本书主要内容包括：通用常规集成芯片尤其是可编程芯片及应用的介绍， 突出器件与集成芯片的特性与参数、分析与设计，由中规模或大规模集成器件构成的数字逻辑系统、数字系统的计算机分析、仿真与设计， 突出组合逻辑电路一般模型（广义译码器）、时序电路的一般模型（广义有限状态机）的理念并结合到实际的设计中，，）存储器与模数转换器件的应用等。本书可作为电子、通信、计算机、自动化专业本科生的教材，也可作为相关专业工程技术人员的参考书。
四、增加内容：（1）实际工作中常用数字逻辑模块的功能分析与时序仿真；（2）CPLD与FPGA与应用；（2）数字系统的综合设计。
本书在编写时力求教学内容和课程体系符合教学改革与课程整体优化的总要求，使教材兼具基础性、可读性、先进性、科学性与系统性，并贯彻理论与实践相结合的理念，遵循保证基础、强化应用、便于教学实施的原则。
本书特色
注重先进的数字逻辑系统的分析与设计手段，并将这些手段有序地融入本书的内容中。
切实贯彻理论分析与实际运用为一体的先进教学理念，注重培养学生的综合运用能力。
在保留经典内容的同时，弱化传统教学内容中过时以及与其他课程重复的内容。
本书是数字逻辑系统分析与设计的基础教材，可作为高等院校电子信息类各专业开设的“数字逻辑系统”课程的教材和教学参考书。本书在编写时力求教学内容和课程体系符合教学改革与课程整体优化的总要求，使之兼具基础性、系统性、先进性、科学性与可读性，并贯彻理论与实践相结合的理念，遵循保证基础、强化应用、便于教学实施的原则，主要体现在以下几点。
① 注重先进的数字逻辑系统的分析与设计手段，并将这些手段有序地融入本书的内容中。
VHDL描述和Quartus II仿真是现代数字逻辑系统分析与设计的两大重要方法与工具，两者的有机结合代表着现代数字逻辑电路分析与设计的发展方向。本书将两者有机地融合，并注重数字逻辑系统在描述与分析、设计手段上的先进性，同时将VHDL与Quartus II有机地融入各个章节中。随着内容从器件到系统逐步展开，由浅入深，循序渐进地讲解了现代分析方法和手段的运用。
② 切实贯彻理论分析与实际运用融为一体的先进教学理念。
在本书中，针对每一个实际数字逻辑器件与芯片，除给出逻辑符号与功能表外，每个器件与芯片都配有引脚图，在详细描述其用途和功能后，都给出了来源于实际应用中的实例或例题，并尽量辅以仿真分析，缩小理论分析与实际应用的差距。
③ 在保留经典内容的同时，弱化传统教学内容中过时的以及与其他课程重复的内容。
这主要表现在如下几个方面：
对于已淡出使用的独立门电路、基本触发器以及一些小规模的集成数字逻辑芯片，本书只将其作为中、大规模集成芯片或可编程器件的基本构成单元来讨论，不再关注其内部组成和工作过程。因此本书不像传统教材将门电路与触发器分别作为一章来介绍，而是将其分别作为组合逻辑与时序逻辑电路中的一节来讨论，并且不再讨论其内部的电压、电流关系。
数制与码制及其转换的大部分内容在前期课程中都有讨论与介绍，为了避免重复，本书将其大幅精简，同时将数制、码制及其转换以及基本逻辑门全部压缩到第1章中的一个小节中。
在现代大规模逻辑电路中，由于可编程阵列与可编程芯片中的资源十分丰富，逻辑函数化简的重要性已经减弱，取而代之的是稳定性与可靠性，因此本书弱化了逻辑函数化简的内容。
降低了对手动分析与设计技巧的要求，保留其核心精华内容，强调分析与设计方法的规律性，为充分理解自动化分析与设计奠定了基础。
④ 注重培养学生的综合运用能力。
为培养学生综合利用所学知识的能力，编写了第8章——应用数字系统设计。该章以设计“等精度频率计”与“信号发生器”为例，通过方案设计、模块设计、系统实现和系统仿真，使学生能够综合利用所学的组合逻辑电路、时序逻辑电路、可编程芯片、存储器和数模转换等知识，构建与实现数字逻辑系统。
教学建议
本书适用于“数字逻辑系统”、“数字逻辑电路”和“数字技术”等相关课程，它介绍了数字技术的基本理论和方法、组合逻辑电路分析和设计、时序逻辑电路分析和设计、半导体存储器、数/模及模/数转换、可编程逻辑器件组成和开发(用VHDL编写单元模块程序并进行数字系统设计)。
与本书有关课程的教学目的、教学目标以及教学建议等分述如下。
1.教学目的
① 掌握数制、码制、逻辑代数的基本理论和常用公式、逻辑关系常用表达方式、逻辑函数化简；了解TS门、OD(OC)门的基本工作原理及典型应用；了解COMS和TTL器件的基本参数。
② 掌握基于门电路的组合逻辑电路的分析与设计，掌握常用型号的中规模组合逻辑电路的组成、工作原理及典型应用；掌握基于触发器的时序逻辑电路的分析与设计；掌握常用型号的时序逻辑电路的组成、工作原理及典型应用；掌握VHDL的基本语法、文件框架和用VHDL编写常用组合逻辑和时序逻辑模块程序，掌握Quartus II开发软件的使用并用其调试VHDL程序；了解触发器的结构和工作原理、异步时序逻辑电路的分析与设计。
③ 了解半导体存储器的组成及工作原理；了解可编程逻辑器件的组成。
④ 掌握常用数/模转换和模/数转换器件的电路组成、工作原理，了解新型器件的电路组成、工作原理，了解等效采样技术的原理和具体实现。
⑤ 掌握数字系统的一般设计方法，掌握用VHDL设计DDS信号源和等精度频率计的方法。
2.教学目标
以逻辑代数为基础、逻辑电路的分析与设计为主线、培养电子信息类、电气信息类及相近专业本科生在现代数字技术领域中的基本理论、基本分析方法以及实际应用方面的思维方式与研究方法，强调逻辑性、实用性和系统性。希望学生通过该门课程的学习，能深刻地理解数字逻辑的基本概念，掌握基本分析和设计方法，提高分析问题、解决问题的能力，培养科研能力以及创新能力。
3.学时建议
教学内容教学要点课时安排长学时短学时第1章
数字逻辑系统基础数字逻辑系统简介；
数制、码制、基本逻辑门*；
数字逻辑系统分析与设计的基本概念#44第2章
逻辑代数与逻辑函数逻辑代数*；
逻辑函数及其表示方法*；
逻辑函数的化简*88第3章
组合逻辑电路分析与设计小规模组合逻辑电路分析与设计*；
常用组合逻辑功能器件*；
组合逻辑电路的VHDL描述*#；
大规模组合逻辑电路的计算机辅助设计流程#106（续）教学内容教学要点课时安排长学时短学时第4章
时序逻辑电路分析与设计时序逻辑电路的基本简介；
触发器；
小规模时序逻辑电路的一般分析方法*；
小规模时序逻辑电路的一般设计方法*；
常用时序逻辑功能器件*；
时序逻辑电路的计算机辅助分析与设计举例*#128第5章
半导体存储器只读存储器*；
随机存取存储器*；
存储器的应用*44第6章
数模与模数转换器数模转换器*；
模数转换器*44第7章
可编程逻辑器件低密度可编程逻辑器件#；
高密度可编程逻辑器件#；
硬件测试与编程#40第8章
应用数字系统设计等精度频率计的设计*#；
信号发生器的设计*#100教学总学时建议5634
4.说明
① 本教材为“数字逻辑系统”、“数字逻辑电路”和“数字技术”等相关课程的基本教材，授课学时分长学时和短学时两种(长学时为56学时，短学时为34学时)，长学时用于不开“可编程逻辑系统设计”课程的电子信息类、电气信息类及相近本科专业，短学时用于非上述本科专业和开设“可编程逻辑系统设计”课程的上述本科专业，以及专科院校相关专业。
② “数字电路”课程的特点之一就是教学内容涉及大量的设计，由于设计思路不同，即使是采用相同器件进行设计，设计结果也有较大差异。因此，在课堂教学中，应尽可能使用仿真软件进行功能性验证，增加学生的感性认识，进一步深化学生对理论知识的理解。
③ 本教材不包含实验方面的内容，“数字系统设计”课程必须安排有关实验，建议与长学时课程配套的实验学时数为20学时（以设计性实验为主），而短学时课程可安排实验学时数为10学时（以验证性实验为主）。
④ 表中“*”表示重点教学内容，“#”表示短学时课程不讲授的内容。
本书第1章由余剑编写，第2章由陈翔编写，第3、4章由崔琛编写，第5、6章由解明祥编写，第7、8章由王振宇编写。崔琛、王振宇对全书所有的VHDL代码进行了仿真验证，同时崔琛还负责全书的内容组织与统稿工作。
本书在编写过程中，参考、引用了众多专家与学者编写的著作与研究成果，编者已在书后的参考文献中尽量全部列出，在这里对他们表示衷心的感谢。
由于编者的能力和水平有限，书中难免有不妥之处和错误，恳请广大师生和读者提出批评和改进意见。
编者
2014年11月
电子与电气工程
本书在编写时力求教学内容和课程体系符合教学改革与课程整体优化的总要求，使教材兼具基础性、可读性、先进性、科学性与系统性，并贯彻理论与实践相结合的理念，遵循保证基础、强化应用、便于教学实施的原则。
本书特点：
注重先进的数字逻辑系统的分析与设计手段，并将这些手段有序地融入到本书的内容中。
切实贯彻理论分析与实际运用融为一体的先进教学理念，注重培养学生的综合运用能力。
在保留经典内容的同时，弱化传统教学内容中过时的以及与其他课程重复的内容。
前言
教学建议
第1章 数字逻辑系统基础1
1.1 数字逻辑系统简介1
1.1.1 模拟信号与数字信号1
1.1.2 模拟系统与数字逻辑系统的区别1
1.1.3 数字逻辑系统的特点2
1.2 数制、码制、基本逻辑门3
1.2.1 数制及其转换3
1.2.2 常用码制及其特点7
1.2.3 基本逻辑关系与逻辑门12
1.3 数字逻辑系统分析与设计的基本概念19
习题21
第2章 逻辑代数与逻辑函数23
2.1 逻辑代数23
2.1.1 逻辑代数的基本公理23
2.1.2 逻辑代数的基本定律23
2.1.3 逻辑代数的基本定理24
2.2 逻辑函数及其表示方法25
2.2.1 逻辑函数25
2.2.2 逻辑函数的表示方法26
2.2.3 逻辑函数的标准形式29
2.3 逻辑函数的化简31
2.3.1 公式化简法32
2.3.2 卡诺图化简法33
习题41
第3章 组合逻辑电路分析与设计43
3.1 小规模组合逻辑电路分析与设计43
3.1.1 组合逻辑电路的定义与描述43
3.1.2 小规模组合逻辑电路的分析43
3.1.3 小规模组合逻辑电路的设计44
3.2 常用组合逻辑功能器件47
3.2.1 编码器47
3.2.2 译码器52
3.2.3 数据选择器与数据分配器59
3.2.4 数据比较器62
3.2.5 加法器63
3.2.6 8421BCD码与二进制码转换器68
3.2.7 广义译码器70
3.3 组合逻辑电路的VHDL描述70
3.3.1 硬件描述语言与VHDL概述70
3.3.2 常用逻辑器件的VHDL描述75
3.4 大规模组合逻辑电路的计算机辅助设计流程85
3.4.1 计算机辅助设计的一般流程86
3.4.2 Quartus II简介87
3.4.3 设计实例88
习题103
第4章 时序逻辑电路分析与设计107
4.1 时序逻辑电路简介107
4.1.1 时序逻辑电路的基本概念107
4.1.2 时序逻辑电路的分类107
4.2 触发器108
4.2.1 触发器及其分类108
4.2.2 触发器的描述方法108
4.2.3 RS触发器109
4.2.4 D触发器111
4.2.5 JK触发器112
4.2.6 锁存器与触发器的VHDL描述113
4.2.7 T（T′）触发器116
4.3 小规模时序逻辑电路的一般分析方法117
4.3.1 同步时序逻辑电路的分析方法117
4.3.2 异步时序逻辑电路分析举例119
4.4 小规模时序逻辑电路的一般设计方法120
4.4.1 设计步骤及设计举例120
4.4.2 有限状态机的VHDL描述125
4.5 常用时序逻辑功能器件129
4.5.1 计数器129
4.5.2 寄存器与移位寄存器149
4.5.3 顺序脉冲发生器与序列信号发生器161
4.6 时序逻辑电路的计算机辅助分析与设计举例164
4.6.1 时序逻辑电路的计算机辅助分析举例165
4.6.2 时序逻辑电路的计算机辅助设计举例166
习题167
第5章 半导体存储器173
5.1 概述173
5.2 只读存储器173
5.2.1 组成框图174
5.2.2 掩膜ROM175
5.2.3 可编程ROM175
5.2.4 电擦除EPROM176
5.2.5 闪存180
5.3 随机存取存储器183
5.3.1 静态RAM183
5.3.2 双口RAM与先入先出RAM185
5.3.3 动态RAM188
5.3.4 铁电RAM191
5.4 存储器的应用193
5.4.1 字扩展和位扩展193
5.4.2 实现组合逻辑函数194
习题197
第6章 数模与模数转换器198
6.1 概述198
6.2 数模转换器198
6.2.1 DAC主要性能198
6.2.2 电阻串DAC199
6.2.3 电阻解码DAC201
6.2.4 恒流源DAC203
6.2.5 电容DAC204
6.2.6 其他类型DAC206
6.2.7 新型集成DAC简介207
6.3 模数转换器210
6.3.1 ADC主要性能210
6.3.2 快闪型ADC212
6.3.3 反馈比较型ADC213
6.3.4 双积分型ADC215
6.3.5 其他类型ADC217
6.3.6 新型集成ADC简介219
6.3.7 等效采样技术223
习题224
第7章 可编程逻辑器件226
7.1 概述226
7.1.1 PLD发展历程226
7.1.2 PLD分类226
7.1.3 PLD常用逻辑符号227
7.2 低密度可编程逻辑器件227
7.2.1 PAL器件227
7.2.2 GAL器件228
7.3 高密度可编程逻辑器件232
7.3.1 CPLD器件232
7.3.2 FPGA器件234
7.4 硬件测试与编程244
7.4.1 硬件测试技术244
7.4.2 配置与编程245
习题246
第8章 应用数字系统设计247
8.1 概述247
8.1.1 系统设计247
8.1.2 开发环境与设计方法247
8.1.3 器件选型247
8.2 等精度频率计的设计247
8.2.1 设计任务247
8.2.2 方案论证248
8.2.3 创建设计工程251
8.2.4 功能模块设计251
8.2.5 系统仿真275
8.3 信号发生器的设计277
8.3.1 设计任务277
8.3.2 方案论证277
8.3.3 创建设计工程279
8.3.4 功能模块设计280
8.3.5 系统仿真296
8.3.6 优化改进298
8.3.7 功能扩展307
习题308
参考文献310
