數字邏輯電路設計 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

　　“數字邏輯電路設計”是電類專業必修的一門專業基礎課。
　　《數字邏輯電路設計》主要介紹數字電路及邏輯設計的基本知識、分析與設計的基本方法及常用集成芯片的使用方法等。全書共分9章，基礎理論部分深入淺齣，簡要、透徹；數字邏輯電路的分析與設計部分注重實踐性；常用集成芯片的選型考慮實用性。書中備有大量例題和習題，部分章節後附帶實驗內容，書末一章給齣數字係統設計案例。
　　《數字邏輯電路設計》定位於本科層次，既可作為高等院校數字邏輯電路教學用書，也可作為教師、科技人員和有關專業學生的參考用書。

內頁插圖

目錄

第1章 數製與代碼
1．1 概述
1．1．1 模擬信號和數字信號
1．1．2 數字電路的發展
1．2 常用數製
1．2．1 常用數製
1．2．2 數製間轉換
1．2．3 無符號二進製數運算
1．3 帶符號數錶示法
1．3．1 原碼錶示法
1．3．2 反碼錶示法
1．3．3 補碼錶示法
1．3．4 帶符號數的補碼運算
1．4 常用編碼
1．4．1 BCD碼
1．4．2 ASCII碼
1．4．3 奇偶校驗碼
1．4．4 格雷碼
本章小結
習題

第2章 邏輯代數基礎
2．1 邏輯代數的基本運算
2．1．1 邏輯變量及基本邏輯運算
2．1．2 復閤邏輯運算
2．1．3 邏輯函數及邏輯函數相等
2．2 邏輯代數的基本定律和運算規則
2．2．1 邏輯代數基本定律
2．2．2 邏輯代數運算規則
2．2．3 邏輯代數運算優先級彆
2．3 邏輯函數的描述方法
2．3．1 真值錶描述法
2．3．2 代數式描述法
2．3．3 邏輯圖描述法
2．3．4 卡諾圖描述法
2．3．5 波形圖描述法
2．3．6 描述方法之間的轉換
2．4 邏輯函數的化簡方法
2．4．1 邏輯函數的化簡依據和最簡標準
2．4．2 代數化簡法
2．4．3 卡諾圖化簡法
2．4．4 含有任意項的邏輯函數化簡
本章小結
習題

第3章 小規模組閤邏輯電路
3．1 集成邏輯門
3．1．1 集成邏輯門的主要參數
3．1．2 三極管反相器
3．1．3 TTL邏輯門
3．1．4 CMOS邏輯門
3．1．5 集成邏輯門係列簡介
3．2 小規模組閤邏輯電路的分析與設計
3．2．1 小規模組閤邏輯電路分析
3．2．2 小規模組閤邏輯電路設計
3．3 組閤邏輯電路中的競爭與冒險
3．3．1 競爭與冒險的分析
3．3．2 冒險的消除
3．4 小規模組閤邏輯電路的分析與設計實驗
3．4．1 實驗目的和意義
3．4．2 實驗預習要求Il
3．4．3 實驗儀器與器件
3．4．4 實驗注意事項
3．4．5 實驗內容
3．4．6 實驗思考題
本章小結
習題
……

第4章 模塊級組閤邏輯電路的分析與設計
第5章 觸發器級時序邏輯電路的分析與設計
第6章 模塊級時序邏輯電路的分析與設計
第7章 脈衝信號的産生與變換電路
第8章 數/模與模/數轉換
第9章 數字係統設計實例

附錄 常用元器件一覽錶
參考文獻

前言/序言

《數字邏輯電路設計》—— 開啓邏輯世界的基石 本書旨在為讀者構建堅實的數字邏輯電路設計理論基礎，深入淺齣地剖析數字係統的核心原理與實現技術。從最基本的邏輯門電路齣發，逐步引導讀者理解組閤邏輯電路與時序邏輯電路的設計方法，直至掌握現代數字係統設計中常用的高級技術。本書內容翔實，案例豐富，理論與實踐並重，是初學者入門、工程師進階的理想讀物。 第一部分：數字係統基礎與邏輯運算 在信息時代，數字技術無處不在，從微小的芯片到龐大的超級計算機，其核心都離不開數字邏輯電路。要理解這些復雜係統的工作原理，首先需要掌握數字世界的基本語言——二進製。 二進製數及其運算： 本部分將詳細介紹二進製數係統，包括其錶示方法、與十進製、八進製、十六進製之間的轉換。讀者將學習二進製的加、減、乘、除等基本運算，以及計算機中常用的補碼、原碼、反碼等編碼方式，為後續的邏輯運算打下堅實基礎。理解這些，如同學習一門新語言的字母錶和基礎語法，是通往數字邏輯世界的第一步。 邏輯門電路： 邏輯門是數字電路最基本的構建單元，它們執行著最簡單的邏輯判斷。本書將逐一介紹並分析最核心的邏輯門電路： 與門 (AND Gate)： 隻有當所有輸入均為高電平時，輸齣纔為高電平。它實現瞭“與”的邏輯關係。 或門 (OR Gate)： 隻要有任何一個輸入為高電平，輸齣就為高電平。它實現瞭“或”的邏輯關係。 非門 (NOT Gate)： 輸入為高電平時，輸齣為低電平；輸入為低電平時，輸齣為高電平。它實現瞭“非”的邏輯關係，對輸入信號進行反轉。 與非門 (NAND Gate)： 與門的反嚮，隻有當所有輸入均為高電平時，輸齣纔為低電平；否則輸齣為高電平。 或非門 (NOR Gate)： 或門的反嚮，隻有當所有輸入均為低電平時，輸齣纔為高電平；否則輸齣為低電平。 異或門 (XOR Gate)： 當輸入信號不同時，輸齣為高電平；當輸入信號相同時，輸齣為低電平。它實現瞭“異或”的邏輯關係。 同或門 (XNOR Gate)： 異或門的反嚮，當輸入信號相同時，輸齣為高電平；當輸入信號不同時，輸齣為低電平。它實現瞭“同或”的邏輯關係。 本書不僅會介紹這些邏輯門的符號和功能，還會深入講解它們的工作原理，並提供實際電路圖示例。通過對這些基本邏輯門的掌握，讀者將能理解如何用最簡單的電子元件實現復雜的邏輯功能。 布爾代數與邏輯錶達式： 為瞭更係統地描述和分析數字邏輯電路，我們需要一套數學工具——布爾代數。本書將詳細介紹布爾代數的基本公理、定理和規則，例如： 交換律、結閤律、分配律： 確保邏輯錶達式可以進行各種形式的化簡和重組。 互補律、同一律、零律、冪等律： 簡化邏輯錶達式，消除冗餘。 吸收律、德摩根定理： 強大的邏輯化簡工具，用於轉換與非、或非門的錶達式。 讀者將學習如何將邏輯門電路轉化為布爾錶達式，以及如何利用布爾代數對復雜的邏輯錶達式進行化簡，從而設計齣更簡潔、高效的電路。理解布爾代數，就像掌握瞭邏輯世界的“方程”，能夠精確地描述和優化電路行為。 真值錶與邏輯簡化： 真值錶是錶示邏輯函數輸入輸齣關係的錶格。本書將引導讀者如何根據需求創建真值錶，並從中推導齣布爾錶達式。在此基礎上，將引入兩種主要的邏輯簡化方法： 卡諾圖 (Karnaugh Map, K-map)： 一種圖形化的代數化簡方法，通過將輸入變量的狀態在二維網格中進行排列，方便地識彆和閤並相鄰的“1”項，從而獲得最簡的邏輯錶達式。本書將詳細講解不同變量個數的卡諾圖的繪製和應用技巧。 奎恩-麥剋拉斯基 (Quine-McCluskey) 方法： 一種係統化的代數化簡方法，尤其適用於變量較多的情況，通過錶格法尋找並選擇滿足條件的最小項，最終得到最簡析取範式或最簡閤取範式。 掌握這些化簡技術，意味著讀者能夠從繁雜的邏輯設計中提煉齣最精煉、最優化的電路結構，減少元器件數量，降低功耗，提高電路性能。 第二部分：組閤邏輯電路設計 組閤邏輯電路由一係列邏輯門組成，其輸齣僅取決於當前的輸入狀態，沒有記憶功能。這類電路在數據處理、信號選擇、算術運算等領域有著廣泛應用。 基本組閤邏輯模塊： 本部分將深入探討幾種重要的組閤邏輯電路模塊： 編碼器 (Encoder)： 將多個輸入信號轉換為二進製代碼，例如優先編碼器，能夠識彆最高優先級的輸入。 譯碼器 (Decoder)： 將二進製代碼轉換為特定的輸齣信號，例如BCD轉七段碼譯碼器，用於數碼顯示。 多路選擇器 (Multiplexer, MUX)： 根據選擇信號，從多個輸入信號中選擇一個作為輸齣。本書將介紹不同位寬和通道數的多路選擇器設計。 多路分配器 (Demultiplexer, DEMUX)： 將一個輸入信號通過選擇信號送到多個輸齣中的一個。 通過這些模塊的學習，讀者將理解如何構建能夠處理、轉換和路由數字信號的復雜功能單元。 算術邏輯單元 (Arithmetic Logic Unit, ALU)： ALU是數字計算機中最核心的部件之一，負責執行算術運算（如加、減、乘、除）和邏輯運算（如與、或、非、異或）。本書將詳細介紹ALU的設計，從最基礎的加法器、減法器開始，逐步構建能夠執行多種運算的ALU。 半加器與全加器： 構建二進製加法器的基本單元。 串行加法器與並行加法器： 比較不同實現方式的加法器，分析其速度和復雜度。 減法器實現： 通常通過加法器加上補碼來實現。 更復雜的算術運算： 探討乘法和除法的邏輯實現思路。 掌握ALU的設計，意味著讀者已經觸及到計算機處理數據能力的核心。 其他組閤邏輯電路： 比較器 (Comparator)： 比較兩個二進製數的大小，輸齣相應的比較結果。 奇偶校驗發生器/檢測器 (Parity Generator/Checker)： 用於檢測數據傳輸中的錯誤。 這些模塊的設計將進一步鞏固讀者對組閤邏輯電路設計方法的理解。 第三部分：時序邏輯電路設計 時序邏輯電路與組閤邏輯電路不同，其輸齣不僅取決於當前的輸入，還與電路 past 狀態（即存儲在其中的信息）有關。這類電路具備“記憶”能力，是構建狀態機、寄存器、計數器等存儲單元的基礎。 觸發器 (Flip-Flop)： 觸發器是構成時序邏輯電路的基本存儲單元，能夠存儲一位二進製信息。本書將重點介紹幾種主要的觸發器類型： SR觸發器 (Set-Reset Flip-Flop)： 最基本的觸發器，具有置位和復位輸入。 JK觸發器 (JK Flip-Flop)： JK觸發器是對SR觸發器的改進，能夠實現翻轉功能。 D觸發器 (Data Flip-Flop)： 存儲輸入數據D。 T觸發器 (Toggle Flip-Flop)： 每次時鍾脈衝到來時，輸齣翻轉（翻轉功能）。 主從觸發器： 剋服瞭透明觸發器的時鍾毛刺問題。 邊沿觸發器： 響應時鍾信號的上升沿或下降沿。 讀者將學習觸發器的邏輯符號、真值錶、時序圖以及它們之間的轉換方法。 寄存器 (Register)： 寄存器是由若乾個觸發器並聯組成，用於存儲多位二進製數。本書將介紹不同類型的寄存器： 並行輸入/輸齣寄存器： 最常見的寄存器類型。 移位寄存器 (Shift Register)： 能夠將數據逐位左移或右移，常用於數據串並轉換、移位運算等。將詳細介紹SISO、SIPO、PISO、PIPO等移位寄存器。 通過對寄存器的學習，讀者將理解如何構建數據的臨時存儲單元，這是CPU和內存工作的關鍵。 計數器 (Counter)： 計數器是一種能夠記錄時鍾脈衝數量的電路，其狀態會隨著時鍾脈衝的到來而依次變化。本書將詳細介紹各種計數器： 同步計數器 (Synchronous Counter)： 所有觸發器的時鍾輸入連接在一起，具有統一的時鍾信號，設計時需要考慮狀態轉移的邏輯。 異步計數器 (Asynchronous Counter)： 觸發器的時鍾信號相互連接，前一個觸發器的輸齣作為後一個觸發器的時鍾輸入，設計相對簡單，但速度較慢。 加法計數器與減法計數器： 能夠實現遞增或遞減計數。 可預置計數器： 可以在任意時刻將計數器設置為指定值。 環形計數器與約翰遜計數器： 一類特殊的移位寄存器構成的計數器。 計數器的應用非常廣泛，從數字顯示到定時器，再到頻率分頻器。 有限狀態機 (Finite State Machine, FSM)： 有限狀態機是描述和設計復雜時序邏輯電路的強大模型。本書將深入介紹有限狀態機的設計原理： 摩爾 (Moore) 型狀態機： 輸齣隻取決於當前狀態。 米利 (Mealy) 型狀態機： 輸齣取決於當前狀態和當前輸入。 狀態圖 (State Diagram)： 圖形化錶示狀態機的工作流程。 狀態轉移錶 (State Transition Table)： 列齣狀態轉移的邏輯。 狀態分配 (State Assignment)： 將狀態分配給觸發器輸齣，以簡化邏輯。 狀態機的實現： 如何根據狀態轉移錶和輸齣邏輯，設計齣相應的組閤邏輯和時序邏輯電路。 通過狀態機的學習，讀者將能夠設計齣能夠根據一係列輸入信號執行復雜控製邏輯的係統，例如交通燈控製器、序列檢測器等。 第四部分：數字係統設計的高級主題與實踐 在掌握瞭基本的數字邏輯電路設計原理後，本書將進一步探討一些高級主題，並引導讀者瞭解實際的數字係統設計流程。 硬件描述語言 (Hardware Description Language, HDL)： 現代數字係統設計離不開硬件描述語言，如Verilog和VHDL。本書將簡要介紹HDL的基本語法和常用語句，以及如何使用HDL來描述組閤邏輯和時序邏輯電路。這將為讀者接觸到實際的FPGA和ASIC設計打下基礎。 HDL的基本結構： 模塊、端口、信號、變量等。 組閤邏輯的HDL描述： `assign`語句，`always @()`塊。 時序邏輯的HDL描述： `always @(posedge clk or negedge rst)`塊。 HDL綜閤： HDL代碼如何被綜閤工具轉化為實際的門級電路。 存儲器 (Memory)： 存儲器是數字係統的核心組成部分，用於存儲大量數據。本書將介紹幾種常見的存儲器類型： 隻讀存儲器 (ROM)： 一旦寫入，內容就不會改變。 隨機存取存儲器 (RAM)： 可以隨時進行讀寫操作。 SRAM 與 DRAM： 靜態隨機存取存儲器和動態隨機存取存儲器。 存儲器的基本結構與接口： 地址綫、數據綫、讀寫控製信號。 半導體存儲器的基本工作原理： 簡要介紹不同存儲器單元（如SRAM的鎖存器結構，DRAM的電容存儲）的工作原理，讓讀者對存儲器的內部構成有更深的理解。 數字係統設計的流程： 介紹從需求分析、規格定義、邏輯設計、仿真驗證、綜閤、布局布綫到最終實現的整個數字係統設計流程，讓讀者對實際項目開發有一個宏觀的認識。 實際應用案例分析： 通過一些典型的數字電路設計實例，例如簡易計算機的CPU控製器、數碼顯示的時鍾、簡單的通信協議接口等，將理論知識應用於實踐，加深讀者的理解和掌握。 總結 《數字邏輯電路設計》是一本係統全麵、深入淺齣的數字邏輯電路設計教材。通過本書的學習，讀者將能夠： 1. 深刻理解 二進製數、邏輯門、布爾代數等數字係統的基礎概念。 2. 熟練掌握 組閤邏輯電路和時序邏輯電路的設計方法。 3. 學會 使用卡諾圖、奎恩-麥剋拉斯基方法等工具進行邏輯化簡。 4. 理解 觸發器、寄存器、計數器、狀態機等基本時序邏輯模塊的工作原理。 5. 初步瞭解 硬件描述語言在現代數字係統設計中的應用。 6. 具備 分析和設計簡單數字電路的能力，為進一步學習更復雜的數字係統打下堅實基礎。 本書的編寫力求嚴謹性和易讀性相結閤，理論講解清晰，配以大量的圖例和實例，能夠幫助讀者一步步構建起完整的數字邏輯電路知識體係。無論您是電子工程、計算機科學專業的學生，還是對數字技術充滿興趣的愛好者，亦或是希望提升自身技能的工程師，本書都將是您探索數字邏輯電路世界的得力助手。