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第一章 引论1

1.1 我们周围的数字系统1

1.2 数字系统的世界2

1.3 实现数字系统的方法8

1.4 数字系统设计11

本章小结17

思考题和习题17

第二章 信息的二进制表达18

2.1 引言18

2.2 数字的二进制表达19

2.2.1 按位计数制19

2.2.2 数字的二进制表达21

2.2.3 二进制缩写表达：八进制和十六进制22

2.2.4 二进制与十进制的转换25

2.3 二进制数的算数运算31

2.3.1 数字系统中的无符号数31

2.3.2 加法运算与乘法运算31

2.3.3 符号数的表达36

2.3.4 不同表达方式之间的转换41

2.3.5 符号数的运算规则44

2.3.6 定点数和浮点数的表示47

2.4 信息的二进制编码49

2.4.1 一般字符与状态编码49

2.4.2 ASCII编码50

2.4.3 十进制数的二进制编码52

2.4.4 独热码55

2.4.5 格雷码56

2.4.6 检错和纠错编码58

本章小结59

思考题和习题59

第三章 逻辑代数基础63

3.1 引言63

3.2 基本逻辑系统表达64

3.2.1 逻辑代数中的三种基本运算64

3.2.2 几种导出的逻辑运算66

3.2.3 IEEE逻辑符号70

3.3 逻辑代数的公理和定理71

3.3.1 公理71

3.3.2 单变量定理71

3.3.3 二变量和三变量的定理71

3.3.4 n变量定理74

3.3.5 异或、同或运算的定理75

3.3.6 代入定理76

3.3.7 反演定理77

3.4 正负逻辑与对偶定理78

3.4.1 正负逻辑78

3.4.2 对偶定理78

3.4.3 信号名和有效电平79

3.5 香农展开定理与标准逻辑运算80

3.5.1 香农展开定理80

3.5.2 真值表的标准逻辑表达81

3.5.3 最小项与最大项82

3.5.4 逻辑函数的标准形式85

3.5.5 最小项和最大项之间的关系87

3.6 逻辑函数的表示方法88

3.6.1 逻辑函数的几种常用表示方法88

3.6.2 几种表示方法间的相互转换89

3.7 逻辑函数的化简93

3.7.1 逻辑函数的最简形式93

3.7.2 利用逻辑代数公式化简94

3.7.3 卡诺图法化简逻辑函数97

3.7.4 具有无关项的逻辑函数及其化简109

3.7.5 多输出函数的化简111

本章小结113

思考题和习题113

第四章 逻辑门电路119

4.1 引言119

4.2 MOS晶体管及其开关特性123

4.3 CMOS基本逻辑门结构125

4.3.1 CMOS反相器125

4.3.2 CMOS与非门和或非门126

4.3.3 其他电路结构CMOS门128

4.4 CMOS逻辑门的静态特性131

4.4.1 传输特性与逻辑电平容限131

4.4.2 输出电流与驱动能力134

4.4.3 输入／输出缓冲电路与电路的最大集成设计136

4.5 CMOS逻辑门的动态特性137

4.5.1 传输延迟时间138

4.5.2 动态尖峰电流139

4.5.3 功率损耗139

4.5.4 高速和超高速CMOS门电路140

4.6 CMOS门电路特点和使用中应注意的问题142

4.6.1 CMOS门电路的主要特点142

4.6.2 CMOS电路在使用中应注意的问题142

4.7 其他逻辑门电路143

4.7.1 分离器件逻辑门143

4.7.2 TTL逻辑门145

4.7.3 ECL逻辑门150

4.7.4 I2L门电路152

4.8 TTL门电路与CMOS门电路的接口153

4.8.1 TTL门电路驱动CMOS门电路153

4.8.2 CMOS门电路驱动TTL门电路154

本章小结155

思考题和习题155

第五章 组合逻辑电路设计164

5.1 引言164

5.2 组合逻辑电路的分析与设计166

5.2.1 组合逻辑电路的分析166

5.2.2 组合逻辑电路的设计172

5.2.3 组合逻辑电路中的险象178

5.3 编码器183

5.3.1 二进制编码器183

5.3.2 BCD编码器183

5.3.3 优先编码器185

5.4 译码器191

5.4.1 二进制译码器191

5.4.2 集成译码器的应用194

5.4.3 BCD译码器196

5.4.4 七段显示译码器197

5.5 数据选择与分配控制204

5.5.1 数据分配器204

5.5.2 多路复用器206

5.5.3 集成多路复用器的应用208

5.6 数据检测与比较213

5.6.1 奇偶校验电路及应用213

5.6.2 数据比较器215

5.6.3 数值比较器216

5.7 数据运算电路220

5.7.1 全加器与加法器220

5.7.2 组合乘法器226

5.7.3 算数逻辑单元227

5.8 组合逻辑的延迟分析228

5.8.1 器件延迟与线路延迟228

5.8.2 数据通道的延迟分析229

5.8.3 对大负载延迟的缓冲设计230

5.9 组合逻辑电路设计的文档标准231

5.9.1 门的符号231

5.9.2 信号名和有效电平232

5.9.3 “圈到圈”逻辑设计234

本章小结236

思考题和习题237

第六章 存储电路245

6.1 引言245

6.2 双稳态元件246

6.2.1 数字分析247

6.2.2 模拟分析247

6.2.3 亚稳态特性248

6.3 S-R锁存器249

6.3.1 基本S-R锁存器249

6.3.2 同步S-R锁存器255

6.3.3 S-R锁存器的时间参数259

6.4 D锁存器260

6.4.1 D锁存器260

6.4.2 D锁存器的时间参数260

6.5 D触发器262

6.5.1 边沿触发式D触发器262

6.5.2 具有清零和预置端的D触发器264

6.5.3 具有使能端的边沿D触发器265

6.5.4 集成D触发器265

6.6 其他类型触发器及其代换使用266

6.6.1 J-K触发器266

6.6.2 T触发器267

6.6.3 JK触发器转换成D触发器268

6.7 用Verilog设计D触发器269

本章小结270

思考题和习题271

第七章 时序逻辑电路设计277

7.1 引言277

7.2 时钟同步状态机分析278

7.2.1 时钟同步状态机的结构278

7.2.2 时钟同步状态机的表达280

7.2.3 有限状态机的分析281

7.3 时钟同步状态机设计285

7.3.1 简单计数功能设计287

7.3.2 序列发生器设计290

7.3.3 序列检测器设计举例291

7.4 二进制计数器293

7.4.1 行波计数器294

7.4.2 同步计数器296

7.4.3 MSI型计数器及应用297

7.4.4 任意模计数器301

7.4.5 计数器的典型应用304

7.5 移位寄存器307

7.5.1 由D触发器构成的移位寄存器307

7.5.2 由JK触发器构成的移位寄存器309

7.5.3 双向移位寄存器309

7.5.4 MSI寄存器／移位寄存器309

7.5.5 移位寄存器的应用314

7.6 移位寄存型计数器319

7.6.1 基本结构与表达319

7.6.2 环形计数器320

7.6.3 扭环计数器323

7.6.4 线性反馈移位寄存型计数器327

7.7 同步系统设计330

7.7.1 同步系统的结构330

7.7.2 同步电路中的时间容限332

7.7.3 时钟偏移333

7.7.4 选通时钟336

7.7.5 异步输入338

本章小结340

思考题和习题341

第八章 大规模半导体存储器和可编程逻辑器件350

8.1 引言350

8.2 半导体存储器352

8.2.1 只读存储器352

8.2.2 随机存取存储器357

8.2.3 用ROM存储器实现组合逻辑函数363

8.3 复杂可编程逻辑器件365

8.3.1 复杂可编程逻辑器件的结构367

8.3.2 基于可编程逻辑器件的电路实现369

8.4 现场可编程门阵列375

8.4.1 现场可编程门阵列FPGA的电路结构376

8.4.2 基于FPGA的逻辑实现382

8.5 CPLD和FPGA可编程逻辑器件的开发382

8.5.1 FPGA可编程IP资源383

8.5.2 FPGA和CPLD可编程逻辑器件开发384

本章小结386

思考题和习题387

第九章 数模和模数转换器390

9.1 引言390

9.2 数模转换器391

9.2.1 权电阻网络数模转换器391

9.2.2 权电流型数模转换器393

9.2.3 倒T形电阻网络数模转换器395

9.2.4 数模转换器的转换精度与转换速度397

9.3 模数转换器401

9.3.1 模数转换的基本原理401

9.3.2 采样—保持电路404

9.3.3 并联比较型模数转换器406

9.3.4 逐次渐近型模数转换器409

9.3.5 双积分型模数转换器411

9.3.6 模数转换器的转换精度与转换速度415

9.4 模数转换器和数模转换器的应用实例417

9.4.1 数模转换器实例417

9.4.2 典型AD转换器及应用420

本章小结423

思考题和习题423

第十章 现代数字系统设计426

10.1 引言426

10.2 数字系统的计算机辅助设计流程426

10.2.1 设计工具的演变427

10.2.2 数字系统设计方法427

10.2.3 数字系统EDA设计流程429

10.2.4 基于HDL的现代数字系统设计432

10.3 数字系统结构设计435

10.3.1 数字系统结构表示方法435

10.3.2 数字系统流水设计436

10.3.3 数字系统并行设计441

10.3.4 数字系统同步电路设计443

10.4 现代数字系统设计的面临问题444

10.4.1 可测性设计444

10.4.2 可靠性设计447

10.4.3 高速数字系统中的信号传输问题451

本章小结457

思考题和习题457

参考文献459

习题参考译文460

第一章 引论460

第二章 信息的二进制表达460

第三章 逻辑代数基础462

第四章 逻辑门电路466

第五章 组合逻辑电路设计476

第六章 存储电路484

第七章 时序逻辑电路设计490

第八章 大规模半导体存储器和可编程逻辑器件497

第九章 数模和模数转换器499

第十章 现代数字系统设计501