同步时序逻辑电路的设计方法 158 5.5.2 任意进制计数器的构成方法 160 5.6 顺序脉冲发生器和序列信号发生器 162 5.6.1 顺序脉冲发生器 162 5.6.2 序列信号发生器 163 本章小结 165 思考题与习题 165 第6章 半导体存储器 173 6.1 概述 173 6.2 只读存储器 174 6.3 随机存储器 182 本章小结 188 思考题与习题 189 第7章 脉冲波形的产生与变换 192 7.1 概述 192 7.2 多谐振荡器 193 7.2.1 简单环形振荡器 193 7.2.2 带RC延迟的环形振荡器 193 7.2.3 采用石英晶体的多谐振荡器 196 7.3 单稳态触发器 197 7.3.1 门电路构成的单稳态触发器 197 7.3.2 集成单稳态触发器 199 7.3.3 单稳态触发器的应用 201 7.4 施密特触发器 202 7.4.1 门电路构成的施密特触发器 203 7.4.2 施密特触发器的应用 205 7.5 555定时器及其应用 206 7.5.1 电路组成及工作原理 206 7.5.2 555构成的施密特触发器 208 7.5.3 555构成的单稳态触发器 208 7.5.4 555构成的多谐振荡器 209 本章小结 210 思考题与习题 211 第8章 数/模与模/数转换电路 216 8.1 概述 216 8.2 数/模转换电路 217 8.2.1 数/模转换的基本原理 217 8.2.2 典型的D/A转换电路 217 8.2.3 D/A转换器的输出方式 220 8.2.4 D/A转换器的主要技术参数 222 8.2.5 集成D/A转换器举例 224 8.3 模/数转换电路 224 8.3.1 模/数转换的基本原理 224 8.3.2 直接A/D转换器 226 8.3.3 间接A/D转换器 231 8.3.4 A/D转换器的主要技术参数 233 8.3.5 集成A/D转换器举例 234 本章小结 235 思考题与习题 235 第9章 可编程逻辑器件 239 9.1 概述 239 9.2 PLA和PAL的电路结构 241 9.2.1 PLA的电路结构与应用举例 241 9.2.2 PAL的电路结构与应用举例 243 9.3 通用阵列逻辑 247 9.3.1 GAL器件的基本结构 248 9.3.2 可编程输出逻辑宏单元 249 9.3.3 GAL器件的特点 253 9.4 高密度可编程逻辑器件 253 9.4.1 典型的CPLD结构 254 9.4.2 现场可编程门阵列 259 本章小结 262 思考题与习题 262 第10章 数字系统硬件设计 265 10.1 VHDL概述 265 10.1.1 硬件描述语言的发展 265 10.1.2 VHDL的特点 266 10.1.3 VHDL的设计技术 268 10.2 VHDL的基本设计流程 269 10.3 VHDL程序基本结构 271 10.3.1 VHDL设计的基本单元及其构成 272 10.3.2 实体 273 10.3.3 结构体 274 10.3.4 库和程序包 277 10.3.5 配置 280 10.4 VHDL数据类型与运算操作符 282 10.4.1 VHDL文字规则 282 10.4.2 标识符及其表述规则 284 10.4.3 数据对象 285 10.4.4 数据类型 289 10.4.5 VHDL操作符 298 10.5 属性 303 10.5.1 预定义属性 303 10.5.2 用户自定义属性 306 本章小结 306 思考题与习题 307 第11章 VHDL逻辑电路设计 308 11.1 VHDL描述语句 308 11.1.1 顺序语句 308 11.1.2 并行描述语句 317 11.2 组合逻辑电路设计 326 11.2.1 三态门电路和双向端口 326 11.2.2 编码器和译码器 327 11.2.3 串行进位加法器 329 11.2.4 计算矢量中0的个数的电路 330 11.3 时序逻辑电路设计 330 11.3.1 JK触发器 331 11.3.2 移位寄存器 332 11.3.3 数字分频器 332 11.3.4 两位十进制计数器 334 本章小结 338 思考题与习题 339 第12章 Quartus软件及仿真测试平台 340 12.1 工程与实体 340 12.2 仿真测试 345 12.3 适配下载 349 本章小结 351 参考文献 352