《普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材·電子學(xué)基礎(chǔ)系列:數(shù)字邏輯基礎(chǔ)(第3版)》是電子學(xué)基礎(chǔ)課程中關(guān)于數(shù)字邏輯部分的教材,在內(nèi)容安排上注重各種邏輯功能的設(shè)計(jì)思想、實(shí)現(xiàn)方法和設(shè)計(jì)過(guò)程,著重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于數(shù)字邏輯的基本分析與設(shè)計(jì)能力,具體電路的分析為基本原理和基本分析方法服務(wù)。
《普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材·電子學(xué)基礎(chǔ)系列:數(shù)字邏輯基礎(chǔ)(第3版)》除了最基本的邏輯代數(shù)理論外,還詳細(xì)討論了組合邏輯和時(shí)序邏輯的原理、分析和設(shè)計(jì)過(guò)程。在組合邏輯中除了常用邏輯模塊外,還介紹了各種運(yùn)算電路。在時(shí)序邏輯中不僅對(duì)同步時(shí)序電路展開(kāi)了討論,還詳細(xì)討論了異步時(shí)序電路。最后,《普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材·電子學(xué)基礎(chǔ)系列:數(shù)字邏輯基礎(chǔ)(第3版)》還介紹了數(shù)字系統(tǒng)的EDA設(shè)計(jì)過(guò)程,力圖使讀者能夠?qū)φ麄(gè)數(shù)字邏輯系統(tǒng)有一個(gè)比較全面的了解。
《普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材·電子學(xué)基礎(chǔ)系列:數(shù)字邏輯基礎(chǔ)(第3版)》可以作為高等學(xué)校電子科學(xué)與技術(shù)類專業(yè)學(xué)生的教科書,也可以作為相關(guān)技術(shù)人員的參考書。
本教材自2004年出版以來(lái),一直作為復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院《數(shù)字邏輯》課程的教材使用,同時(shí)也是復(fù)旦大學(xué)理科平臺(tái)課程的教材之一,針對(duì)這幾年教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的一些問(wèn)題,本次再版時(shí)對(duì)2007年的第二版教材做了一些改動(dòng):
第一,當(dāng)初確定本教材的整體構(gòu)想是以數(shù)字邏輯為主,對(duì)于數(shù)字集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本不加涉及,這樣可以在尚未學(xué)習(xí)模擬電路課程時(shí)就開(kāi)始學(xué)習(xí)本課程,但是考慮到有些內(nèi)容,例如延時(shí)、冒險(xiǎn)、競(jìng)爭(zhēng)等與電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有一定聯(lián)系,書中加入關(guān)于晶體管開(kāi)關(guān)作用的一節(jié),這次再版時(shí),為了更好地闡述數(shù)字集成電路的特性,將它改成了數(shù)字集成電路的電氣特性,而將原來(lái)的晶體管開(kāi)關(guān)作用以及門電路的結(jié)構(gòu)等內(nèi)容作了一些補(bǔ)充與改動(dòng)后放在附錄中。
第二,在《觸發(fā)器》一章中增加了用觸發(fā)器構(gòu)成延時(shí)單元,進(jìn)而解決數(shù)字信號(hào)處理一類問(wèn)題的設(shè)計(jì)方法,這部分內(nèi)容構(gòu)成了關(guān)于同步時(shí)序邏輯的設(shè)計(jì)中有限狀態(tài)機(jī)方法的一種補(bǔ)充,使得一些比較簡(jiǎn)單的同步時(shí)序問(wèn)題不必沿用有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)這樣一個(gè)固定的套路,相應(yīng)地對(duì)原來(lái)同步時(shí)序設(shè)計(jì)中的部分內(nèi)容也作了修改。
第三,考慮到現(xiàn)在數(shù)字電路的時(shí)鐘速率越來(lái)越高,在設(shè)計(jì)同步時(shí)序電路的時(shí)候?qū)τ跁r(shí)鐘信號(hào)的限制越來(lái)越重要,因此在教材中增加了一節(jié)關(guān)于時(shí)鐘信號(hào)限制的內(nèi)容。
另外,本次再版時(shí)對(duì)原書中的一些錯(cuò)誤做了修正,增加了部分習(xí)題。
在本書修改過(guò)程中,得到了我的同事任至鎬、王勇、尹建君等老師的許多幫助,也得到本書責(zé)任編輯梁玲博士的大力支持,在此一并表示衷心感謝。
陳光夢(mèng),男,1950年生。1966年因“文革”輟學(xué),進(jìn)入工廠。1977年恢復(fù)高考后考入復(fù)旦大學(xué),畢業(yè)后留校至今。留校以后一直從事電路與系統(tǒng)的教學(xué)與科研工作。長(zhǎng)期從事電子線路基礎(chǔ)教學(xué),曾參加過(guò)國(guó)家教委組織的中華學(xué)習(xí)機(jī)系列的研制工作,參加過(guò)上海多家工廠的工業(yè)自動(dòng)化改造項(xiàng)目;在自動(dòng)控制技術(shù)、可編程邏輯器件應(yīng)用技術(shù)、聲音與圖像的處理與應(yīng)用技術(shù)等領(lǐng)域開(kāi)展過(guò)不少工作,編著有《可編程邏輯器件的原理與應(yīng)用》、《數(shù)字邏輯基礎(chǔ)》、《數(shù)字邏輯基礎(chǔ)學(xué)習(xí)指導(dǎo)與教學(xué)參考》等書。
第1章 邏輯代數(shù)基礎(chǔ)
1.1 邏輯代數(shù)概述
1.1.1 邏輯變量和邏輯函數(shù)
1.1.2 基本邏輯運(yùn)算
1.1.3 常用的復(fù)合邏輯運(yùn)算
1.1.4 邏輯圖
1.2 邏輯代數(shù)的基本定理
1.2.1 基本公式
1.2.2 其他常用邏輯恒等式
1.2.3 基本邏輯定理
1.3 邏輯函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式和卡諾圖
1.3.1 邏輯函數(shù)的兩種標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)形式
1.3.2 兩種邏輯函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式之間的相互關(guān)系
1.3.3 將邏輯函數(shù)按照標(biāo)準(zhǔn)形式展開(kāi)
1.3.4 邏輯函數(shù)的卡諾圖表示
1.4 邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)
1.4.1 代數(shù)法化簡(jiǎn)
1.4.2 卡諾圖化簡(jiǎn)法
1.4.3 利用卡諾圖運(yùn)算來(lái)進(jìn)行邏輯化簡(jiǎn)
1.4.4 不完全確定的邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)
1.4.5 使用異或函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)
1.4.6 多輸出邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)
1.4.7 影射變量卡諾圖
1.4.8 邏輯函數(shù)的計(jì)算機(jī)化簡(jiǎn)
本章概要
思考題和習(xí)題
第2章 組合邏輯電路
2.1 組合邏輯電路分析
2.1.1 組合邏輯電路分析的一般過(guò)程
2.1.2 常用的組合邏輯電路模塊分析
2.2 組合邏輯電路設(shè)計(jì)
2.2.1 組合邏輯電路設(shè)計(jì)的一般過(guò)程
2.2.2 應(yīng)用組合邏輯電路模塊構(gòu)成組合電路
2.2.3 數(shù)字運(yùn)算電路設(shè)計(jì)
2.3 數(shù)字集成電路的電氣特性
2.3.1 門電路的電壓傳輸特性
2.3.2 數(shù)字集成電路的靜態(tài)特性
2.3.3 數(shù)字集成電路的動(dòng)態(tài)特性
2.3.4 三態(tài)輸出電路和開(kāi)路輸出電路
2.4 組合邏輯電路中的競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)
2.4.1 競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)現(xiàn)象及其成因
2.4.2 檢查競(jìng)爭(zhēng)-目險(xiǎn)現(xiàn)象的方法
2.4.3 消除競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)現(xiàn)象的方法
本章概要
思考題和習(xí)題
第3章 觸發(fā)器及其基本應(yīng)用電路
3.1 觸發(fā)器的基本邏輯類型及其狀態(tài)的描寫
3.1.1 RS觸發(fā)器
3.1.2 JK觸發(fā)器
3.1.3 D觸發(fā)器
3.1.4 T觸發(fā)器
3.1.5 4種觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換
3.2 觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理
3.2.1 D鎖存器
3.2.2 主從觸發(fā)器
3.2.3 邊沿觸發(fā)器
3.2.4 邊沿觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性
3.3 觸發(fā)器的基本應(yīng)用
3.3.1 簡(jiǎn)單計(jì)數(shù)器
3.3.2 寄存器
本章概要
思考題和習(xí)題
第4章 同步時(shí)序電路
4.1 時(shí)序電路的描述
4.1.1 兩種基本模型
4.1.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)換表
4.1.3 兩種基本模型的相互轉(zhuǎn)換
4.2 同步時(shí)序電路的分析
4.2.1 同步時(shí)序電路分析的一般過(guò)程
4.2.2 常用同步時(shí)序電路分析
4.3 同步時(shí)序電路的設(shè)計(jì)
4.3.1 同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)的一般過(guò)程
4.3.2 帶有冗余狀態(tài)的同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)
4.3.3 用算法狀態(tài)機(jī)方法設(shè)計(jì)同步時(shí)序電路
4.3.4 同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)中的狀態(tài)分配問(wèn)題
4.4 時(shí)序電路的狀態(tài)化簡(jiǎn)
4.4.1 完全描述狀態(tài)表的等價(jià)與化簡(jiǎn)
4.4.2 不完全描述狀態(tài)表的化簡(jiǎn)
4.5 同步時(shí)序電路系統(tǒng)中的一些實(shí)際問(wèn)題
4.5.1 電路延時(shí)的影響
4.5.2 時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題
本章概要
思考題和習(xí)題
第5章 異步時(shí)序電路
5.1 基本型異步時(shí)序電路的分析
5.1.1 基本型異步時(shí)序電路的結(jié)構(gòu)及其描述
5.1.2 基本型異步時(shí)序電路的一般分析過(guò)程
5.2 基本型異步時(shí)序電路中的競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)
5.2.1 臨界競(jìng)爭(zhēng)與非臨界競(jìng)爭(zhēng)
5.2.2 臨界競(jìng)爭(zhēng)的判別
5.2.3 臨界競(jìng)爭(zhēng)的消除
5.2.4 基本型異步時(shí)序電路中的冒險(xiǎn)
5.3 基本型異步時(shí)序電路設(shè)計(jì)
5.4 脈沖型異步時(shí)序電路的分析與設(shè)計(jì)
5.4.1 脈沖型異步時(shí)序電路的分析
5.4.2 脈沖型異步時(shí)序電路的設(shè)計(jì)
本章概要
思考題和習(xí)題
第6章 可編程邏輯器件與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)初步
6.1 可編程邏輯器件的基本結(jié)構(gòu)
6.1.1 基于乘積項(xiàng)的可編程邏輯器件
6.1.2 基于查找表的可編程邏輯器件
6.1.3 可編程邏輯器件中的“熔絲
6.1.4 可編程邏輯器件的編程過(guò)程
6.2 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)初步
6.2.1 數(shù)字系統(tǒng)
6.2.2 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般過(guò)程
6.2.3 用可編程邏輯器件進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本章概要
思考題和習(xí)題
附錄
附錄1 數(shù)制與代碼
附錄2 《電器圖用圖形符號(hào)--二進(jìn)制邏輯單元》(GB4728.12-85)簡(jiǎn)介
附錄3 二極管、晶體管與場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)關(guān)特性
附錄4 集成邏輯門電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
附錄5 VHDL的對(duì)象、運(yùn)算符和關(guān)鍵字
參考文獻(xiàn)
邏輯代數(shù)是借助符號(hào)、利用數(shù)學(xué)方法來(lái)研究邏輯推理和邏輯計(jì)算的一個(gè)數(shù)學(xué)分支。對(duì)于任何一個(gè)邏輯問(wèn)題,都是從一定的邏輯條件出發(fā),通過(guò)推理或計(jì)算得到一定的邏輯結(jié)論。其中很重要的一類邏輯關(guān)系,其條件和結(jié)論只能取兩種對(duì)立的情形,例如是和非、對(duì)和錯(cuò)、真和假等等。由于這類邏輯關(guān)系中的邏輯變量只能取對(duì)立的兩個(gè)值,所以稱其為二值邏輯。在本書中,除非有特別說(shuō)明,所有的邏輯均指二值邏輯。
1.1.1 邏輯變量和邏輯函數(shù)在邏輯代數(shù)中,邏輯條件被稱為輸入邏輯變量,簡(jiǎn)稱輸入變量;邏輯結(jié)論被稱為輸出邏輯變量,簡(jiǎn)稱輸出變量。每個(gè)邏輯變量的取值只有“真”和“假”兩種可能。為了書寫便利,通常用“1”代表“真”,用“0”代表“假”。
值得注意的是,由于“1”和“0”代表兩個(gè)對(duì)立的邏輯狀態(tài),它們通常被稱為邏輯值,但是它們不具有數(shù)值上的大小意義。在形式上邏輯變量的邏輯值和二進(jìn)制數(shù)相同,并且在數(shù)字電路中也用邏輯值來(lái)代表二進(jìn)制數(shù),但這是兩個(gè)完全不同的概念,它們的定義和運(yùn)算規(guī)則等完全不同,一定不可混淆。
在一個(gè)邏輯關(guān)系問(wèn)題里,一定的邏輯結(jié)論必然由一定的邏輯條件引起,也就是說(shuō)輸出變量的取值依賴于輸入變量的取值,這樣就形成了一個(gè)邏輯函數(shù)(Logic Function),邏輯函數(shù)也稱開(kāi)關(guān)函數(shù)(Switching Function),例如用A表示是否有空閑時(shí)間。
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