數字邏輯與數字電路 高晶敏 柴海莉 張金龍 9787030254566 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

基本信息

書名：數字邏輯與數字電路

定價：45.00元

作者：高晶敏 柴海莉 張金龍

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2009-09-01

ISBN：9787030254566

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.400kg

編輯推薦

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數字電子技術是目前發展為迅速的技術之一，從計算機到通信、廣播、電視、醫療儀器和航空航天，幾乎所有領域都在應用數字電子技術。隨著集成電路的密度不斷提高，功能日益復雜，新型器件的相繼誕生，相應的數字設計方法也在不斷地演變和發展，傳統的設計方法已不能完全適應器件的發展。鑒於上述情況，本書在保持數字電子技術理論體係的基礎上，不僅介紹瞭用小規模數字集成電路為基礎的數字電路和邏輯設計技術，還重點介紹瞭中、大規模數字集成電路和可編程邏輯器件。

內容提要

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本書在數字電子技術理論體係基礎上，介紹瞭小規模數字集成電路的邏輯設計技術，並重點介紹瞭中、大規模數字集成電路和可編程邏輯器件。全書共分8章，包括數字邏輯基礎、門電路、組閤邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、脈衝波形的産生和整形、半導體存儲器和可編程邏輯器件、D
／A和A／D轉換器。每章後還配有適量習題。


本書可作為高等學校電氣信息類各專業的基礎課教材，也可供從事電子技術工作的工程技術人員參考。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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跨越時代的數字脈搏：從基礎邏輯到精密設計 在人類文明的長河中，信息以電信號的形式悄然流淌，構建起我們所熟知的現代世界。而這一切的基石，正是那精巧絕倫的數字邏輯和數字電路。它們如同賦予機器思維的靈魂，驅動著從計算器到超級計算機，從手機到人工智能的每一次飛躍。本書旨在為讀者搭建一座堅實的橋梁，深入淺齣地揭示數字世界的奧秘，帶領大傢領略邏輯的嚴謹與電路的智慧。 第一章：數字世界的奠基石——數製與編碼 在深入探討數字電路之前，理解信息是如何被錶示的至關重要。本章將帶領讀者從熟悉的十進製數製齣發，逐步認識二進製、八進製和十六進製等在計算機領域占據核心地位的數製。我們將深入剖析不同數製之間的轉換原理，掌握它們在實際應用中的優勢與劣勢。 進一步地，我們將目光聚焦於信息的編碼。原碼、反碼、補碼，這些看似抽象的概念，實則是計算機內部進行數值運算的基礎。我們將詳細講解它們的設計思想、運算規則以及在計算機算術邏輯單元（ALU）中的作用，幫助讀者理解為何計算機能夠精確地處理負數和執行加減乘除等復雜運算。 此外，BCD碼（二進製編碼的十進製碼）作為一種摺衷的編碼方式，在本章也將得到充分的介紹。我們將探討其應用場景，以及它在簡化人機交互和某些特定計算任務中的便利性。通過本章的學習，讀者將對數字信息的基本錶示方法建立起深刻的理解，為後續的學習打下堅實的基礎。 第二章：邏輯的殿堂——基本邏輯門與邏輯函數 一旦信息得以錶示，我們便需要一套規則來處理和轉換這些信息。邏輯門，作為數字電路中最基本的組成單元，正是實現這一功能的基石。本章將係統地介紹與門、或門、非門這三種最基本的邏輯門電路，深入剖析它們的邏輯功能、真值錶以及基本符號。 在此基礎上，我們將引申齣更復雜的組閤邏輯門，如與非門、或非門、異或門和同或門。我們將詳細闡述它們的邏輯功能，以及它們如何通過組閤基本邏輯門來實現。理解這些邏輯門的特性，是掌握更復雜數字電路設計的關鍵。 更進一步，本章將引入邏輯函數的概念。我們將學習如何使用布爾代數來描述和分析邏輯電路，掌握布爾代數的各種基本定律和定理，例如交換律、結閤律、分配律、德摩根定律等。通過運用布爾代數，我們可以對復雜的邏輯函數進行化簡，從而設計齣更高效、更精簡的邏輯電路。我們將演示如何將邏輯電路的輸齣用邏輯函數錶達式錶示，以及如何根據邏輯函數錶達式來設計相應的邏輯電路。 第三章：化繁為簡的藝術——邏輯函數的化簡 在數字電路設計中，追求最少數量的邏輯門來實現所需功能，是提高電路性能、降低成本和功耗的重要途徑。本章將專注於邏輯函數化簡這一核心技能。 我們將首先介紹卡諾圖（Karnaugh Map）方法，這是一種直觀且易於操作的圖形化化簡工具。通過將邏輯函數的真值錶繪製成卡諾圖，我們可以通過圈定相鄰的“1”來有效地化簡邏輯函數，找齣最簡乘積和最簡和之積形式。我們將詳細講解卡諾圖的繪製規則、相鄰區的識彆方法以及化簡步驟。 對於更復雜的邏輯函數，我們將引入多變量卡諾圖的化簡技巧，並探討如何處理“無關項”，以獲得更優化的化簡結果。 除瞭卡諾圖，本章還將介紹代數化簡法，即利用布爾代數定律和定理進行邏輯函數的推導和簡化。我們將通過大量的實例，演示如何結閤代數化簡法和卡諾圖法，實現對復雜邏輯函數的係統化化簡。 掌握邏輯函數化簡的技巧，不僅能夠幫助我們設計齣更優的組閤邏輯電路，也為後續學習順序邏輯電路打下堅實的理論基礎。 第四章：組閤邏輯電路的設計與應用 在前幾章的基礎上，本章將帶領讀者將理論知識應用於實際的組閤邏輯電路設計。組閤邏輯電路的特點是其輸齣僅取決於當前的輸入，沒有記憶功能。 我們將從經典的組閤邏輯電路入手，如編碼器和譯碼器。我們將詳細分析它們的結構、工作原理和應用場景，例如將鍵盤輸入轉換為計算機可識彆的二進製碼，或者將二進製指令翻譯成控製信號。 接著，我們將深入探討多路選擇器（Multiplexer，MUX）和分路選擇器（Demultiplexer，DEMUX）。多路選擇器能夠從多個輸入通道中選擇一個信號輸齣，而分路選擇器則可以將一個輸入信號路由到多個輸齣通道中的一個。我們將講解它們的實現方法以及在數據選擇、信號分配等方麵的廣泛應用。 加法器和減法器作為數字電路中最基礎的算術運算單元，在本章也將得到重點介紹。我們將從半加器、全加器開始，逐步構建齣能進行多位二進製數加減運算的集成電路，並探討它們的結構和工作原理。 最後，本章還將介紹其他重要的組閤邏輯電路，如比較器（Comparator）和奇偶校驗發生器（Parity Generator）。通過學習這些經典的組閤邏輯電路，讀者將能夠理解如何將基本的邏輯門和邏輯函數組閤起來，構建齣滿足特定功能需求的復雜數字係統。 第五章：擁有記憶的數字世界——觸發器與時序邏輯電路 與組閤邏輯電路不同，時序邏輯電路擁有記憶功能，其輸齣不僅取決於當前的輸入，還取決於電路過去的狀態。這一特性使得時序邏輯電路成為構建存儲器、計數器、狀態機等復雜數字係統的基礎。 本章將聚焦於數字電路中最核心的存儲單元——觸發器（Flip-Flop）。我們將從最簡單的SR觸發器開始，逐一介紹JK觸發器、D觸發器和T觸發器。我們將詳細講解它們的構成、觸發機製、狀態轉移圖以及時鍾信號在其中扮演的關鍵角色。理解不同類型觸發器的特性和應用場景，是掌握時序邏輯電路設計的前提。 在此基礎上，我們將深入探討時序邏輯電路的分析方法。我們將學習如何通過狀態轉移圖和狀態錶來描述一個時序邏輯電路的工作過程，並掌握如何根據狀態轉移圖和狀態錶來設計相應的時序邏輯電路。 本章還將介紹兩種重要的時序邏輯電路傢族：寄存器（Register）和計數器（Counter）。寄存器用於存儲一組二進製信息，可以實現數據的並行輸入和輸齣。計數器則能夠按照預設的規律對時鍾脈衝進行計數，廣泛應用於定時、分頻等場景。我們將分析不同類型的寄存器（如移位寄存器）和計數器（如同步計數器、異步計數器）的結構和工作原理。 通過本章的學習，讀者將能夠理解數字電路如何“記住”信息，並能夠設計齣能夠隨時間演變的復雜數字係統。 第六章：從狀態到邏輯——有限狀態機（FSM）的設計 有限狀態機（Finite State Machine，FSM）是描述和設計具有特定行為模式的數字係統的強大工具。它由一組有限的狀態、狀態之間的轉移以及在每個狀態下根據輸入産生的輸齣組成。 本章將帶領讀者深入理解有限狀態機的概念。我們將首先介紹兩種主要的FSM模型：摩爾（Moore）型和米利（Mealy）型。我們將詳細分析它們的區彆，包括輸齣的生成方式以及它們在設計中的適用性。 接著，我們將學習如何設計一個有限狀態機。這包括從需求分析齣發，識彆係統的狀態，繪製狀態轉移圖，並根據狀態轉移圖和輸齣要求，構建齣相應的狀態錶。 然後，我們將學習如何將狀態錶轉換為實際的邏輯電路。這通常涉及到為每個狀態分配唯一的二進製編碼，並利用組閤邏輯電路和觸發器來實現狀態轉移和輸齣邏輯。我們將演示如何利用卡諾圖等工具來簡化狀態邏輯，從而設計齣高效的FSM電路。 最後，本章還將介紹一些FSM的典型應用，例如交通信號燈控製器、序列檢測器、自動售貨機控製等。通過這些實例，讀者將能夠體會到FSM在解決實際問題中的強大能力。 第七章：集成電路的世界——半導體工藝與集成芯片 隨著數字技術的發展，將大量邏輯門和電路集成到一塊芯片上已成為可能。本章將帶領讀者一窺集成電路（Integrated Circuit，IC）的奧秘。 我們將從半導體材料的基礎知識講起，介紹矽等半導體材料的特性，以及PN結的形成原理。在此基礎上，我們將探討MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）等構成集成電路的基本元器件。我們將簡要介紹MOSFET的工作原理，以及CMOS（互補金屬氧化物半導體）技術作為當前主流集成電路製造技術的優勢。 接著，我們將介紹幾種常見的集成電路的封裝形式，以及集成電路的生産流程，讓讀者對芯片的製造過程有一個初步的瞭解。 本章還將討論集成電路的分類，例如按照功能劃分（如通用邏輯芯片、微處理器、存儲器芯片等）和按照集成度劃分（如小規模集成電路SSI、中規模集成電路MSI、大規模集成電路LSI、超大規模集成電路VLSI）。 最後，我們將探討集成電路的選型與應用。在實際的電子産品設計中，如何根據電路功能、性能要求、功耗、成本等因素選擇閤適的集成芯片，是至關重要的環節。 第八章：數字係統的構建塊——存儲器與接口電路 在數字係統中，存儲器扮演著至關重要的角色，它負責保存數據和程序。本章將深入介紹幾種主要的存儲器類型。 我們將首先介紹RAM（隨機存取存儲器），包括SRAM（靜態RAM）和DRAM（動態RAM）。我們將詳細闡述它們的結構、工作原理、讀寫時序以及它們在計算機內存中的作用。 接著，我們將介紹ROM（隻讀存儲器），包括PROM、EPROM、EEPROM和Flash Memory。我們將講解它們的不同特性，例如數據的易失性、可擦寫性以及在固件存儲、數據持久化等方麵的應用。 此外，本章還將介紹一些重要的接口電路。接口電路是不同數字係統之間進行信息交換的橋梁。我們將探討通用異步收發傳輸器（UART）等常見的串行通信接口，以及並行接口的原理。 理解各種存儲器的工作原理和接口電路的設計，是構建復雜數字係統的關鍵，它們使得數字係統能夠有效地存儲信息並與其他設備進行高效的信息交互。 第九章：嵌入式係統的脈搏——微處理器與微控製器 微處理器（Microprocessor）和微控製器（Microcontroller）是現代嵌入式係統的大腦，它們將計算、控製和通信等功能集成到一個緊湊的單元中。本章將帶領讀者認識這些強大的“數字心髒”。 我們將首先介紹微處理器的基本結構，包括CPU（中央處理器）、內存接口和I/O接口。我們將深入剖析CPU的核心組成部分，如算術邏輯單元（ALU）、控製器單元、寄存器組，以及指令的執行流程。 接著，我們將重點介紹微控製器。微控製器與微處理器相比，通常集成瞭更多的外圍設備，如RAM、ROM、定時器、計數器、ADC（模數轉換器）、DAC（數模轉換器）以及各種通信接口。我們將以常見的微控製器架構為例，講解它們的內部結構和工作原理。 本章還將探討微處理器和微控製器在實際應用中的開發流程，包括硬件連接、軟件編程（通常使用C語言或匯編語言）以及調試過程。 通過本章的學習，讀者將能夠理解微處理器和微控製器是如何驅動著我們周圍的各種智能設備，從傢用電器到汽車電子，再到工業自動化係統。 第十章：從理論到實踐——數字電路設計的工具與方法 要將數字邏輯和數字電路的知識付諸實踐，離不開各種設計工具和方法。本章將為讀者介紹數字電路設計流程中的常用工具和關鍵技術。 我們將介紹硬件描述語言（HDL），如Verilog和VHDL。HDL是用於描述數字電路功能的文本語言，它們使得工程師能夠以一種抽象的方式來設計和驗證復雜的數字電路。我們將簡要介紹HDL的基本語法和使用方法。 接著，我們將討論邏輯綜閤（Logic Synthesis）的概念。邏輯綜閤是將HDL代碼轉換為門級網錶的過程，它能夠自動優化電路的邏輯結構，使其滿足性能、麵積和功耗的要求。 此外，本章還將介紹電路仿真（Circuit Simulation）的重要性。仿真工具能夠幫助設計師在實際硬件實現之前，對設計的電路進行功能和時序驗證，及時發現和修正潛在的問題。 最後，我們將探討集成電路布局布綫（Place and Route）的基本概念。布局布綫是將門級網錶中的邏輯門和觸發器放置在芯片的物理區域，並連接它們之間的連綫，以形成最終的物理版圖。 通過瞭解這些設計工具和方法，讀者將能夠更清晰地認識到數字電路從概念到實際産品的整個設計過程，為未來的工程實踐打下基礎。 結語 數字邏輯與數字電路是現代科技的基石，它們無處不在，驅動著信息時代的蓬勃發展。本書旨在為您揭示這個精彩世界的內在規律，從最基本的邏輯門到復雜的微處理器。希望通過本章的介紹，您能夠對數字世界的構建原理産生濃厚的興趣，並為進一步探索數字技術領域打下堅實的基礎。