数字逻辑设计

随着科学技术的发展，计算机与电子技术在各个领域得到了广泛的应用，而数字逻辑是计算机、电子及相关专业不可缺少的专业技术基础。本书是根据教育部最新制定的《高职高专教育数字电子技术基础课程教学基本要求》来为高职高专的计算机、电子等专业的学生及有关技术人员编写的。

本书在编写中突出基本概念、基本知识，强调数字逻辑设计的思路、方法和步骤，注重实际应用设计。对于各种集成芯片不研究其内部的结构，只注重它的功能，强调掌握它的外部特性，读者不必对芯片的内部电路进行深究，关键是在设计中能灵活地应用它。

全书共9章。第1章数制与编码，介绍了进制的概念、数制之间的转换方法、编码的意义及常用的编码方法。第2章逻辑代数，介绍逻辑代数的基本概念、公理、基本定理和规则，逻辑函数的表示形式、逻辑函数的化简方法。第3章组合逻辑电路，着重讨论了组合逻辑电路分析和设计的方法、步骤，强调了中规模集成电路应用设计方法的特点及各方面的应用。第4章时序逻辑电路概述，讲述了时序逻辑电路的一般结构与分类、描述方法，以基本R-S触发器结构和工作过程分析为基础，推导出其他触发器的功能。第5章同步时序电路，着重讨论了同步时序电路分析和设计的方法、步骤、强调了计数器和寄存器在各方面的应用设计方法及特点。第6章存储器和可编程逻辑器件，介绍了存储器的分类、特点及结构与应用、一些大规模集成电路的逻辑功能、设计方法、应用及开发工具。第7章脉冲波形的产生与变换，主要以555中规模集成时基电路基础，介绍了实现脉冲波形产生、整形、延时的多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器电路及应用。第8章数/模和模/数转换，讲述DAC和ADC的工作原理，介绍常用DAC、ADC特点及应用。第9章逻辑门器件，介绍了基本门电路、复合逻辑门以及集成逻辑门电路的基本工作原理、逻辑功能、性能指标、使用范围，数字集成电路接口转换电路。附录介绍了EWB的使用，提供了一个在计算机上进行数字逻辑设计的仿真实验的平台。

每章前有学习目标，强调了应掌握的知识；每章后进行了小结，并提供了大量的习题，读者可以多练习，加深理解。如果结合EWB的使用，将电路的设计在EWB进行仿真实验，可收到意想不到的效果。对于第9章逻辑门器件，在第2章后学习也可，读者可根据自己的需要进行调整。

本书由蔡燕娟、吴娇梅担任主编，叶雪军、吕淑琴、王宏秦、蔡在秋任副主编，其中第1、3、4章由蔡燕娟编写；第2章由叶雪军；第5章由吕淑琴编写；第6章由王宏秦编写；第7、8、9章由吴娇梅编写；附录由蔡在秋编写；陈莹、蔡超参加了部分编写工作。全书由蔡燕娟编写大纲并进行全书统稿、修订、定稿；蔡在秋负责全书的编辑、排版与校对工作。

由于时间仓促及作者水平有限，书中不妥和错误之处在所难免，敬请读者批评指正。

编者

2004年8月

序
前言
第1章 数制与编码 1
本章学习目标 1
1.1 进位计数制 1
1.2 数制的转换 3
1.2.1 二进制数转换为十进制数 3
1.2.2 十进制数转换成二进制数 5
1.2.3 二进制数与2n进制数之间的转换 6
1.3 编码 7
1.3.1 BCD码 7
1.3.2 可靠性编码 10
1.3.3 字符代码 12
小结 13
习题1 15
第2章 逻辑代数 17
本章学习目标 17
2.1 逻辑代数的基本运算 17
2.1.1 或运算 18
2.1.2 与运算 18
2.1.3 非运算 19
2.2 逻辑函数间的相等 20
2.2.1 逻辑函数的定义 20
2.2.2 逻辑函数的表示方法 21
2.2.3 逻辑函数的相等 21
2.3 逻辑代数的公理、基本定律和规则 22
2.3.1 公理 22
2.3.2 基本定理 23
2.3.3 重要规则 23
2.3.4 复合逻辑 26
2.4 逻辑函数的表示形式 28
2.4.1 逻辑函数的基本表示形式 28
2.4.2 最小项和最大项 29
2.4.3 逻辑函数的标准表达式 31
2.5 逻辑函数化简 34
2.5.1 代数化简法 34
2.5.2 卡诺图化简法 36
2.6 逻辑函数化简中的两个实际问题 44
2.6.1 带有任意项的逻辑函数化简 44
2.6.2 多个输出的逻辑函数化简 45
小结 47
习题2 48
第3章 组合逻辑电路 51
本章学习目标 51
3.1 组合电路的分析 52
3.2 组合电路的设计 56
3.2.1 逻辑函数的变换及其实现 57
3.2.2 组合逻辑电路设计举例 59
3.3 组合逻辑中的中规模集成电路 64
3.3.1 编码器 64
3.3.2 译码器 69
3.3.3 数据选择器 75
3.3.4 数据比较器 81
3.3.5 加法器 82
3.4 组合电路的竞争和冒险 87
3.4.1 竞争与冒险 88
3.4.2 冒险的判断 89
3.4.3 冒险的消除 90
小结 92
习题3 92
第4章 时序逻辑电路概述 97
本章学习目标 97
4.1 时序逻辑电路模型 97
4.2 同步时序电路的描述方法 98
4.2.1 代数法 98
4.2.2 状态表 99
4.2.3 状态图 100
4.2.4 时序图（时间波形图） 102
4.3 触发器 103
4.3.1 基本R-S触发器 103
4.3.2 钟控触发器 105
4.3.3 主从触发器 111
4.3.4 边沿触发器 112
4.4 触发器之间的转换 114
4.4.1 D触发器转换成其他逻辑功能的触发器 114
4.4.2 J-K触发器转换成其他逻辑功能的触发器 116
小结 117
习题4 119
第5章 同步时序电路 122
本章学习目标 122
5.1 同步时序电路分析 122
5.1.1 代数法 123
5.1.2 列表法 126
5.2 同步时序电路设计 127
5.2.1 建立原始状态表和状态图 128
5.2.2 状态化简 130
5.2.3 状态编码 136
5.2.4 确定激励函数和输出函数表达式 137
5.2.5 画出逻辑电路图 140
5.2.6 一般同步时序逻辑设计举例 140
5.2.7 典型同步时序电路的设计 143
5.3 时序集成器件的应用 146
5.3.1 寄存器 146
5.3.2 计数器 155
5.3.3 异步计数器 159
小结 162
习题5 162
第6章 存储器和可编程逻辑器件 167
本章学习目标 167
6.1 存储器 167
6.1.1 存储器的分类及特点 167
6.1.2 只读存储器（ROM） 167
6.1.3 随机存储器（RAM） 173
6.2 可编程逻辑器件 178
6.2.1 PLD电路的表示方法 179
6.2.2 可编程逻辑阵列PLA 181
6.2.3 可编程阵列逻辑PAL 183
6.2.4 通用阵列逻辑GAL 189
6.2.5 PAL和GAL器件的开发工具和编程 193
小结 204
习题6 205
第7章 脉冲波形的产生与变换 206
本章学习目标 206
7.1 集成时基电路 206
7.1.1 555电路的结构 207
7.1.2 555电路的逻辑功能 208
7.1.3 双极型和CMOS型555的性能比较 209
7.2 施密特触发器 210
7.2.1 概述 210
7.2.2 集成施密特触发器 211
7.2.3 用555电路构成的施密特触发器 212
7.2.4 施密特触发器的应用 213
7.3 单稳态触发器 214
7.3.1 概述 214
7.3.2 集成单稳态触发器 215
7.3.3 用555电路构成的单稳态触发器 217
7.3.4 单稳态触发器的应用 218
7.4 多谐振荡器 219
7.4.1 概述 219
7.4.2 石英晶体多谐振荡器 219
7.4.3 用555电路构成的多谐振荡器 221
小结 222
习题7 223
第8章 数/模和模/数转换 225
本章学习目标 225
8.1 概述 225
8.2 数/模转换器（DAC） 226
8.2.1 R-2R倒T型电阻网络D/A转换器 226
8.2.2 D/A转换器的主要指标 229
8.2.3 集成DAC 229
8.3 模/数转换器（ADC） 233
8.3.1 模/数转换器的基本原理 233
8.3.2 常见的A/D转换器 235
8.3.3 集成ADC 242
小结 244
习题8 244
第9章 逻辑门器件 245
本章学习目标 245
9.1 晶体管的开关特性 245
9.1.1 二极管的开关特性 245
9.1.2 三极管的开关特性 246
9.2 基本逻辑门和复合逻辑门 247
9.2.1 基本逻辑门 248
9.2.2 复合逻辑门 250
9.2.3 TTL集成逻辑电路 251
9.3 其他类型的TTL门电路 257
9.3.1 集电极开路门（OC门） 258
9.3.2 三态输出门（TSL门） 262
9.3.3 TTL集成电路系列简介 263
9.4 MOS逻辑门 263
9.4.1 CMOS反相器 264
9.4.2 CMOS传输门 264
9.4.3 CMOS门电路使用特点 265
9.4.4 CMOS与TTL电路的接口 266
9.4.5 CMOS电路操作保护措施 266
小结 267
习题9 267
附录 Electronics Workbench5.0（电子学工作台）简介 269
参考文献 289

1. 数字逻辑基础 [管庶安 等编著]
2. 数字逻辑电路 [李中发 主编 向阳 彭敏放 张晚英]