数字逻辑与数字电路 高晶敏 柴海莉 张金龙 9787030254566 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

基本信息

书名：数字逻辑与数字电路

定价：45.00元

作者：高晶敏 柴海莉 张金龙

出版社：科学出版社

出版日期：2009-09-01

ISBN：9787030254566

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.400kg

编辑推荐

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数字电子技术是目前发展为迅速的技术之一，从计算机到通信、广播、电视、医疗仪器和航空航天，几乎所有领域都在应用数字电子技术。随着集成电路的密度不断提高，功能日益复杂，新型器件的相继诞生，相应的数字设计方法也在不断地演变和发展，传统的设计方法已不能完全适应器件的发展。鉴于上述情况，本书在保持数字电子技术理论体系的基础上，不仅介绍了用小规模数字集成电路为基础的数字电路和逻辑设计技术，还重点介绍了中、大规模数字集成电路和可编程逻辑器件。

内容提要

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本书在数字电子技术理论体系基础上，介绍了小规模数字集成电路的逻辑设计技术，并重点介绍了中、大规模数字集成电路和可编程逻辑器件。全书共分8章，包括数字逻辑基础、门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲波形的产生和整形、半导体存储器和可编程逻辑器件、D
／A和A／D转换器。每章后还配有适量习题。


本书可作为高等学校电气信息类各专业的基础课教材，也可供从事电子技术工作的工程技术人员参考。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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跨越时代的数字脉搏：从基础逻辑到精密设计 在人类文明的长河中，信息以电信号的形式悄然流淌，构建起我们所熟知的现代世界。而这一切的基石，正是那精巧绝伦的数字逻辑和数字电路。它们如同赋予机器思维的灵魂，驱动着从计算器到超级计算机，从手机到人工智能的每一次飞跃。本书旨在为读者搭建一座坚实的桥梁，深入浅出地揭示数字世界的奥秘，带领大家领略逻辑的严谨与电路的智慧。 第一章：数字世界的奠基石——数制与编码 在深入探讨数字电路之前，理解信息是如何被表示的至关重要。本章将带领读者从熟悉的十进制数制出发，逐步认识二进制、八进制和十六进制等在计算机领域占据核心地位的数制。我们将深入剖析不同数制之间的转换原理，掌握它们在实际应用中的优势与劣势。 进一步地，我们将目光聚焦于信息的编码。原码、反码、补码，这些看似抽象的概念，实则是计算机内部进行数值运算的基础。我们将详细讲解它们的设计思想、运算规则以及在计算机算术逻辑单元（ALU）中的作用，帮助读者理解为何计算机能够精确地处理负数和执行加减乘除等复杂运算。 此外，BCD码（二进制编码的十进制码）作为一种折衷的编码方式，在本章也将得到充分的介绍。我们将探讨其应用场景，以及它在简化人机交互和某些特定计算任务中的便利性。通过本章的学习，读者将对数字信息的基本表示方法建立起深刻的理解，为后续的学习打下坚实的基础。 第二章：逻辑的殿堂——基本逻辑门与逻辑函数 一旦信息得以表示，我们便需要一套规则来处理和转换这些信息。逻辑门，作为数字电路中最基本的组成单元，正是实现这一功能的基石。本章将系统地介绍与门、或门、非门这三种最基本的逻辑门电路，深入剖析它们的逻辑功能、真值表以及基本符号。 在此基础上，我们将引申出更复杂的组合逻辑门，如与非门、或非门、异或门和同或门。我们将详细阐述它们的逻辑功能，以及它们如何通过组合基本逻辑门来实现。理解这些逻辑门的特性，是掌握更复杂数字电路设计的关键。 更进一步，本章将引入逻辑函数的概念。我们将学习如何使用布尔代数来描述和分析逻辑电路，掌握布尔代数的各种基本定律和定理，例如交换律、结合律、分配律、德摩根定律等。通过运用布尔代数，我们可以对复杂的逻辑函数进行化简，从而设计出更高效、更精简的逻辑电路。我们将演示如何将逻辑电路的输出用逻辑函数表达式表示，以及如何根据逻辑函数表达式来设计相应的逻辑电路。 第三章：化繁为简的艺术——逻辑函数的化简 在数字电路设计中，追求最少数量的逻辑门来实现所需功能，是提高电路性能、降低成本和功耗的重要途径。本章将专注于逻辑函数化简这一核心技能。 我们将首先介绍卡诺图（Karnaugh Map）方法，这是一种直观且易于操作的图形化化简工具。通过将逻辑函数的真值表绘制成卡诺图，我们可以通过圈定相邻的“1”来有效地化简逻辑函数，找出最简乘积和最简和之积形式。我们将详细讲解卡诺图的绘制规则、相邻区的识别方法以及化简步骤。 对于更复杂的逻辑函数，我们将引入多变量卡诺图的化简技巧，并探讨如何处理“无关项”，以获得更优化的化简结果。 除了卡诺图，本章还将介绍代数化简法，即利用布尔代数定律和定理进行逻辑函数的推导和简化。我们将通过大量的实例，演示如何结合代数化简法和卡诺图法，实现对复杂逻辑函数的系统化化简。 掌握逻辑函数化简的技巧，不仅能够帮助我们设计出更优的组合逻辑电路，也为后续学习顺序逻辑电路打下坚实的理论基础。 第四章：组合逻辑电路的设计与应用 在前几章的基础上，本章将带领读者将理论知识应用于实际的组合逻辑电路设计。组合逻辑电路的特点是其输出仅取决于当前的输入，没有记忆功能。 我们将从经典的组合逻辑电路入手，如编码器和译码器。我们将详细分析它们的结构、工作原理和应用场景，例如将键盘输入转换为计算机可识别的二进制码，或者将二进制指令翻译成控制信号。 接着，我们将深入探讨多路选择器（Multiplexer，MUX）和分路选择器（Demultiplexer，DEMUX）。多路选择器能够从多个输入通道中选择一个信号输出，而分路选择器则可以将一个输入信号路由到多个输出通道中的一个。我们将讲解它们的实现方法以及在数据选择、信号分配等方面的广泛应用。 加法器和减法器作为数字电路中最基础的算术运算单元，在本章也将得到重点介绍。我们将从半加器、全加器开始，逐步构建出能进行多位二进制数加减运算的集成电路，并探讨它们的结构和工作原理。 最后，本章还将介绍其他重要的组合逻辑电路，如比较器（Comparator）和奇偶校验发生器（Parity Generator）。通过学习这些经典的组合逻辑电路，读者将能够理解如何将基本的逻辑门和逻辑函数组合起来，构建出满足特定功能需求的复杂数字系统。 第五章：拥有记忆的数字世界——触发器与时序逻辑电路 与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路拥有记忆功能，其输出不仅取决于当前的输入，还取决于电路过去的状态。这一特性使得时序逻辑电路成为构建存储器、计数器、状态机等复杂数字系统的基础。 本章将聚焦于数字电路中最核心的存储单元——触发器（Flip-Flop）。我们将从最简单的SR触发器开始，逐一介绍JK触发器、D触发器和T触发器。我们将详细讲解它们的构成、触发机制、状态转移图以及时钟信号在其中扮演的关键角色。理解不同类型触发器的特性和应用场景，是掌握时序逻辑电路设计的前提。 在此基础上，我们将深入探讨时序逻辑电路的分析方法。我们将学习如何通过状态转移图和状态表来描述一个时序逻辑电路的工作过程，并掌握如何根据状态转移图和状态表来设计相应的时序逻辑电路。 本章还将介绍两种重要的时序逻辑电路家族：寄存器（Register）和计数器（Counter）。寄存器用于存储一组二进制信息，可以实现数据的并行输入和输出。计数器则能够按照预设的规律对时钟脉冲进行计数，广泛应用于定时、分频等场景。我们将分析不同类型的寄存器（如移位寄存器）和计数器（如同步计数器、异步计数器）的结构和工作原理。 通过本章的学习，读者将能够理解数字电路如何“记住”信息，并能够设计出能够随时间演变的复杂数字系统。 第六章：从状态到逻辑——有限状态机（FSM）的设计 有限状态机（Finite State Machine，FSM）是描述和设计具有特定行为模式的数字系统的强大工具。它由一组有限的状态、状态之间的转移以及在每个状态下根据输入产生的输出组成。 本章将带领读者深入理解有限状态机的概念。我们将首先介绍两种主要的FSM模型：摩尔（Moore）型和米利（Mealy）型。我们将详细分析它们的区别，包括输出的生成方式以及它们在设计中的适用性。 接着，我们将学习如何设计一个有限状态机。这包括从需求分析出发，识别系统的状态，绘制状态转移图，并根据状态转移图和输出要求，构建出相应的状态表。 然后，我们将学习如何将状态表转换为实际的逻辑电路。这通常涉及到为每个状态分配唯一的二进制编码，并利用组合逻辑电路和触发器来实现状态转移和输出逻辑。我们将演示如何利用卡诺图等工具来简化状态逻辑，从而设计出高效的FSM电路。 最后，本章还将介绍一些FSM的典型应用，例如交通信号灯控制器、序列检测器、自动售货机控制等。通过这些实例，读者将能够体会到FSM在解决实际问题中的强大能力。 第七章：集成电路的世界——半导体工艺与集成芯片 随着数字技术的发展，将大量逻辑门和电路集成到一块芯片上已成为可能。本章将带领读者一窥集成电路（Integrated Circuit，IC）的奥秘。 我们将从半导体材料的基础知识讲起，介绍硅等半导体材料的特性，以及PN结的形成原理。在此基础上，我们将探讨MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）等构成集成电路的基本元器件。我们将简要介绍MOSFET的工作原理，以及CMOS（互补金属氧化物半导体）技术作为当前主流集成电路制造技术的优势。 接着，我们将介绍几种常见的集成电路的封装形式，以及集成电路的生产流程，让读者对芯片的制造过程有一个初步的了解。 本章还将讨论集成电路的分类，例如按照功能划分（如通用逻辑芯片、微处理器、存储器芯片等）和按照集成度划分（如小规模集成电路SSI、中规模集成电路MSI、大规模集成电路LSI、超大规模集成电路VLSI）。 最后，我们将探讨集成电路的选型与应用。在实际的电子产品设计中，如何根据电路功能、性能要求、功耗、成本等因素选择合适的集成芯片，是至关重要的环节。 第八章：数字系统的构建块——存储器与接口电路 在数字系统中，存储器扮演着至关重要的角色，它负责保存数据和程序。本章将深入介绍几种主要的存储器类型。 我们将首先介绍RAM（随机存取存储器），包括SRAM（静态RAM）和DRAM（动态RAM）。我们将详细阐述它们的结构、工作原理、读写时序以及它们在计算机内存中的作用。 接着，我们将介绍ROM（只读存储器），包括PROM、EPROM、EEPROM和Flash Memory。我们将讲解它们的不同特性，例如数据的易失性、可擦写性以及在固件存储、数据持久化等方面的应用。 此外，本章还将介绍一些重要的接口电路。接口电路是不同数字系统之间进行信息交换的桥梁。我们将探讨通用异步收发传输器（UART）等常见的串行通信接口，以及并行接口的原理。 理解各种存储器的工作原理和接口电路的设计，是构建复杂数字系统的关键，它们使得数字系统能够有效地存储信息并与其他设备进行高效的信息交互。 第九章：嵌入式系统的脉搏——微处理器与微控制器 微处理器（Microprocessor）和微控制器（Microcontroller）是现代嵌入式系统的大脑，它们将计算、控制和通信等功能集成到一个紧凑的单元中。本章将带领读者认识这些强大的“数字心脏”。 我们将首先介绍微处理器的基本结构，包括CPU（中央处理器）、内存接口和I/O接口。我们将深入剖析CPU的核心组成部分，如算术逻辑单元（ALU）、控制器单元、寄存器组，以及指令的执行流程。 接着，我们将重点介绍微控制器。微控制器与微处理器相比，通常集成了更多的外围设备，如RAM、ROM、定时器、计数器、ADC（模数转换器）、DAC（数模转换器）以及各种通信接口。我们将以常见的微控制器架构为例，讲解它们的内部结构和工作原理。 本章还将探讨微处理器和微控制器在实际应用中的开发流程，包括硬件连接、软件编程（通常使用C语言或汇编语言）以及调试过程。 通过本章的学习，读者将能够理解微处理器和微控制器是如何驱动着我们周围的各种智能设备，从家用电器到汽车电子，再到工业自动化系统。 第十章：从理论到实践——数字电路设计的工具与方法 要将数字逻辑和数字电路的知识付诸实践，离不开各种设计工具和方法。本章将为读者介绍数字电路设计流程中的常用工具和关键技术。 我们将介绍硬件描述语言（HDL），如Verilog和VHDL。HDL是用于描述数字电路功能的文本语言，它们使得工程师能够以一种抽象的方式来设计和验证复杂的数字电路。我们将简要介绍HDL的基本语法和使用方法。 接着，我们将讨论逻辑综合（Logic Synthesis）的概念。逻辑综合是将HDL代码转换为门级网表的过程，它能够自动优化电路的逻辑结构，使其满足性能、面积和功耗的要求。 此外，本章还将介绍电路仿真（Circuit Simulation）的重要性。仿真工具能够帮助设计师在实际硬件实现之前，对设计的电路进行功能和时序验证，及时发现和修正潜在的问题。 最后，我们将探讨集成电路布局布线（Place and Route）的基本概念。布局布线是将门级网表中的逻辑门和触发器放置在芯片的物理区域，并连接它们之间的连线，以形成最终的物理版图。 通过了解这些设计工具和方法，读者将能够更清晰地认识到数字电路从概念到实际产品的整个设计过程，为未来的工程实践打下基础。 结语 数字逻辑与数字电路是现代科技的基石，它们无处不在，驱动着信息时代的蓬勃发展。本书旨在为您揭示这个精彩世界的内在规律，从最基本的逻辑门到复杂的微处理器。希望通过本章的介绍，您能够对数字世界的构建原理产生浓厚的兴趣，并为进一步探索数字技术领域打下坚实的基础。