數字電路與邏輯設計（微課版）

目錄
第　1章 基礎知識　1
1.1　芯片與數字電路　1
1.2.1　數字信號與系統(tǒng)　1
1.2.2　數字電路　3
1.2　數制及其轉換　5
1.2.1　數制　5
1.2.2　數制間的相互轉換　7
1.3　二進制數的算術運算　10
1.3.1　無符號二進制數的算術運算　11
1.3.2　帶符號二進制數的算術運算　11
1.4　幾種常用的代碼　14
1.4.1　十進制數的二進制代碼　14
1.4.2　可靠性代碼　16
1.4.3　ASCII碼　18
習題1　19

第　2章 邏輯代數基礎　21
2.1　邏輯代數概述　21
2.2　邏輯運算　22
2.2.1　基本邏輯運算　22
2.2.2　復合邏輯關系　24
2.2.3　邏輯運算的邏輯符號及優(yōu)先級別　26
2.2.4　正邏輯和負邏輯　27
2.3　邏輯代數的基本定理、常用公式和規(guī)則　29
2.3.1.　基本定理　29
2.3.2.　常用公式　29
2.3.3.　重要規(guī)則　30
2.4　邏輯函數　32
2.4.1.　邏輯函數概述　32
2.4.2.　邏輯函數表達式的基本形式　41
2.4.3.　邏輯函數表達式的標準形式　44
2.4.4.　邏輯函數表達式轉換為標準表達式　48
2.5　邏輯函數化簡　51
2.5.1.　代數化簡法　52
2.5.2.　卡諾圖化簡法　58
2.5.3.　列表化簡法　71
習題2　77

第3章　半導體與集成門電路　82
3.1　電路基本理論　82
3.1.1　庫侖定律　82
3.1.2　歐姆定律　83
3.1.3　基爾霍夫定律　83
3.2　半導體材料的物理學原理　83
3.2.1　半導體原子結構　84
3.2.2　半導體材料　88
3.3　半導體二極管　94
3.3.1　靜態(tài)開關特性　94
3.3.2　動態(tài)開關特性　96
3.4　雙極結型晶體管　97
3.4.1　BJT的組成結構　98
3.4.2　工作原理　99
3.4.3　靜態(tài)特性　102
3.4.4　動態(tài)特性　104
3.5　場效應管　105
3.5.1　場效應　106
3.5.2　FET結構與分類　107
3.5.3　MOSFET的特性與工作原理　108
3.5.4　MOSFET的靜態(tài)開關特性　110
3.6　邏輯門電路　112
3.6.1　簡單邏輯門電路　112
3.6.2　TTL集成邏輯門電路　116
3.6.3　CMOS集成邏輯門電路　129
習題3　133

第4章　組合邏輯電路　136
4.1　組合邏輯電路概述　136
4.2　小規(guī)模組合邏輯電路分析　137
4.2.1　小規(guī)模組合邏輯電路的分析方法與步驟　137
4.2.2　分析舉例　138
4.3　小規(guī)模組合邏輯電路的設計　141
4.3.1　小規(guī)模組合邏輯電路的設計步驟　142
4.3.2　小規(guī)模組合邏輯電路設計舉例　144
4.4　常用的中規(guī)模組合邏輯電路　151
4.4.1　加法器　151
4.4.2　編碼器　155
4.4.3　譯碼器　161
4.4.4　多路選擇器　168
4.4.5　多路分配器　171
4.4.6　數值比較器　173
4.5　中規(guī)模組合邏輯電路的分析和設計　177
4.5.1　中規(guī)模組合邏輯電路的分析　178
4.5.2　中規(guī)模組合邏輯電路的設計　181
4.6　組合邏輯電路的險象　189
4.6.1　險象的產生　190
4.6.2　險象的判斷　193
4.6.3　險象的消除　195
習題4　198

第5章　觸發(fā)器　201
5.1　觸發(fā)器概述　201
5.1.1　觸發(fā)器的概念及特點　201
5.1.2　觸發(fā)器的功能描述方法　202
5.2　基本RS觸發(fā)器　204
5.2.1　與非門構成的基本RS觸發(fā)器　205
5.2.2　或門構成的基本RS觸發(fā)器　209
5.2.3　基本RS觸發(fā)器的用途　211
5.3　同步觸發(fā)器　212
5.3.1　鐘控RS觸發(fā)器　213
5.3.2　鐘控D觸發(fā)器　216
5.3.3　鐘控JK觸發(fā)　218
5.3.4　鐘控T觸發(fā)器　221
5.3.5　同步觸發(fā)器的空翻現象　222
5.4　主從觸發(fā)器　223
5.4.1　主從RS觸發(fā)器　224
5.4.2　主從JK觸發(fā)器　226
5.5　邊沿觸發(fā)器　229
5.5.1　維持-阻塞D觸發(fā)器　229
5.5.2　邊沿JK觸發(fā)器　234
5.6　觸發(fā)器的電氣特性　236
習題5　239

第6章　時序邏輯電路　243
6.1　概述　243
6.1.1　時序邏輯電路的結構　243
6.1.2　時序邏輯電路的描述方法　245
6.2　小規(guī)模時序邏輯電路的分析　247
6.2.1　分析方法和步驟　248
6.2.2　同步時序邏輯電路的分析　249
6.2.3　脈沖異步時序邏輯電路的分析　258
6.3　小規(guī)模時序邏輯電路的設計方法　265
6.3.1　小規(guī)模時序邏輯電路的設計步驟　265
6.3.2　小規(guī)模同步時序邏輯電路設計舉例　279
6.3.3　小規(guī)模異步時序邏輯電路設計舉例　291
6.4　常用的中規(guī)模時序邏輯電路　301
6.4.1　集成計數器　301
6.4.2　寄存器　310
6.5　中規(guī)模時序邏輯電路的分析與設計　313
6.5.1　中規(guī)模時序邏輯電路的分析　313
6.5.2　中規(guī)模時序邏輯電路的設計　317
6.6　電平異步時序邏輯電路　324
6.6.1　電平異步時序邏輯電路概述　325
6.6.2　電平異步時序邏輯電路的分析　327
6.6.3　電平異步時序邏輯電路的競爭　329
習題6　331

第7章　脈沖信號產生與變換電路　336
7.1　概述　336
7.2　施密特觸發(fā)器　337
7.2.1　邏輯門構成施密特觸發(fā)器　338
7.2.2　集成施密特觸發(fā)器　340
7.2.3　施密特觸發(fā)器的應用　341
7.3　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器　343
7.3.1　門電路與RC元件構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器　343
7.3.2　集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器　347
7.3.3　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用　350
7.4　多諧振蕩器　351
7.4.1　門電路構成多諧振蕩器　351
7.4.2　施密特觸發(fā)器構成多諧振蕩器　353
7.4.3　石英晶體振蕩器　354
7.5　定時器555　356
7.5.1定時器555的電路結構和邏輯功能　356
7.5.2　定時器555構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器　359
7.5.3　定時器555構成施密特觸發(fā)器　360
7.5.4　定時器555構成多諧振蕩器　362
7.33　用5G555構成的多諧振蕩器電路及其工作波形圖　362
習題7　364

第8章　數/模與模/數轉換電路　367
8.1　概述　367
8.2　數/模轉換器　368
8.2.1　典型DAC　369
電路的輸出電壓vo為　372
8.2.2　DAC的主要技術參數　373
8.2.3　集成DAC　374
8.3　模/數轉換器　377
8.3.1　模/數轉換的基本原理　377
8.3.2　典型ADC　379
8.3.3　ADC的主要技術參數　384
8.3.4　集成ADC　385
習題8　387

第9章　可編程邏輯器件　389
9.1　PLD概述　389
9.1.1　PLD的發(fā)展　389
9.1.2　PLD的一般結構　390
9.1.3　PLD電路表示法　390
9.2　低密度可編程邏輯器件　392
1.　可編程只讀存儲器　392
2.　可編程邏輯陣列PLA　393
3.　可編程陣列邏輯 PAL　394
4.　通用陣列邏輯 GAL　394
9.3　復雜可編程邏輯器件CPLD　394
9.3.1　CPLD簡介　394
9.3.2　CPLD典型器件　395
9.4　現場可編程門陣列FPGA　401
9.4.1　FPGA簡介　401
9.4.2　Xilinx FPGA典型器件　403
9.4.3　FPGA設計流程　409
9.5　FPGA和CPLD對比　413
9.6　Vivado開發(fā)環(huán)境及設計流程　414
9.6.1　Vivado設計套件簡介　414
9.6.2　Vivado設計套件中的FPGA設計流程　416
習題9　420