数字逻辑电路

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数字逻辑电路
PLC WORLD 内容筒介 本书介绍数宁翌辑电路设计的原、方法和应用,着重沦运中大规模焦 成电路及 EPROM存储器、GAL、 ISPLSI等可端杷熤辑器件的原理、绵程 和应用实劍.书中众多在实际应用中取得成功的何子可启发读者把学到的 基础知识用于解决实际问题 全书共十二章,由逻辑代数、组合电路、时序电辟的分析设计、集成 脉冲电路、可繃程逻辑器件、A/D与DA第成块发其应用等六部分组成 每章均附有适量习题 本书可作为高校计算机、无线电、自控等专岦的教材 书在版编目〔CIP)数据 数字逻辑电路/刘必虎,沈建国编著,北京:科学出版社,1999.8 〔高等院校选用教材系列 IsR、7-03-007336 数…Ⅱ.①刘…②沈…』.①辑电路高等学校教对 ②逻辑集成电路高等学校-教材Ⅳ.TN79 中国版本图书悔CIP数据核字(199)第04632号 每旗服#出版 北 糯北止号 新蕾帑矶印刷 新书北京发行所发行各地新华书店纤 EE月常·一版开本 199年B月第次印刷知张:261 印数,1-4 子数:4C 定价:3980元 如自印装质悬间题,我社负责调换(新 PLC WORLD 前言 数字系统和数字路设备心广泛应用于各个社会領域,它使各种仪器设备获得众多 的功能满定智能化的要求,因此电子技术领域的工程师和支术员必掌握数字系统的基 础知识 数字电子技术在早期的分立元件和60年代后的小规模集成电路(SSI)时,逻辑设计 的化简理论发挥了重要作川.70年代以后,中规模集成电路(MsI}和大规模集成电路 ISI)相继研氰成功,它提高了电路的性能,降低了成本,但其设计方法却大部分是探索 性和经验性的 目前,大规模和超大规模的可编程逻辑器件得到了越来越广泛的实际应用,它们的设 计采用的是计算机辅助设计技术,使电子系统的研淘时间大大缩短,待别是系统可编程逻 辑器件,可以在不改变硬件没置的情况下,在现场对系统进行组态,并可实现电子系统的 遜控升级 集成电路技犬和计算机輔助设计的迅猛发展改变了电子系统的传统设计方法,它使 电子设计自动(EDA)和电子系统设计育动化(ESDA)成为现代电子系珍设计和制造中 的主要技入手段,使电子系统的设计从传统的单纯鲠件没计方法变为计算机软硬件协同 设计的方法,由此可设计制造出实现各种功能的专用集成电路(ASIC ED)A和ESDA技术是现代电子工程师进行电子系统和电子工程设计所必须掌握的 技术 为了适应电子系统设计技术的发展、培养面向21世纪、参与国内外市场竞争的岜子 科技人才,忄书对原数字逻辑电路方面的内容做了较大增删,除了讲述必要的数字逻辑设 计原理的基础知识以外,对小规模电路的内容做了精简,加强了中大规模组件方面的内 谷特别是对在系统可编程逻辑器件的编程及使用做,较详细的介绍,使读者能学握具体 的使用技术 此外,本书还讨论了数模和模数转换忮术,最后介绍了脉冲电路约基本知识 木书是编著老在科研与教学基础上,为适应数字技术的迅猛发展、渐器件不断出规的 新形势而编写的木书的原稿已在华东师范大学电子系作为教材多次使用,成书过程中得 到翁默额教授的指导及教研组中多位老师的帮助,本专业的林井等同学也做了许多工 作,编考在此一并致谢 编著者水平有限,敬清读者对本书的缺点及不足之处批评指正 为落者 8年7月 PLC WORLD 目录 第一章数制和編码…… 餐1.1进位计数制及其相互转换… 嚼郾■ §.2原码、反码和补码 81.3二十进(BCD)码 13 习题 ■郾 ………14 第-章逻辑代数和逻辑函数 ↓↓d4L b LS 82.1逻辑代数 15 §2.2逻辑堡数的代数化简法 n·■■ p■ 21 2.3真值表与逻辑函数的标准形式……… 27 82.4逻辑函数的卡诺图化简法 31 s2.5逻辑函数的列表法化简 …………38 习题 ………………………………………………………42 第三章集成逻辑门……… ■■■『■曾骨■自■量t …46 83.11TL与非 3.2MOS逻辑门电路 54 r………;…………60 第四章组合逻辑电路………… 64 §4.1组合电路的分析…… 中4···中··“·画4 ……64 84.2组合电路的设计……… ■4早餐·■ …r;…66 §4.3组合电路的冒险现象… 78 习题……………… ……∴…∴……83 第五章中规模集成组合电路…………………………………………….87 85.1编码及编码器… ■■血血幽 ■↓■ 87 5.2译码及译码器… w. ∴………96 §5.3效据选择器…… 卩■平昏l■■1甲4bd 冒■t- a r·a■m口1■nbd■■md画山■d 106 ,4数值比较器… 113 5.5全加器和算术逻单元 115 85.6用MsI組合电路芯片进行逻辑设计華例 123 」题 …………126 第六章集成触发器 ………128 86.1RS触发器 H28 §6.2主从式JK触发器……… 鲁·凸幽口 §6.3维持塞式』触发器… 138 PLC WORLD §6.4边沿触发K触发器 141 §6.5触发器的开关特性及其输入输出波形… 143 86.6T触发器及触发器的相互转换 14 86.7CMS触发器 148 §6.8触发器的非逻辑应用举例 +…154 了 第七章同步时序逻辑电路 中·平中■會會曾鲁 157 87.1概述 了 §7.2同步时序电路的分析 59 §7.3同步时序电路的设计…… ■■·日■日甲·■■严严平 ……………………":164 87.4移位型韦路与详列佇号发生器 194 习题… 05 第八章异步时序逻辑电路 ..,日··日·.日···命中!日1B中日卓·中◆“4中目F·中即『号·日■■卓P尹P学 881脉冲型异步时字电路的分析 211 §8.2脉冲型异步时序电路的设计 §8.3电位型异步时序电路的分析 22u §8.4电位型异步时字电路的设计 ■曲tld山 …221 S8.5时序电路的竞争和险象 23L 题 ………………23 第九章中规模集成时序逻辑电路 244 89.1寄存器和锁存器 =: 244 》9.2移位寄存器 249 9,3计数器 ··1·-··甲 258 89,4应用MS组件设计数字系统… 89.5随机存储器RAM ∴281 习趣 ↓!量·1■昏血■‘‘■甲晋山·q甲山·pp4mp甲pda 283 第十章A/D及D/A转损………………………………………288 810.1D!A转换器… 288 810.2A/D转换器… 301 习题… ■■d血d 甲P『·↓擊1■甲平早■普■山b鲁b白■·1da 320 第十一章可编程逻辑器件 备■■晶山■备 323 811.1概述 323 11.2只读存贮器ROM… ∷……:324 11,3可编程逻辑器件的基本结构 349 器11.4PAL和GAL的原理与应用……… 353 11.5FPGA与iPLS[…… 习题 387 第十二章脉冲电路基础……… 390 12.1脉冲的基不知识… PLC WORLD 氵12.2简单脉冲波形变换电路 393 §12,3门电路组成球冲形成电路 397 812.4集成脉冲电路 附录图形符号简介 参考文献 414 PLC WORLD 第一章数制和编码 数宇逻辑电路主要研究数字信号的产生、存储变换及运算等,其分析及设计方法是 电子τ榻技术人员所必备的专业基础知识.二进制和逻辑代数是前数字逻辑电路中进 行算术运算及逻辑运算的主要数学亡兵 本章以二进制为重点,讨论了各种不同的进位计数制及其相互之间的联系与转换方 法,进而讨论了∵进制负数的表示法以及用进码来表示十谜制数的编码方法 §1.1进位计数制及其相互转换 数字信号及数字电路 电信导可分为模视信号和数字信号两大类模拟信号是在时闸上和幅值上都是连 续变化的电或屯流信号.处理这种模拟信号的尾齋統称为模拟电路. 所谓数字信号是指在埘间上和帼值上都是离散的(不连续的》电压或电流信号如图 -1所示.方面,它们的变化在时间上是不连续的,总是发生在一系列离散的瞬间t,( 0,1:2,…);另一尔面,之仃的值大八及增减变化都采取效宇形式.譬如,图中l:时幅值 5 △t△ -△ t 图1-数字信号例- 12数宁信号例 由2跳变为t,4时幅值出3跳变为5等等.实际上,目前在数字电路中最常采用的是有 0和1两种数值组成的数字信号,如图1-2所示这种两值数字信号又可分为电位型和脉 冲型两种.图12(a)是电位型数字信号,用高电位表示数字1,低电位表示数字0;每个1 0信号折占的时问间隔△t都相等,并称之为-拍.一般一个1或一个0称为1比特(it) 1位几个连续的高(低)电位就是几拍()长的10)管号.图1-2()示就是11010 五位数字信号图12(b)是脉冲型数字信号,它是以每拍内有无脉冲来表示的信号在 拍时问内有脉冲信号表示数字1,无脉种信号表示数字0,图1-2(b)所示也是11010五位 数字信号 PLC WORLD 处理效字镨号电路称方数字电路,它能产生、贮、变换、传送数字信号以及具有对 数字信号进行算术运算、逻锝运算,计数、显示等功能.由J数字电路的输入变量与输出变 且邵是数字信号,而且相互之间都有定的逻辑关系,这些逻辑关系常用系列逻辑符号 來栈示,所以数字电路乂称做数字逻辑电路,或辑电路. 十进计数箭(十进制 数制是计数进位制的简称,只有Q和1两种数佰組成的数字信号称做二进制信号,目 前在数字电路中处理的就是二进制数字信号,有时也用人进制和十六进来表示,但人们 熟悉的是十进制数字, 在十进制数中,每一位用0、1、2,…、9十个不同的数符来表示在数制中,数符的个数 称为基数,个数符即基数为十,计数时超过9的数要用怎位数来友示,其中低位数和高 一位数之间的关系是“逢十进一”或“借一当十"故称为进制 任意一个正的十进制数N都叮以写成按位权妥开的表式 (N) a;×10 1(2 十a4×10+ 101 式中ca:是第i位系数,它可能是~9十个数符中的任何一个;C是第i位的位值,称 为“权”;n为整数的位数,m.小数的位数,an1最高位,am是最低位 如38.65=3×101+8×10+6X101+5×102.各位双值分别为10=10,10=1 10=0.110-2=0,C110称为个位,10称为「位,101及10分别称为|分位政百 分位等等 若以基数R代替上式中的10,就可以得到R进制({意一个进制)的普遍表示式 AR=42-1XR-+ 十A1XR+·A×R+A-1×R 4-×R-2十…AXR A-14x-2…A1AA-1A-:…-m) 1 2) 式中A1是系数它可能是0、1、2、…、R-1等R个数符中的任何一个 三、二进制及24进位计数制 L.二进制 在进制中,基数R=2每一位仅有⑥和⊥两个可能的数符,低位和髙一位之间的关 系是逢进一第;位的杈值为2,一个任意的,走制数(N)3诃写成 N 12={n-1bm2“bbb一12…*b bn-3×2”-1十b b1×21+bo 2+b-1×21+b2×2-2十…·一一m×2 这里b的取{只有0和1两种可能.一个n位的二进制数可表示2个数,其中最大 PLC WORLD 约数为2”-1;例如,两位二进制数可表示22=4个数,即0、01、10、11分别对应于十进制 数0,1,2,3,其最大的数为2-1=3 出于二进制可以很方便地用具有两个稳定状苍的巨子器件如是体管的饱和及截止来 实现(其中一个状态表示“0”,另·^状态表示“1”),而且二进制运算简单,所以在数空电 路及计算机中得到广泛钓应用 2.2进位计数制 用二进制来表示较人的数值时,位数很多,例如(1C24)0-(10000002读写时賽 易出错.为了简捷地表示一个很长的二进制数,常常采用基数为2的走位计数制,K是 正整数.其中常用的石八(23)进计数制及十六(23进计数制 在八进中,基数R=8,即有C、1、23、45.6、7等八^数符,低宜和高一位之间的关 系是逢八进一据(1-2)式可加,一个八进制数,如(13.24),可表示为(13.24)=1×8+3 8+2×8-1+4×8 在卜六进制由,基数=16,即有、1、2、、A、5、6、7、8、9、A、B、C、、E、F共十六 数符,低位和高一位之间的关系是逢十六进一任意一个十六进制数司样可以用录开式表 示,如(3AB.98)16=(3.98)r=3×162+A×161+B3×168+9×16-1+8×16 式中H表小「六进制数. 玩将十进制、二进制、八进及十六进制的对照表列于表11 衷L-1几种常见的数制对照豪 十进制数 二进制数 汽进制数 十六进制数 4 12 A l011 B 12 L⊥0 10l 15 111 16 E 100 四、不同数制的相互转换与运算 由于二制数不便于读写而人们又习惯于使用十进氰数因比二进制数往往只在数 字甩路、计算杋闪部使用.这样就需要在机器的输λ端及输出端进行不同数制的转换

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