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第1部分 数字逻辑设计基础 2

第1章 数字逻辑基础 2

1.1 几种常用的数制和数制转换 2

1.1.1 数字抽象 2

1.1.2 十进制、二进制、八进制和十六进制 3

1.1.3 字节 8

1.2 二进制算术运算 9

1.2.1 二进制加法和有符号的二进制数 9

1.2.2 原码、反码、补码及其运算 11

1.3 几种常用编码 14

1.3.1 几种常见的二—十进制代码 14

1.3.2 格雷码 15

1.3.3 ASCII码 15

1.3.4 奇偶校验码 17

1.3.5 量子编码 17

3.6 赫夫曼编码 17

习题 17

第2章 逻辑代数 19

2.1 逻辑代数中的基本运算 19

2.1.1 “与”“或”“非”及其复合逻辑 19

2.1.2 “与或”“或与”表达式 22

2.2 逻辑代数的基本定理 23

2.2.1 定律 23

2.2.2 单变量定理 24

2.2.3 多变量定理 25

2.2.4 定理的证明方法 26

2.2.5 等式化简 27

2.3 逻辑函数及其描述方法 29

2.3.1 逻辑函数 29

2.3.2 逻辑函数的两种标准形式 29

2.3.3 逻辑函数的描述方法 31

2.4 卡诺图与奎恩-麦克拉斯基化简方法 34

2.4.1 卡诺图化简逻辑 34

2.4.2 奎恩-麦克拉斯基化简方法 40

2.5 具有无关项的逻辑函数及其化简 42

2.5.1 约束项、任意项和逻辑函数式中的无关项 42

2.5.2 无关项在化简逻辑函数中的应用 44

2.6 多输出逻辑函数的化简与逻辑函数形式的变换 44

2.6.1 多输出函数的化简 44

2.6.2 不同逻辑函数形式的变换 46

习题 50

第2部分 数字电路基础 54

第3章 逻辑门电路 54

3.1 数字逻辑抽象 54

3.1.1 电源电压 55

3.1.2 逻辑电平 55

3.1.3 噪声容限 55

3.1.4 电压传输特性与静态约束 56

3.2 半导体开关器件及其门电路分析 58

3.2.1 半导体 58

3.2.2 半导体二极管 61

3.2.3 半导体晶体管 63

3.2.4 MOS场效应晶体管 66

3.3 CMOs门电路 71

3.3.1 CMOs反相器 74

3.3.2 其他CMOs逻辑门 76

3.3.3 传输门 82

3.4 NMOS和PMOS晶体管 84

3.5 TTL门电路 89

3.5.1 晶体管反相器 89

3.5.2 TTL反相器的电路结构和工作原理 89

3.5.3 TTL反相器特性分析 90

3.6 未来半导体技术可能的发展方向 92

习题 93

第4章 组合逻辑电路 96

4.1 概述 96

4.1.1 组合逻辑电路的基本概念 96

4.1.2 组合逻辑电路的框图及特点 96

4.1.3 组合逻辑电路逻辑功能的表示方法 97

4.2 组合逻辑电路的分析方法 97

4.3 组合逻辑电路的基本设计方法 98

4.4 组合逻辑电路模块 103

4.4.1 编码器和译码器 103

4.4.2 数据选择器、数据分配器 117

4.4.3 数值比较器 119

4.4.4 加法器 123

4.5 时序 128

4.5.1 传播延迟和最小延迟 128

4.5.2 组合逻辑电路中的“竞争-冒险” 129

4.5.3 毛刺及其处理方法 131

4.6 基于Multisim的组合逻辑电路设计简介 132

习题 133

第5章 时序逻辑与存储电路 135

5.1 引言 135

5.2 锁存器与触发器 136

5.2.1 SR锁存器 136

5.2.2 电平触发的触发器 139

5.2.3 脉冲触发的触发器 142

5.2.4 边沿触发的触发器 146

5.2.5 触发器的逻辑功能及其描述方法 148

5.2.6 触发器的动态特性 151

5.2.7 不同逻辑功能触发器之间的相互转换 152

5.2.8 CD4027芯片介绍 152

5.3 时序逻辑电路分析 154

5.3.1 同步逻辑电路分析 154

5.3.2 异步逻辑电路分析 158

5.4 常用的时序逻辑电路模块分析 161

5.4.1 移位寄存器 161

5.4.2 计数器 166

5.4.3 顺序脉冲发生器 178

5.4.4 序列信号发生器 180

5.5 时序逻辑电路的设计方法 181

5.5.1 基于集成芯片的任意进制计数电路的设计方法 181

5.5.2 同步时序逻辑电路的设计方法 184

5.5.3 异步时序逻辑电路的设计方法 187

5.5.4 时序逻辑电路的自启动设计 189

5.6 时序逻辑电路中的“竞争-冒险” 191

5.7 ROM和RAM 192

5.7.1 半导体存储器的一般结构形式 192

5.7.2 RAM的结构、类型和工作原理 195

5.7.3 存储器容量的扩展 197

5.7.4 用PROM实现组合逻辑函数 198

习题 199

第6章 脉冲波形产生与数-模转换电路 203

6.1 脉冲波形产生电路 203

6.1.1 描述矩形脉冲的主要参数 203

6.1.2 施密特触发电路 204

6.1.3 集成单稳态触发器 206

6.1.4 多谐振荡电路 207

6.2 D-A转换器 212

6.2.1 D-A转换器的结构和工作原理 212

6.2.2 D-A转换器的转换精度与转换速度 219

6.3 A-D转换器 220

6.3.1 A-D转换的基本原理 220

6.3.2 A-D转换器的结构和工作原理 222

6.3.3 A-D转换器的转换精度与转换速度 234

习题 235

第3部分 逻辑设计方法 241

第7章 硬件描述语言VHDL 241

7.1 概述 241

7.2 VHDL的基础知识 242

7.2.1 VHDL程序的结构 242

7.2.2 VHDL常用资源库中的程序包 249

7.2.3 VHDL的词法单元 254

7.2.4 数据对象和类型 257

7.2.5 表达式与运算符 263

7.3 VHDL结构体的描述方式 265

7.3.1 结构体的行为描述 265

7.3.2 结构体的RTL描述 267

7.3.3 结构体的结构化描述 269

7.4 结构体的子结构形式 272

7.4.1 进程 272

7.4.2 复杂结构体的多进程组织方法 275

7.4.3 块 276

7.4.4 子程序 278

7.5 顺序语句和并发语句 281

7.5.1 顺序语句 281

7.5.2 并发语句 290

7.6 VHDL中的信号和信号处理 297

7.6.1 信号的驱动源 297

7.6.2 信号的延迟 298

7.6.3 仿真周期和信号的δ延迟 300

7.6.4 信号的属性函数 302

7.6.5 带属性函数的信号 304

7.7 VHDL的其他语句 309

7.7.1 ATTRIBUTE描述与定义语句 309

7.7.2 ASSERT语句 312

7.7.3 TEXTIO 312

7.8 多值逻辑 313

7.8.1 三态数值模型 313

7.8.2 多值逻辑 313

7.9 元件例化 316

7.9.1 设计通用元件 316

7.9.2 构造程序包 319

7.9.3 元件的调用 320

7.10 配置 321

7.10.1 默认配置 321

7.10.2 元件配置 323

7.10.3 块的配置 326

7.10.4 结构体的配置 328

习题 329

第8章 数字逻辑设计基础 330

8.1 组合逻辑电路的VHDL设计 330

8.1.1 加法器 330

8.1.2 多路选择器 334

8.1.3 编码器与译码器 336

8.1.4 设计实践 340

8.2 时序电路的VHDL设计 344

8.2.1 基础时序逻辑模块 345

8.2.2 计数器的VHDL设计 349

8.2.3 堆栈与FIFO 352

8.2.4 多边沿触发问题分析 355

8.2.5 设计实践 357

8.3 有限状态机的VHDL设计 362

8.3.1 VHDL状态机的一般形式 363

8.3.2 有限状态机的一般设计方法 368

8.3.3 有限状态机的VHDL描述 370

8.3.4 设计实践 374

习题 377

第9章 数字系统设计与FPGA 379

9.1 数字系统设计自动化技术 379

9.2 数字系统的设计流程 380

9.3 基于FPGA的数字系统设计 383

9.3.1 可编程逻辑器件的发展历史 383

9.3.2 基于FPGA的数字系统设计流程 384

9.4 数字系统综合试验 386

9.4.1 直接数字频率合成技术的设计与实现 386

9.4.2 基于FPGA的FIR数字滤波器的设计 391

9.4.3 数字下变频器的设计 395

附录 399

参考文献 401

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