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數(shù)字電路與邏輯設(shè)計 
定 價：48 元
9 7 6 8 5 7 6 5 9 6 4 0 6 
本書是基于OBE教育理念，按照電子信息類專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，采用反向設(shè)計的方法而編寫的。本書詳細(xì)介紹了數(shù)字邏輯電路的基礎(chǔ)理論和分析、設(shè)計方法，并把數(shù)字電路的VHDL語言描述結(jié)合其中，詳細(xì)介紹了數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計與仿真方法。此外，書中提供了大量采用Proteus和Quartus軟件進行設(shè)計的實驗項目和課程設(shè)計項目，以提高學(xué)生的應(yīng)用能力。
本書可以作為高等學(xué)校電子信息類專業(yè)教材，也可以供數(shù)字電路設(shè)計人員參考。
在長期的教學(xué)過程中，經(jīng)常聽到同學(xué)們反映數(shù)字電路比模擬電路好學(xué)。如果僅僅是認(rèn)識門電路、觸發(fā)器、少量中規(guī)模芯片的功能，搭接簡單的數(shù)字電路，如在面包板上實現(xiàn)數(shù)字鐘，等等，得出這個結(jié)論未嘗不可。學(xué)習(xí)數(shù)字電路至少有兩個目的，一是為后續(xù)的微機原理課程打下基礎(chǔ)，便于我們理解CPU、存儲器、接口電路的結(jié)構(gòu)及工作原理，在此基礎(chǔ)上才能編寫程序，讓微機按照我們的意圖工作；二是直接利用數(shù)字電路知識進行數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計。數(shù)字電路不能完全由小、中規(guī)模芯片組成，這樣結(jié)構(gòu)過于龐雜。所以，在學(xué)習(xí)數(shù)字電路的同時應(yīng)同時學(xué)習(xí)VHDL（Veryhighspeed integrated circuit Hardware Description Language，超高速集成電路硬件描述語言）或Verilog的電路描述方法，利用可編程邏輯芯片來設(shè)計數(shù)字電路。本書把傳統(tǒng)的數(shù)字電路和基于VHDL語言的電路描述設(shè)計有機融合，在編寫方式上力圖改變實踐教學(xué)為理論教學(xué)服務(wù)或忽視實踐教學(xué)的做法，根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)，設(shè)計實踐教學(xué)的最終目的、具體內(nèi)容、實施過程，將傳統(tǒng)以理論教學(xué)為主轉(zhuǎn)變?yōu)槔碚撆c實驗相結(jié)合的教學(xué)方法，著重培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字邏輯電路設(shè)計能力。使用本書前應(yīng)具備“C語言程序設(shè)計”“電路原理”“模擬電路”等課程的基礎(chǔ)知識。本書選擇VHDL語言進行電路描述，但不涉及太多的語法，只需掌握IF、CASE語句即可。本書建議理論學(xué)時60、實驗學(xué)時30、課程設(shè)計1周， 具體教學(xué)安排如下：
第1章 數(shù)制與編碼（6學(xué)時）：先介紹二、十進制數(shù)及其之間的進制轉(zhuǎn)換；再介紹幾種二-十進制編碼，以及利用二-十進制編碼進行加法運算、運算和的調(diào)整方法；然后介紹格雷碼；最后以兩個2421BCD碼加法電路設(shè)計為例，進行基于VHDL電路描述的設(shè)計介紹，將會用到QUARTUSⅡ設(shè)計軟件，軟件使用方法在第7章的7.3節(jié)進行詳細(xì)介紹；通過軟件仿真，初步認(rèn)識電路設(shè)計中出現(xiàn)的“競爭與冒險”現(xiàn)象。
第2章 邏輯代數(shù)基礎(chǔ)（8學(xué)時）： 介紹了邏輯代數(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字邏輯電路的設(shè)計方法，并鞏固了數(shù)字邏輯電路的設(shè)計方法。其中會用到Proteus電路設(shè)計仿真軟件，該軟件的使用方法將在第7.1節(jié)進行詳細(xì)介紹。第1、2章均介紹了兩個2421BCD碼加法電路設(shè)計，分別給出了兩種數(shù)字電路設(shè)計方法。
第3章 集成邏輯門電路（6學(xué)時）：介紹CMOS集成門電路，使學(xué)生理解諸如邏輯代數(shù)“與”運算和電路中邏輯與門的“與”運算之間的區(qū)別，從而為學(xué)習(xí)后續(xù)章節(jié)的數(shù)字邏輯電路設(shè)計打下基礎(chǔ)。通過第2、3章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解電路設(shè)計中為什么會出現(xiàn)“競爭與冒險”現(xiàn)象，掌握靜態(tài)冒險的檢查與消除。
第4章 中規(guī)模組合電路及VHDL描述設(shè)計（10學(xué)時）：介紹常用的中規(guī)模組合電路芯片及其應(yīng)用設(shè)計，以及相應(yīng)的VHDL描述設(shè)計；通過中規(guī)模電路及門電路設(shè)計、VHDL描述設(shè)計，實現(xiàn)5421碼數(shù)據(jù)的加法運算，包括編碼輸入和譯碼輸出。通過第1～4章的學(xué)習(xí)，初步掌握傳統(tǒng)的數(shù)字電路設(shè)計、基于VHDL語言的電路描述設(shè)計方法。
第5章 集成觸發(fā)器（8學(xué)時）：介紹有記憶功能的電路（觸發(fā)器）的組成及工作原理；通過7路搶答器的設(shè)計，理解為什么電路中需要記憶單元，以及如何設(shè)計記憶單元。
第6章 時序邏輯電路的分析、設(shè)計和描述（22學(xué)時）：通過大量舉例，介紹時序邏輯電路的分析、設(shè)計和描述； 利用74LS192、74LS153、門電路、觸發(fā)器來設(shè)計萬年歷，介紹傳統(tǒng)數(shù)字電路的設(shè)計方法；通過紅外傳輸系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，介紹基于VHDL語言的電路設(shè)計方法。上述兩個數(shù)字電路設(shè)計將會應(yīng)用第7章的多數(shù)實驗內(nèi)容，建議理論課與實驗課同步進行，并適當(dāng)增加、修改一些功能要求，或改變設(shè)計方法。這兩個電路也適合用于課程設(shè)計。此章是本書份量最重的一章。
第7章 實驗與課程設(shè)計：介紹了數(shù)字電路設(shè)計中需要用到的軟件的使用方法，詳細(xì)介紹了實驗項目、課程設(shè)計項目。
本書適合進行線上線下混合式教學(xué)，同時提供教學(xué)課件，配套的課程網(wǎng)站有：超星爾雅：https://mooc1-1.chaoxing.com/course/template60/92757197.html；中國大學(xué)MOOC：http://www.icourse163.org/learn/preview/JMU-1205706806?tid=1205992221#/learn/content. 本書第1～6章由方怡冰編著，第7章由鄭新旺編著。書中的例子都是經(jīng)過多年的教學(xué)實踐、提煉后精心選擇的，均通過仿真、下載、實際電路調(diào)試。
本書將傳統(tǒng)數(shù)字電路與VHDL電路描述設(shè)計有機融合，從數(shù)字電路的角度學(xué)習(xí)VHDL描述設(shè)計，并不強調(diào)VHDL語法學(xué)習(xí)，不增加數(shù)字電路理論課時，只適當(dāng)增加實驗課時，就可以利用課程設(shè)計驗證學(xué)習(xí)效果。學(xué)生們掌握了VHDL描述設(shè)計方法后，也有助于學(xué)習(xí)Verilog描述設(shè)計方法。
方怡冰
第1章 數(shù)制與編碼 1
1.1 進位計數(shù)制 2
1.1.1 基數(shù)和權(quán) 2
1.1.2 2n進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 2
1.1.3 十進制數(shù)和二進制數(shù)的轉(zhuǎn)換 3
1.2 二-十進制編碼 4
1.2.1 幾種二-十進制編碼 4
1.2.2 二-十進制編碼的加法 6
1.2.3 加法電路的VHDL描述 8
1.3 格雷碼 12
習(xí)題 15
第2章 邏輯代數(shù)基礎(chǔ) 16
2.1 基本概念 16
2.1.1 邏輯變量和邏輯函數(shù) 16
2.1.2 基本邏輯運算 16
2.1.3 導(dǎo)出邏輯運算 18
2.1.4 邏輯函數(shù)的表示方法 20
2.2 邏輯代數(shù)的定理和規(guī)則 23
2.2.1 邏輯代數(shù)的基本定律 23
2.2.2 常用公式 23
2.2.3 展開定理 24
2.2.4 邏輯代數(shù)的三個規(guī)則 25
2.3 邏輯函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式 25
2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)與或式 26
2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)或與式 27
2.3.3 不完全確定的邏輯函數(shù) 28
2.4 數(shù)字邏輯電路設(shè)計方法 30
2.4.1 邏輯電路的設(shè)計 30
2.4.2 兩個2421BCD碼相加和的調(diào)整電路設(shè)計 31
習(xí)題 35
第3章 集成邏輯門電路 39
3.1 MOS晶體管 39
3.1.1 MOS晶體管的分類 39
3.1.2 MOS管的三個工作區(qū) 40
3.1.3 MOS管的開關(guān)時間 40
3.2 CMOS反相器 41
3.2.1 CMOS反相器的結(jié)構(gòu)和工作原理 41
3.2.2 CMOS反相器的電壓傳輸特性 42
3.2.3 CMOS反相器功耗 44
3.2.4 CMOS反相器的開關(guān)時間 44
3.3 CMOS其他邏輯門電路 45
3.3.1 CMOS與非門 45
3.3.2 CMOS或非門 46
3.3.3 門的輸入端數(shù)的擴展 47
3.3.4 緩沖門、與門及或門 47
3.3.5 CMOS與或非門和異或門 48
3.4 CMOS集成電路的輸出結(jié)構(gòu) 49
3.4.1 推挽輸出 49
3.4.2 三態(tài)輸出 49
3.4.3 漏極開路輸出 50
3.5 CMOS電路使用中應(yīng)該注意的問題 51
3.6 TTL邏輯門電路簡介 53
3.7 組合邏輯電路的競爭與冒險 54
3.7.1 冒險的分類 55
3.7.2 冒險的檢查及消除 56
習(xí)題 58
第4章 中規(guī)模組合電路及VHDL描述設(shè)計 61
4.1 常見組合電路結(jié)構(gòu) 61
4.2 編碼器 62
4.2.1 普通編碼器的VHDL描述 62
4.2.2 2421碼編碼器的VHDL描述 65
4.2.3 優(yōu)先編碼器74HC148 66
4.2.4 優(yōu)先權(quán)編碼器的VHDL描述 68
4.3 譯碼器 69
4.3.1 普通譯碼器的VHDL描述 69
4.3.2 2421碼譯碼器的VHDL描述 70
4.3.3 中規(guī)模譯碼器74HC139、74HC138、74HC154 71
4.3.4 用VHDL描述中規(guī)模譯碼器74HC138
74
4.3.5 顯示譯碼器74LS47、74LS48 75
4.3.6 用VHDL描述顯示譯碼器 77
4.4 加法器 78
4.4.1 中規(guī)模全加器74LS83、74HC283
78
4.4.2 利用中規(guī)模全加器做全減器 79
4.4.3 利用VHDL描述加/減法器 81
4.4.4 中規(guī)模電路設(shè)計 83
4.5 數(shù)據(jù)選擇器 85
4.5.1 用VHDL描述數(shù)據(jù)選擇器 86
4.5.2 利用中規(guī)模數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計電路 87
4.6 數(shù)值比較器 92
4.7 綜合設(shè)計 94
4.7.1 用中規(guī)模電路及門電路設(shè)計 96
4.7.2 用VHDL設(shè)計 97
4.7.3 利用4位V5421FULL加法電路擴展設(shè)計8位加法電路 108
習(xí)題 109
第5章 集成觸發(fā)器 115
5.1 觸發(fā)器的基本特性及其記憶作用 116
5.2 電位型觸發(fā)器 117
5.2.1 基本RS觸發(fā)器 117
5.2.2 帶使能端的RS觸發(fā)器 123
5.2.3 D觸發(fā)器 123
5.2.4 鎖存器 124
5.3 時鐘控制的集成觸發(fā)器 125
5.3.1 主從觸發(fā)器 125
5.3.2 T觸發(fā)器 129
5.3.3 邊沿觸發(fā)器 129
5.4 集成觸發(fā)器的時間參數(shù) 133
5.4.1 建立時間和保持時間 133
5.4.2 時鐘信號的時間參數(shù) 134
習(xí)題 134
第6章 時序邏輯電路的分析、設(shè)計和描述 139
6.1 時序電路基礎(chǔ) 139
6.1.1 同步時序電路的分類和描述 139
6.1.2 常用時序電路 140
6.2 小規(guī)模計數(shù)器的分析、設(shè)計及VHDL描述 142
6.2.1 小規(guī)模計數(shù)器的分析 142
6.2.2 小規(guī)模計數(shù)器的設(shè)計 146
6.3 小規(guī)模一般時序電路的設(shè)計及VHDL描述 152
6.3.1 投幣機的設(shè)計舉例 152
6.3.2 空調(diào)溫度調(diào)節(jié)電路設(shè)計舉例 158
6.4 中規(guī)模集成計數(shù)器及應(yīng)用設(shè)計 162
6.4.1 可預(yù)置十進制可逆計數(shù)器74LS192 163
6.4.2 利用74LS192設(shè)計萬年歷 167
6.4.3 四位二進制加1計數(shù)器74LS169 172
6.5 小規(guī)模移位寄存器及VHDL描述 176
6.5.1 移位寄存器的構(gòu)成 176
6.5.2 環(huán)形、扭環(huán)形計數(shù)器 178
6.5.3 序列信號發(fā)生器 181
6.6 中規(guī)模移位寄存器及應(yīng)用設(shè)計 190
6.6.1 通用移位寄存器74LS194及序列信號發(fā)生器設(shè)計 191
6.6.2 JK輸入的移位寄存器74LS195及M序列的縮短設(shè)計 192
6.6.3 8位移位寄存器74LS164及串—并轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 193
6.6.4 8位移位寄存器74LS166及并—串轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 197
6.6.5 8位并—串—并轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 199
6.6.6 利用中規(guī)模芯片設(shè)計序列信號發(fā)生器電路 200
6.7 序列信號的產(chǎn)生與接收檢測電路的設(shè)計 203
6.7.1 序列信號發(fā)生器電路的VHDL描述 203
6.7.2 序列信號接收檢測電路設(shè)計 204
6.7.3 組成完整的序列信號產(chǎn)生和接收檢測電路 208
6.8 紅外傳輸系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 209
6.8.1 空調(diào)機溫度信號、基帶信號產(chǎn)生及調(diào)制信號產(chǎn)生電路 211
6.8.2 空調(diào)機溫度調(diào)節(jié)總電路及接收解碼 214
6.8.3 仿真結(jié)果分析 216
習(xí)題 218
第7章 實驗與課程設(shè)計 226
7.1 Proteus快速入門 226
7.2 FPGA開發(fā)板簡介 230
7.3 基于FPGA開發(fā)板的Quartus使用教程 239
7.4 實驗項目 256
7.4.1 組合邏輯電路實驗(一) 256
7.4.2 組合邏輯電路實驗(二) 258
7.4.3 組合邏輯電路實驗(三) 260
7.4.4 組合邏輯電路實驗(四) 263
7.4.5 組合邏輯電路實驗(五) 265
7.4.6 組合邏輯電路實驗(六) 267
7.4.7 組合邏輯電路實驗(七) 271
7.4.8 時序邏輯電路實驗(一) 274
7.4.9 時序邏輯電路實驗(二) 276
7.4.10 時序邏輯電路實驗(三) 277
7.4.11 時序邏輯電路實驗(四) 280
7.4.12 時序邏輯電路實驗(五) 282
7.4.13 時序邏輯電路實驗(六) 286
7.5 系統(tǒng)綜合設(shè)計項目 289
7.5.1 數(shù)字萬年歷 289
7.5.2 基于紅外通信的空調(diào)溫度控制器 297
7.5.3 交通信號燈控制器 301
7.5.4 紅外遙控數(shù)字密碼鎖 302
參考文獻(xiàn) 304
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