数字电路与逻辑设计（第4版）

我们所处的时代是信息瞬息万变的时代，电子技术、计算机技术均在迅猛发展，这对传统的教育体制和人才培养提出新的挑战。21世纪的高等教育正在对专业结构、课程体系、教学内容、教学方法及教材建设进行系统的改革。如何为社会培养具有创新能力、解决实际问题能力和高素质的技术研究人才，是高等教育的重要任务之一。随着教改的不断深入，在教材的使用过程中，我们深感其仍存在某些不尽如人意的地方，希望加以改进和完善。教材第4版就是第3版的基础上修订而成的。
在第4版修订工作中，仍继续遵循本书第一版的编写原则： “保证基础，精选内容，加强方法，突出应用，由浅入深，利于自学”。在内容和体系上做了如下修订。
首先，为了适应现代电子技术的飞速发展，能够较好地面对向未来的需求，面向数字化和专用集成电路的新时代，在保证基本概念、基本原理和基本方法的前提下，删去了一些次要内容。
 其次，在本书中，为了更好地理解集成门电路的工作原理，增加了一些简单的基本电路的介绍。为了突出综合能力的培养和训练，增加了中规模集成电路芯片应用的方法实例，加强了逻辑电路的设计部分。
最后，在修订时，注意保持和发扬原书的风格和特点，力求简明扼要，深入浅出，便于自学。在内容的安排和介绍中不仅思路清晰，而且注意归纳提出的问题和解决问题的步骤，注重教学效果。
本书可作为高等学校电信、计算机应用、自动化、电子、电力、机械、化工、建筑等专业的本科或专科电子技术基础课程的教材。
本书的修订工作由林红、郭典、林晓曦、蒙丹阳、林卫完成。
本书在修订过程中，得到有关专家和教师的指导和帮助，在此表示衷心的感谢。
由于编者水平所限，书中难免疏漏，恳请各位读者批评指正，帮助我们不断改进。
编者
2022年5月

本书本着简洁、通俗、先进和实用的原则精心编写，重点着眼于方法和能力的培养。本书主要内容有数字逻辑电路基础知识、逻辑门、逻辑代数与逻辑函数、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器和可编程逻辑器件、脉冲波形的产生与变换、数模和模数转换器。 本书每章有小结、习题（或思考题）,最后有自测试卷，并附有部分习题答案和自测试卷答案，便于教学和自学。 本书可作为高等学校和成人高等教育各专业数字电路课程的教材（40～60学时）。本书也可供工程技术人员自学和参考。

林红，华中科技大学教授，主要研究领域为通信系统、数字电路等。多年来，长期从事高等学校电子和通信类课程教学和科研工作，出版多部著作。

第1章数字逻辑电路基础知识

1.1数字电路的特点

1.2数制

1.2.1十进制

1.2.2二进制

1.2.3十六进制

1.2.4不同进制数的表示符号

1.3不同进制数之间的转换

1.3.1二、十六进制数转换成十进制数

1.3.2二进制与十六进制数之间的转换

1.3.3十进制数转换成二、十六进制数

1.4二进制代码

1.4.1自然二进制代码

1.4.2二十进制代码

1.4.3ASCII码

1.5基本逻辑运算

1.5.1与逻辑运算

1.5.2或逻辑运算

1.5.3非逻辑运算

1.6小结

习题

第2章逻辑门电路

2.1开关元件的开关特性

2.1.1二极管的开关特性

2.1.2晶体管的开关特性

2.2基本逻辑门电路

2.2.1与门电路

2.2.2或门电路

2.2.3非门电路

2.2.4复合逻辑门

2.2.5正逻辑和负逻辑

2.3TTL数字集成逻辑门电路

2.3.1基本TTL与非门工作原理

2.3.2TTL与非门的主要外部特性参数

2.3.3TTL集电极开路门

2.3.4三态门

2.3.5TTL常用集成电路芯片

2.4ECL逻辑门电路

2.4.1电路的基本结构

2.4.2ECL门的工作特点

2.5MOS逻辑门电路

2.5.1MOS场效应管及其开关特性

2.5.2CMOS逻辑电路

2.5.3CMOS集成电路的主要特点

2.6数字集成电路使用中应注意的问题

2.6.1电源

2.6.2输出端的连接

2.6.3不用输入端的处理

2.6.4CMOS电路的储电防护

2.6.5CMOS电路与TTL电路的电平匹配

2.6.6负载能力的匹配

2.7小结

习题

第3章逻辑代数与逻辑函数

3.1逻辑代数的基本运算

3.1.1基本运算公式

3.1.2基本运算定律

3.1.3基本运算规则

3.2逻辑函数的变换和化简

3.2.1逻辑函数变换和化简的意义

3.2.2逻辑函数的代数法变换

3.2.3逻辑函数的代数法化简

3.3逻辑函数的卡诺图法化简与变换

3.3.1最小项

3.3.2逻辑函数的最小项表达式

3.3.3卡诺图

3.3.4逻辑函数的卡诺图表示

3.3.5逻辑函数的卡诺图化简

3.3.6逻辑函数的卡诺图变换

3.4逻辑函数门电路的实现

3.5各种逻辑函数表示方法的特点及转换

3.6小结

习题

第4章组合逻辑电路

4.1组合逻辑电路的分析与设计

4.1.1组合逻辑电路的分析

4.1.2组合逻辑电路的设计

4.2组合逻辑电路的竞争冒险

4.2.1竞争现象

4.2.2冒险现象

4.2.3竞争冒险的检查方法

4.2.4竞争冒险的消除方法

4.3编码器

4.3.1编码器的工作原理

4.3.2中规模集成通用编码器

4.4译码器

4.4.1唯一地址译码器

4.4.2数字显示器

4.5数据分配器与数据选择器

4.5.1数据分配器

4.5.2数据选择器

4.6加法器与算术逻辑单元

4.6.1半加器

4.6.2全加器

4.6.3多位加法器

4.7数值比较器

4.7.1比较器的构成原理

4.7.2集成数值比较器

4.8小结

习题

第5章触发器

5.1RS触发器

5.1.1基本RS触发器

5.1.2同步RS触发器

5.1.3主从RS触发器

5.1.4集成RS触发器

5.2JK触发器

5.2.1主从JK触发器

5.2.2边沿JK触发器

5.2.3集成JK触发器

5.3边沿D触发器与T触发器

5.3.1边沿D触发器

5.3.2边沿T触发器

5.4触发器的建立时间和保持时间

5.5触发器的功能转换

5.6小结

习题

第6章时序逻辑电路

6.1时序逻辑电路的基本概念

6.1.1时序逻辑电路的基本结构及特点

6.1.2时序逻辑电路的分类

6.1.3时序逻辑电路功能的描述方法

6.2时序逻辑电路的分析

6.2.1分析时序逻辑电路的一般步骤

6.2.2同步时序逻辑电路的分析举例

6.2.3异步时序逻辑电路的分析举例

6.3同步时序电路的设计方法

6.3.1同步时序逻辑电路设计的一般步骤

6.3.2同步时序逻辑电路设计举例

6.4计数器

6.4.1小规模集成电路计数器

6.4.2中规模集成计数器

6.5寄存器

6.5.1数据寄存器

6.5.2移位寄存器

6.5.3移位寄存器型计数器

6.5.4多功能寄存器

6.6算法状态机

6.6.1ASM图

6.6.2设计举例

6.7小结

习题

第7章半导体存储器和可编程逻辑器件

7.1半导体存储器概述

7.1.1半导体存储器的分类

7.1.2半导体存储器的基本结构

7.1.3半导体存储器的技术指标

7.2随机存取存储器

7.2.1RAM存储单元

7.2.2集成RAM简介

7.2.3RAM存储容量的扩展

7.3只读存储器

7.3.1存储数据的基本原理

7.3.2读数原理

7.4可编程逻辑器件

7.4.1PLD电路表示法

7.4.2可编程阵列逻辑器件

7.4.3可编程通用阵列逻辑器件

7.4.4可编程逻辑阵列

7.5小结

习题

第8章脉冲波形的产生与变换

8.1概述

8.1.1脉冲波形的产生与变换电路的组成

8.1.2555定时器

8.2多谐振荡器

8.2.1由非门组成的多谐振荡器

8.2.2石英晶体时钟脉冲发生器

8.2.3由555定时器组成的多谐振荡器

8.3单稳态触发器

8.3.1由与非门组成的单稳态触发器

8.3.2由555定时器组成的单稳态触发器

8.4施密特触发器

8.5小结

习题

第9章数模和模数转换器

9.1D/A转换器

9.1.1权电阻型D/A转换器

9.1.2倒T形电阻网络D/A转换器

9.1.3D/A转换器的主要技术参数

9.1.4集成D/A转换器

9.2A/D转换器

9.2.1采样保持电路

9.2.2并行A/D转换器

9.2.3逐次逼近式A/D转换器

9.2.4双积分式A/D转换器

9.3小结

习题

附录A常用逻辑符号对照表

附录B自测试卷

参考文献

国家标准
（GB/T 4728.12—2008）

TTL和CMOS逻辑门
电路的技术参数

国家标准
（GB/T 3430—1982）

部分习题答案

自测试卷答案

为了适应现代电子技术的飞速发展，能够较好地面对向未来的需求，面向数字化和专用集成电路的新时代，在保证基本概念、基本原理和基本方法的前提下，删除了一些次要内容。在修订时，注意保持和发扬原书的风格和特点，力求简明扼要，深入浅出，便于自学。在内容的安排和介绍中不仅思路清晰，而且注意归纳提出的问题和解决问题的步骤，注重教学效果。